天池能源南露天煤矿剥离半连续生产系统优化

董志龙

（新疆天池能源有限责任公司，新疆 昌吉 831100）

国内外露天矿发展总的趋势是开采高度集中化、规模大型化、经营集约化、矿山智能化、工艺连续化与装备大型化，节能、环保、高效、经济是国内外露天矿建设目标的基本要求。与之相适应的，以带式输送机运输为基本特征的露天矿半连续工艺具有适应性强、生产效率高、生产成本低的优点、可实现智能化集中控制、特别是具有节能环保的优点，符合建设绿色生态矿区的技术条件的优点，将会成为中国露天矿工艺技术和装备今后发展的主要方向[1-2]。

单斗-卡车-半移动破碎站-带式输送机半连续生产工艺即有单斗-卡车间断工艺机动灵活适应性强的优点，又具有带式输送机运输效率高、爬坡能力大、成本低的优点，但也存在使用卡车油耗较大、半移动式破碎站经常移设、生产环节增多、管理复杂等问题[3-4]。目前半连续生产工艺在国内采煤系统中已广泛采用，剥离系统只有元宝山、霍林河露天煤矿、白音华露天煤矿等少数露天煤矿使用。目前新疆煤炭市场处于价格低迷状态，大型设备的前期投入较大、后期维护费用较高，如何克服这些困难、降低剥离半连续工艺的生产成本对新疆地区露天煤矿实现生产工艺升级至关重要。

1 系统现状

按照南露天煤矿一期工程（1 000 万t）初步设计，设计有1 套剥离半连续生产系统，间断部分由2台WK35 电铲和7 台载重220 t 自卸卡车组成，连续生产部分由2 台3 250 t/h 半移动破碎站和5 台6 500 t/h 带式输送机及1 台6 500 t/h 排土机（含卸料车）组成，系统年生产能力1 000 万m3（实方）。该系统的2 台半移动破碎站布置在南帮，带式输送机布置在东端帮至沿帮排土场，用于深部剥离外排使用。建矿以来整套生产系统一直未建设，生产上采用单斗－卡车间断生产工艺，全部外委，使用斗容6 m3液压反铲配套载重60t 级的宽体矿卡。

今后2 年，随着南露天煤矿二期工程（新增2 000万t/a）建设，生产规模逐年增加至3 000 万t/a。2018—2021 年为露天矿生产转向期，即开采转向、内外排转换，在此期间外排土场排弃完毕，内排土场逐步建立，不适合建设剥离半连续生产系统。2021年后内排土场具备稳定排土推进的条件时，适合在最上部剥离、排土台阶布置1 套剥离半连续生产系统，用于大运距的剥离排土使用。初步设计的剥离半连续生产系统为外排使用，这套系统的生产能力、设备参数不能满足3 000 万t/a 规模的生产、不满足内排布置，需要对整套剥离生产系统进行设计优化。

2 剥离半连续系统布置方案优化

结合剥离内排使用需求，制定剥离半连续生产系统布置方案。2 台半移动破碎站布置在东帮南侧565 m 水平，服务于565 m 水平至地表3 个台阶；剥离物破碎至粒度350 mm 以下，通过布置在南帮550 m 水平至内排土场550 m 水平的1 套带式输送机运输系统运至内排土场，再由卸料车转载给排土机排弃。排土机布置在内排土场550 m 水平，下排30 m、上排15 m，服务于520～565 m 水平，排土场作业面采用平行推进方式[5]。

剥离系统工艺布置平面图如图1。

图1 剥离系统工艺布置平面图

南露天煤矿开采转向后，东帮采煤工作线长度相对固定，按照3 000 万t/a 生产规模，年推进度约为270 m。为控制工作面卡车的运距，避免破碎站位置压占剥离工程位置，根据露天矿采掘时空发展，煤破碎站的移设步距确定为270 m，即每年移设1 次，在冬季停工期内移设，并延长端帮带式输送机。每年剥离需要提前准备好下一年破碎站移设和胶带式输送机延伸的工程位置。

3 剥离半连续系统生产能力优化

3.1 年度生产能力

南露天煤矿开采转向后，年推进度约为270 m，内排土场排土跟进270 m。按此计算采场565 m 水平至地表剥离量约1 913 万m3（实方），内排土场520～565 m 水平排土容量约1 600 万m3（折算实方）。为实现剥离、排土工程量与推进度相适应，确定剥离半连续生产系统的年生产能力为1 600 万m3（实方），较初步设计的1 000 万m3/a（实方）增加60%。

