露天开采工艺比选及半连续工艺的合理性研究

2018-03-20张环

山东煤炭科技 2018年12期

张环

（山西煤炭进出口集团河曲旧县露天煤业有限公司，山西河曲 036000）

露天煤矿中开采工艺系统的选择是非常重要的一个环节[1]。合理开采工艺的研究涵盖采、运、排设备水平、成本核算的庞大的目标体系[2-3]。开采工艺需从技术以及成本方面进行甄选，同时还应兼顾生产经验、地质环境的变化进而展开理性的选择[4]。目前，国内半连续开采工艺在煤的采运系统中采用较多，而在剥离物当中半连续开采工艺应用的往往较少，尤其是大型半连续工艺系统在国内不仅无具体应用，也没有相关的设计经验可以借鉴[5-6]。本文针对河曲旧县露天煤矿三采区开采程度及范围逐渐变大的具体条件，细致剖析了所采13号煤层的赋存情况，对开采工艺展开比选。

1 开采条件

河曲旧县露天矿区位于山西黄土高原西北部，黄河东岸，属典型的黄土高原地貌，黄土厚度大，植被稀少，水土流失严重，地形切割剧烈，冲沟发育，多呈“V”字形，基岩仅在沟谷中有零星出露。地形总的趋势是东高西低，给矿山工程带来许多困难，使开采工艺选择受到一定限制。

该露天矿地形较为复杂，煤层倾角为2～3°，局部为8°，煤层呈近水平赋存，剥离物基本上是软岩，该矿冬季寒冷，持续时间较长。所开采的13号煤层平均厚度为11.18m。三采区坑底为13号煤底板，条区长约3050m，东西方向宽约1050m。统计数据显示表土量占剥离总量的48.34%左右。所需剥离的煤层上覆岩土层厚度范围为45～180m。

2 拟比选开采工艺

露天矿生产目标从上至下依次是：表土层均厚105.32m，13号煤上覆岩层均厚64m。能够符合该矿的生产工艺有：

（1）单斗铁道开采工艺

在技术层面上符合该矿条件，但此工艺的建设期较长，且同时所需技术工人较多，工作效率值低等也约束其使用推广。

（2）轮斗—胶带工艺

就开采工艺角度来分析，13号煤覆岩当中所需剥离的黄土厚度大，能够通过轮斗挖掘机进行作业。但是这一矿区是较典型的黄土高原地理环境，冬季漫长，冬天作业台阶易出现冰面，表土硬度较高，轮斗挖掘机无法最大程度地施展其效率。而且该工艺初期投入大，要求进行细致的作业规划，并配以较高技能的技术工人。另外，现阶段选择该工艺的露天煤矿的地理环境、煤岩覆存条件均和该矿有着相当大的差异。因此该工艺不列入比选范围。

（3）单斗—汽车开采工艺

单斗—汽车开采工艺是国内最开始引进的露天煤矿开采方式，目前已经具备整套合理的管理以及使用经验。该露天矿内煤岩土体实际覆存条件较好，同时煤层属于近水平煤层，适宜选择单斗—汽车开采方式。而且汽车具备较好的爬坡能力和效率，运输方便，所需工人少，更加有利于生产管理，能够保证前期经济效益较好，同时有利于向其他开采工艺进行过渡，可以确保快速的内排，进而改善露天煤矿的实际生产条件，为以后复垦奠定一定基础。不过，此工艺实际所需的生产成本比较高。考虑到该工艺是露天煤矿现阶段使用较广泛的一种生产方式，因此把该工艺列为参选范围进行比较。

（4）半连续开采工艺

该生产方式的最大好处是通过胶带输送机来运送剥离物，缩少或避免了卡车运输作业，能够减少成本投入。不过这一工艺初始生产时投入的成本较高，生产作业较冗杂，管理起来会有困难，特别是破碎站以及胶带输送机不断运输和重新的安设作业，增加了生产复杂性。不过该工艺达不用卡车运输，极大地缩减了运输费用，能够实现连续作业。而且，单斗铲与轮斗相比而言，冬季也能够保证正常作业，能够很好地提升矿井的生产效益。所以，也将此工艺列为参选对象。

（5）拉斗铲倒堆工艺

该工艺因为投入成本较低而得到了大范围的使用。考虑到该矿煤岩赋存条件较好，适合采用该工艺。但是我国受机械制造和设备引进的限制，相关设备不易取得，所以本文不将此工艺列为比选目标。

3 开采工艺比选

3.1 表土开采工艺

方案一：单斗—汽车间断工艺；

方案二：单斗汽车—自移式破碎机—转载机—胶带输送机—排土机半连续工艺。

考虑到旧县露天煤矿地理位置影响，其冬季温度较低，冬天上部表土层会发生粘胶带现象进而降低工作效率，因此为了使比选更具可信度，考虑到半连续工艺冬天设备作业存在困难，因此按照半连续整年只作业8个月与单斗汽车整年作业12个月展开技术经济比较工作。

经过对该矿分别采用单斗汽车工艺与半连续生产工艺展开研究，一是半连续工艺比单斗汽车工艺投入成本要多14900万元左右，本矿三采区年均剥离量约1725万m3；二是单斗汽车工艺比半连续生产方式的运营费多3550万元，选择半连续生产方式5年之后就能够收回初始时期多投入的资金。因此在对表土层剥离作业时，选择利用半连续生产工艺。

3.2 煤层以上岩石开采工艺

方案一：单斗—自移式破碎机—转载机—胶带输送机—排土机半连续工艺；

方案二：单斗—自移式破碎机—转载机—胶带输送机—排土机半连续工艺与悬臂排土机系统相结合。

悬臂式排土机的作业方式为单斗挖掘机挖掘装车—移动破碎机破碎—排土机排弃。悬臂式排土机与半连续生产方式二者相比较，它能够达到横向排土的目的，胶带运输距离得以缩减，而且该工艺所需设备少，技术人员少；由于有履带，能够自由行走比较方便灵活。但是悬臂式排土机对下面的岩性要求较高，要求基地稳定，同时要求与下面采煤生产要相互协调，使得整个生产体系相对复杂。

将半连续工艺与悬臂式排土机工艺进行经济对比分析。三采区年均岩石剥离量约为1530万m3，悬臂式排土机工艺与半连续工艺二者相比，投资成本约差4050万，运营费相差约380万，最终的经济效益大体一致，二者不存在很大差别。但是国外使用悬臂式排土工艺的国家非常少，设备生产厂家较少，所以损坏的零配件较难匹配更换，一旦设备需要检修，会使得生产停滞；同时因为悬臂式排土机对覆岩环境有着较高的要求标准，当煤层厚度出现起伏时且遭遇施工地面不够平整的情况，排弃困难就会显著增加。因此对于13号煤层以上岩石的开采选择半连续工艺，在提升经济效益的同时也能提升系统的可靠程度。

3.3 煤层开采工艺

该矿的13号煤层为稳定全区可采煤层，其煤层均厚11.18m，建议选择使用半连续工艺进行生产作业。依据煤层实际生产环境将13号煤层进行分层回采，按照台阶开展生产作业。选择使用21m3液压铲进行装煤作业，使用91t自卸汽车运输，后由3500t/h半固定式破碎机破碎后，最终利用皮带（带宽1.5m，带速4.5m/s）运至储煤场。