平朔东露天矿原煤破碎站布置优化

赵彦合

（中煤平朔煤业有限责任公司 东露天矿，山西 朔州036006）

端帮巷道运煤半连续工艺是指煤自工作面单斗挖掘机采掘后，由卡车运输至布置于该煤层顶底板水平的端帮它移式破碎站破碎，继而通过带式输送机经端帮联络巷、端帮平巷、斜井巷道至地面运输系统的一种开采方式，此开采工艺不仅改变了传统采煤半连续卡车运距远、提升高度大、运费高的缺点，还可降低露天矿碳排放、回收部分端帮压煤[1]。

中煤平朔煤业有限责任公司东露天矿剥离采用单斗-卡车间断工艺与自移式破碎机半连续工艺，采煤应用单斗-卡车-半固定式破碎站-原煤巷道带式输送机半连续工艺。东露天矿主采煤层为4#、9#、11#3 个煤层，在矿坑4#煤底板与9#煤底板分别设立1 台半固定式破碎站，对开采的原煤进行破碎处理，处理后的原煤经矿坑南端帮巷道内的带式输送机运输到选煤厂。

1 原煤巷道延伸存在的问题

东露天矿原煤运输主要通过带式输送机运输实现，随着矿坑的推进主巷道也随着向前掘进，原煤巷道在东露天矿的实际生产中存在的问题有：

1）原煤巷道采区间接续困难。目前东露天矿原煤巷道布置于首采区南端帮，随着矿坑推进，巷道需沿着首采区南端帮与二采区西端帮延伸，导致后续采区原煤胶带运距远。采区接续时巷道接续方案如图1。

图1 采区接续时巷道接续方案

2）巷道掘进成本高。东露天矿的主巷道布置于煤层中，巷道的横截面积为16.45 m2，每掘进1 m 巷道可采出25.6 t 工程煤。工程煤的价格为49 元/t，每掘进1 m 煤巷道的总成本（材料＋施工）为1.3 万元，则每掘进1 m 煤巷道花费11 745 元，相比之前的巷道掘进成本升高。

针对原煤巷道延伸存在的问题，提出将原煤运输的暗胶带改为明胶带，则需首先确定半固定破碎站布置水平。

2 破碎站最优布置水平

将暗胶带改为明胶带后，造成胶带上部台阶成为单环运输，内排土场排土边界缩小，为确定破碎站合理布置水平，引入当量工作线，通过综合分析工艺费用，从而确定破碎站布置水平[2-3]。

2．1 优化基本流程

首先，按照生产过程及工艺，将运煤卡车和胶带运距及费用分别计算；然后，计算由于明胶带造成卡车运距增加、内排土场升高导致的增加费用；最后，将对应工艺的其它费用相加，以总费用最低为准则，确定合理的布置水平[4-5]。

2．1.1 卡车运距和带式运输机运距

卡车运距计算剖面图如图2。

图2 卡车运距计算剖面图

破碎站位于露天矿端帮，卡车由采场干道运输，可采煤层为n 层，第i 煤层到破碎站卸载点的卡车运距为：

式中：DTi为第i 煤层到破碎站的卡车运输距离，m；Hi为第i 煤层到破碎站的垂深，m；R 为道路限制坡度，取8%～10%；Cq为道路展线系数；DR为坑内水平附加运距，m；DGR为端帮运输距离，m；Li为第i 煤层工作线长度，m。

式中：Ln为坑底煤层工作线长度，m；Hn为破碎站与坑底煤层高差，m；α 为最终帮坡角，（°）。

加权卡车运距DT计算公式为：

式中：Ti为第i 煤层年采出量，t。

式中：hi为第i 煤层厚度，m；a 为年推进度，m；ρi为第i 煤层密度，t/m3。

带式输送机运距为：

式中：k 为展线系数；△x、△y、△z 为破碎站带式输送机受料点与选煤厂卸载点三维坐标差，m；DB为胶带坑内附加运距，m。

2．1．2 运煤胶带明沟对上部土岩卡车剥离运输的影响

1）当量工作线长度的计算。在采用单斗卡车剥离工艺时，破碎站布置水平以上部分台阶的卡车运输可经过胶带沟底爬坡的方式运输，较单环内排运距小，也可继续采用双环内排，为确定台阶运输方式，引入当量工作线长度：

