胜利露天矿合理工作线长度优化

苏海云，孙 磊，黄月军，肖 兵

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000）

胜利露天矿合理工作线长度优化

苏海云，孙 磊，黄月军，肖 兵

（神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000）

通过对胜利露天煤矿各煤层的工作线长度的分析确定了5#煤层与6#煤层工作线长度的关系，分析了技术可行性工作线长度，综合考虑工作线长度与剥采比、剥离采排费用、剥离运输费用的关系，详细地分析确定了胜利露天煤矿5#煤层、6#煤层经济合理的工作线长度。

露天矿；工作线长度；优化；经济效益

1 概 况

胜利一号露天煤矿坐落于内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市北郊5.0 km。该矿主要的可采煤层包括 5#、6#煤层，其中 5#、6#煤层倾角均小于 5°，5#煤层的平均厚度达到16.27 m，储量厚度0.10～32.02 m,平均13.80 m。一采区5#煤层平均厚度15.6 m，5#煤层顶板以上剥离物，平均厚度45.9 m。煤层厚度的变化规律是中部较厚，向四周变薄，煤层厚度主要分布在10～20 m，约占62%，属稳定煤层。本矿最主要的可采煤层（6#煤层）的平均厚度达到32.23 m，储量厚度17.67～44.30 m，平均31.79 m。一采区平均厚度达到31.4 m，5#～6#煤层层间夹层岩石，平均厚度达到59.7 m。胜利露天煤矿煤层主要参数如表1所示。

根据本矿20.0 Mt/a规模时现有开采工艺、扩能工程产量规模要求、开采工艺原则和胜利能源公司发展规划，在可行性研究阶段从技术和经济2个方面对开采工艺及设备选型进行定性和定量分析，优化确定了开采工艺及设备选型，初步设计仍采用可研确定的结果：

表1 胜利露天煤矿煤层主要参数

1）剥离采用单斗-卡车间断式开采工艺，剥离系统主要设备选型：单斗挖掘机：35 m3级（采用斗容37 m3）；自卸卡车：220 t级。

2）采煤采用单斗-卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺，采煤系统主要设备选型：履带式液压挖掘机：15 m3级（采用斗容15 m3）；单斗挖掘机：35 m3级（采用斗容 35 m3）；自卸卡车：载重91～220 t级；可移式破碎站：原煤3 000 t/h；带式输送机：带宽1 600 mm，生产能力3 000 t/h。

2 工作线长度优化原则

露天矿的工作线长度可变动的，应该综合考虑露天矿的生产能力、市场需求波动、地质地形变化、开采工艺的改造，对工作线长度进行适时地调整[1]，在优化露天矿工作线长度时，应当充分考虑技术可行性和经济效益。因此，露天矿的工作线长度优化研究应当遵守以下原则：在优化研究露天矿的工作线长度时，应该不影响露天矿开拓运输系统的布置[2]；露天矿的工作线长度的确定应当充分考虑到整体矿田范围的平面形状，采区的设置数量不易过多，尽量避免频繁的采区转向[3]；必须保证有足够的工作线长度且每个采区的工作线长度应该尽量保持相近，满足采掘设备的作业空间及保证作业设备数量的稳定，同时保证足够的生产能力，减少采区转向次数，减小二次剥离量，工作线长度对单斗－卡车间断式开采工艺的剥离运距影响非常大。

3 各煤层工作线长度分析

胜利一号露天煤矿开采境界内共含主采煤层2层，自上而下分别为5#、6#煤层。

优化研究的工作线长度为胜利露天煤矿的5#煤层的工作线长度及6#煤层的工作线长度，通过对胜利露天煤矿垂直于推进方向的采场断面图分析，运用几何方法分析胜利露天煤矿各煤层的工作线长度之间的关系[4]。