3.2 系统生产能力

1）系统能力计算。剥离岩石密度2.20 t/m3（实方），采剥后剥离物松散系数1.35。根据剥离系统有效工时4 113 h 计算，并考虑剥离系统作业的不均衡特性，确定半连续剥离系统的生产能力为松方6 660 m3/h（10 855 t/h），取值1.1 万t/h，即带式输送机、卸料车及排土机生产能力均为1.1 万t/h。剥离系统包含2 台半移动破碎站，破碎站生产过程中受物料粒度、黏度、卡车供料不连续等影响较多，为保证破碎效率满足胶带运输的生产能力，破碎站的额定能力取值应偏大10%，即单台半移动破碎站额定能力为6 000 t/h。连续部分生产能力见表1。

表1 连续部分生产能力

2）间断生产部分设备选型优化及生产能力测算。南矿初步设计中半连续生产工艺中挖掘机选用斗容35 m3的电铲2 台，配套载重220 t 的自卸卡车7台。2 台电铲较为富余，7 台卡车略显不足，一旦出现故障直接影响半连续系统的生产效率。在同等运距、提升高度的条件下，35 m3的电铲配套220 t 的自卸卡车生产成本较南露天煤矿6 m3的反铲配套60 t级的宽体卡车的生产成本高出4～6 元/m3。斗容35 m3的电铲约1 亿元/台，载重220 t 的自卸卡车约2 000 万元/台。设备购置费用高，设备使用上不能备用，一旦车辆故障易出现破碎平台断车情况，直接影响整套半连续系统的生产效率。

南露天煤矿优化后的半固定破碎站额定能力为6 000 t/h（松方3 681 m3/h），厢容37 m3的宽体卡车每小时需卸载100 车，4 个卸车台位，每个台位25车/h。根据南矿和元宝山露天矿实测数据，破碎站车辆卸载周期约1.5～2 min，4 个台位理论卸载车数为120～160 车/h，完全满足生产要求。因此南矿剥离半连续生产系统的间断部分应选用现有斗容6 m3的反铲、配套厢容37 m3的宽体卡车，单斗-卡车部分继续选用外委方式（无需新增投资）。

4 连续生产部分设备选型优化

4.1 半移动式破碎站结构型式优化

为适应随剥离作业面的推进而较频繁的移设，剥离系统破碎站模块式设计，由受料斗、破碎机、板式给料机、排料带式输送机、液压系统、电气室、司机室和钢结构等模块组成。破碎站设计模块化，使用履带运输车分块移设，采用钢结构料仓无结构挡土墙结构形式，卸料栈桥2 个，卸车台位4 个[6-7]。模块化半固定破碎站结构示意图如图2。

图2 模块化半固定破碎站结构示意图

4.2 排土机结构型式优化

原初步设计中，卸料车选择轨道式，排土机受料臂一端支撑在卸料车上，不能拆开，在带式输送机移设和上排、下排转换时，灵活性差。轨道式卸料车，优点是质量较轻，而且依靠铁轨导向，卸料车能自动地与带式输送机保持共线运行；缺点是除有1 条移设用钢轨外，在带式输送机的另一侧还需第2 条钢轨，承受卸料车的质量，为此需加长、加密轨枕，这给移设带式输送机增加了难度，而且移设过程中卸料车容易掉道。

优化选型后，排土机结构型式选择传统“C”型架结构型式，受料臂下部增加一组履带行走装置，使排土机与卸料车相互独立，增加设备使用的灵活性[8]。另外在卸料车选择上选择履带式卸料车（2 者造价大致相同）。在带式输送机移设时将胶带断开，卸料车可以从带式输送机架移出，有效提高带式输送机移设效率，特别适合排土工作面带式输送机平行移设。

5 结语

通过对剥离半连续生产系统布置方案的优化，使之适应于剥离内排使用，并与露天煤矿3 000 万t/a 产量规模的剥离、排土推进度相适应。通过核算半连续系统各环节生产能力与设备选型优化，有效提升整套系统的生产效率。

在设备选型优化方面，将大型单斗挖掘机、卡车调整为中型设备，大幅降低了系统投资和生产成本。优化半移动破碎站和排土机（含卸料车）的结构型式，使之更适用于露天煤矿破碎站频繁的移设、排土工作线平行移设的使用需求。