式中：LP为当量工作线长度，m；H 为剥离台阶与破碎站所在水平的高差，m。

2）内排运输功的计算。内排总运输功WTP为：

式中：m 为从坑底到地表所有剥离台阶的个数；VTPi为第i 台阶的土岩量，m3；DTPi为第i 台阶的内排运距，m；

2．2 破碎站布设水平优化

目前，露天矿剥离运输主要为连续工艺或单斗-卡车间断工艺，因此总费用Fz为：

式中：DT为煤层到破碎站运输距离，km；T 为煤层年采出量，t；Ckm为卡车运煤单价，元/（t·km）；DJ为胶带运输距离，km；Cj为胶带运煤单价，元/（t·km）；d 为卡车剥离增加的运距，km；T1为明带式输送机影响双环内排的剥离量，m3；Ckb为卡车运岩石单价，元/（m3·km）；Fp为内排或外排增加费用，元。

当上部剥离采用间断工艺时，总费用包括卡车运输增加费用、运输煤费用与胶带占用排土空间此部分物料排弃增加费用总和；当上部剥离采用连续运输工艺时，运煤系统对上部运输系统影响较小，总费用为运煤费用与胶带占用排土空间此部分物料排弃增加费用之和。最优布置水平即总费用最低。

3 破碎站改造

3．1 破碎站布置水平优化

采用明胶带运输需研究明胶带的留沟布置水平，当布置水平较低时，留沟将阻断上部水平台阶的双环内排改为单环内排，布置水平越低影响内排量越大，剥离运输增加费用越多[6-7]，因此从4#煤底板及以上每隔20 m 分别分析破碎站布置水平的合理性。

根据东露天矿的实际生产情况及征地问题，对采区划分进行了优化，同时由于开采境界较大，在研究破碎站布置水平时，为了准确计算出破碎站合理的布置水平，现将采区划分小的阶段进行研究，东露天矿采区划分及阶段划分示意图如图3。

图3 东露天矿采区划分及阶段划分示意图

相对单斗-卡车工艺下双环内排，由于破碎站造成上部剥离台阶单环运输所增加的运输费用及内排土场增高增加的费用。以首采区阶段2 为例，当破碎站布置在4#煤底板之上时，根据原煤综合运距计算破碎站布置于不同水平时总费用见表1。

表1 破碎站布置于不同水平时总费用

在同一布置水平，增加剥离费用大于卡车运煤费用，主要是由于留沟影响的内排量大于采煤量，同时内排土场上部台阶剥离运距较大。随着破碎站布置水平的升高，总费用不断下降，破碎站布置于4#煤底板上140 m 时最小，东露天矿首采区阶段2 以4#煤为底时采深为160 m，已接近地表。考虑留沟将阻断双环内排且造成管理复杂，故考虑将破碎站布置于地表。

3．2 采区间胶带接续

东露天矿计划将原煤巷道胶带从首采区A 点基岩面穿出，将暗胶带改为明胶带。经过前面破碎站布置水平优化可知，将破碎站布置于地表经济较合理，因此在首采区A 点到B 点及首采区向二采区转向期间时，将破碎站布置于地表。当首采区工作面转向结束时，将原煤运输胶带从首采区A 点经内排土场留的沟进行铺设，完成首采区与二采区原煤运输的接续[8-9]，供二三采区原煤的运输，采区接续时明胶带布置示意图如图4。

图4 采区接续时明胶带布置示意图

A 点坐标为（x=493 459，y=437 8445），基岩面标高308，地表面标高1 334 m，C 点半压帮留沟后的标高为1 330 m，从A 点到C 点经内排土场布置明胶带有2 种方案：

1）方案1：明胶带经首采区内排土场从A 点直通C 点。

2）方案2：先从A 点以上坡面铺设到达内排土场表面（1 440 m 水平），在内排土场表面铺设一段胶带，快到C 点时再以下坡面铺设到C 点，上坡与下坡角度为16°。

明胶带铺设后，考虑到胶带及作业人员的安全，预留一定的安全距离，同时为了方便明胶带的维修应保留通车的宽度，因此沟底宽度按20 m 计算。

方案1 比方案2 影响内排容积（实方）量多6 208 万m3，如果采取方案1 铺设胶带，内排土场的排土台阶高度升高明显，剥离物整体重心抬高较大，增加剥离成本，因首采区内排土场空间紧张，因此推荐方案2 铺设胶带。

4 结 论

1）结合东露天矿的地质情况，分析原煤巷道延伸存在的问题，提出将巷道胶带改为明胶带方案。

2）暗胶带改明胶带后，端帮胶带布置水平影响卡车内排运距，通过不同布置水平的综合运距分析，得出将破碎站布置于地表较合适。

3）通过研究运煤胶带采区间接续情况，明确明胶带经首采区内排土预留沟服务二、三采区方案，明胶带铺设：先上坡到内排土场，在内排土场水平铺设一段距离，再下坡到二、三采区交接处。