以L表示6#煤层的工作线长度，则6#煤层的工作线长度与5#煤层的工作线长度之间存在如下关系：

式中：L5为5#煤工作线长度，m；h1为5#煤与6#煤间距，m；β1是北端帮帮坡角，（°）；β2是南端帮帮坡角，（°）。

其中h1的计算公式为：

式中：h5煤、h6煤分别为 5#、6#煤平均厚度，m；h56为5#煤与6#煤层间距，m。将煤层厚度、端帮帮坡角等相关参数代入到公式中，可以得到胜利露天煤矿2层煤的工作线长度的关系式如下：

4 技术可行性工作线

对于某些露天煤矿，其煤层赋存为水平或近水平，对生产能力影响的因素主要有露天矿工作帮推

式中：L为工作线长度，m；Ap为设计生产能力，t/a；h为煤层平均开采厚度，m；v为工作帮水平推进速度，m/a；γ 为煤层容重，t/m3；η 为煤层回采率，%。

由式（4）可得胜利露天煤矿生产能力[6]：

式中：γi为第 i层煤的容重，t/m3；ηi为第 i层煤的回采率，%。

通过参考GB 50197—2015煤炭工业露天矿设计规范的相关规定及采用同样生产工艺的类似的露天矿山的生产经验，胜利露天煤矿的水平推进速度应在150～200 m/a。该矿设计生产能力为1 500万t/a，将式（3）代入式（5）中，得到技术可行的 6#煤工作线长度在1 070～1 482 m。

5 经济合理工作线长度

5.1 工作线长度对生产剥采比的影响

以某一近水平单层矿床露天矿进行研究，近水平矿体的2个方向的采场断面图如图1。

设工作线的年推进速度为v，则年剥离量可以认为等于：

式中：L为工作线长度，km；h为煤层平均开采厚度，m；H 为覆盖层厚度，m；β1，β2分别为端帮角，（°）；v为工作线年推进速度，m/a。

年产矿石量：

式中：γ为煤的容重，t/m3。

由上式（6），（7），即可推导出生产剥采比n为：进速度及露天矿工作线长度，不考虑向下延伸问题；不同的露天矿开采工艺所对应的推进度也有所不同，但是每一种开采工艺都有相对应的合理推进度范围，因此，在可以确定露天煤矿的生产能力情况下，也是存在一个技术上可行的工作线长度的合理范围[5]。露天煤矿工作线长度与露天煤矿生产能力、工作帮水平推进的速度之间存在如下关系：

通过工作线两端点做铅垂线，这2条铅垂线所夹的部分剥离量 1 000·L·H·v，称为“整剥离量”，余下的部分剥离量 H（H+h）（cot β1+cot β2）× 0.5 ×v，称为“端帮剥离量”。

图1 平行工作帮推进方向及垂直工作帮推进方向的采场断面图

5.2 工作线长度与内排运距之间的关系

经过计算可知，工作线长度与内排运距之间呈一次函数关系[7]，即：

式中：L排为内排运距,为排弃线路系数，单环内排取a=1，b为排弃影响距离，主要取决与端帮上的运距。

式中：H为煤层顶板上覆层厚度；φ、α、β，分别为采掘工作帮，内排土场工作帮、北端帮、南端帮的边坡角，分别取 12°、19°、17°、19°；m 为采场底盘安全宽，0.1。

因此 b=1.15，所以，L排=L+1.15，L双排=0.5L+1.15。

5.3 工作线长度与剥离费用之间的关系

生产剥离费用可分为采排费用和运输费两部分。

1）工作线长度与采排费用的关系

令每立方米的土岩的采排费用为元，则年剥离采排费用可由下式表示：

式中：P，q—均为大于零的常数，C1=3.55元/m3。

2）工作线长度与年剥离运输费用的关系

令每立方米土岩每公里的运费为C2元，则年剥离运输费用y2可表示

将（8）式代入（12）中，则每年剥离运输费用y2同工作线长度的关系式如下：

式中：C2为每立方米每公里的运输费用，元/m3·km。

5.4 经济工作线长度的确定

经济的工作线长度L应为年剥离总费用（直接费用）最小工作线长度[8]。年剥离总费用y为采排费与运输费还有基建费用的总和，即：

将y1、y2之表达式代入，得：

于是，最经济的工作线长度L0为：

分别分母同乘以H，可以看到V整=1 000 LH为整剥离面积，为端帮剥离面积。得：

式中：Sd1、Sd2为工作帮端帮部分的垂直投影面积；

图2 端帮量部分与整剥离量部分垂直投影面积计算

Sz为工作帮整剥离部分的垂直投影面积。则式可改写成：

以上理论分析主要针对水平或近水平单层矿床结构的露天矿的经济合理工作线长度优化，此理论同样适用复杂矿床，运用同样的原理，求解多层矿床条件下的经济工作线长度[8]。图3是近水平2层矿床露天矿工作线长度的确定。

神华北电胜利能源有限公司胜利露天煤矿属于近水平两层矿床露天煤矿，土岩的采排费用为C1=3.55元/m3，运输费用C2=1.9元/km/m3。运用公式（19）可得胜利露天煤矿6#煤层经济合理工作线长度为1 386 m，根据5#煤与6#煤工作线长度分析可得，5#煤层经济合理工作线长度为1 899 m，因此，6#煤层经济合理工作线长度取1.4 km，5#煤层经济合理工作线长度取1.9 km。

图3 近水平两层矿床露天矿工作线长度的确定

6 结论

在遵循确定露天矿工作线长度的基本原则下，保证技术可行性的条件下，提出以降低采运排费用，提高露天矿经济效益，对胜利一号露天煤矿5#煤和6#煤工作线长度进行了优化，得出5#煤经济合理工作线长度为1.9 km，6#煤经济合理工作线长度为1.4 km。

［1］丁新启．安太堡露天煤矿的分区开采及转向接续［J］．露天采矿技术，2003（2）：5－7．

［2］范军富，宋子岭，王东，等．露天煤矿开拓运输系统优化研究［J］.露天采矿技术，2011（6）：34-36．

［3］王海清，李景柱.胜利露天煤矿工作线长度优化［J］.露天采矿技术，2007（3）：11-12．

［4］陈世乾.大唐胜利东二号露天矿北帮工作线长度的确定［J］.露天采矿技术，2014（12）：56-59．

［5］白润才，付恩三，刘光伟，等.吉林郭勒二号露天矿合理工作线长度的优化［J］.世界科技研究与发展，2013，35（3）：365-369．

［6］宋子岭，白润才，刘仲田．武家塔露天煤矿合理工作线长度的确定［J］．露天采矿技术，2005（3）：46．

［7］张树福．露天矿经济合理的采矿工作线长度［J］．露天采矿技术，2006（6）：20-44．

［8］于汝缓，习永峰.露天矿工作线长度的优化［J］.中国矿业学院学报，1986（1）：15.

Optimization of reasonable working line length in Shengli Open-pit Mine

SU Haiyun,SUN Lei,HUANG Yuejun,XIAO Bing

(Shenhua Beidian Shengli Energy Co.,Ltd.,Xilinhot 026000,China)

Through the analysis of each coal seam working line length,the article determines the relationship of the working line length of 5#and 6#coal seam,and analyzes the technical feasibility of working line length.Considering the relationship of the working line length and stripping ratio,mining cost and transportation cost,the author analyzes and determines the economic and reasonable working line length of 5#,6#coal seam in Shengli Open-pit Mine.

open-pit mine;working line length;optimization;economic benefit

TD824

B

1671－9816（2017）11－0008－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.003

苏海云，孙磊，黄月军，等.胜利露天矿合理工作线长度优化［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：8-11.

2017-05-21

苏海云（1979一），男，工程师，学士，2003年毕业于太原科技大学交通运输专业，现任神华北电胜利能源有限公司露天矿安全矿长。

【责任编辑：张 夙】