魏家峁露天煤矿破碎运煤系统布置研究

刘宏宇，国 新，张 琼

（1.北方魏家峁煤电有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯010308；2.内蒙古煤矿设计研究院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特010000）

半连续工艺有利于扩大生产规模，降低生产成本，可根据矿山具体生产条件灵活设置，是露天矿开采工艺的重要发展方向之一。据统计，在水平区段采用带式输送机替代卡车运输矿岩物料，可降低66%的运输费用，在上行区段甚至可降低86%[1]；此外，汽车运输成本随着开采深度的不断延伸而急剧增加，但采用带式输送机运输费用反而增加不多[2]，因此采用合适的破碎站用于降低矿岩输送粒度、提高生产效率，已成为露天矿山的趋势[3]。为此，如何针对魏家峁露天煤矿实际开采条件，合理安排破碎系统，有效降低生产成本，进一步提高矿山企业经济效益和核心竞争力[4]。

1 矿山概况

魏家峁露天煤矿剥离采用单斗挖掘机-卡车间断开采工艺，采煤采用单斗挖掘机-卡车-半固定式破碎站-带式输送机半连续开采工艺，经营方式为外包与自营相结合，即＋1 088 m 以下采用露天矿自有设备，以上采用外委方式。该露天矿共划分为3 个采区，目前在首采区进行剥采，采用纵采，即工作线东西向布置、由北向南推进。剥离物外排与内排相结合，其中外委剥离物上部黄土与红土运送至外排土场，下部岩石运输至内排土场，自主设备剥离物运送至内排土场。

魏家峁露天矿1#煤破碎站位于首采区东北角。原煤要运输至东北侧的1#破碎站，根据原煤生产系统、运输系统及破碎站位置关系，根据现状计算目前6#煤运至1#破碎站的运输距离为2.05 km。

初步设计只对基建期的建设情况进行研究，对于后期生产中的破碎站移设问题，大致确定了破碎站移设后卸载平台的位置，并确定了地表境界以及扩帮工程位置和工作量。暂定设计由原破碎站移设至规划位置，带式输送机运输系统随之延伸，拐角处设置转载站4 处，带式输送机延伸2 km。但初步设计说明书中明确提出，卡车运输距离过长时要提前考虑进行破碎站移设及带式输送机运输系统的延伸工程，届时进行进一步的研究后确定移设位置、移设时间和投资概算等。

初步设计中设计破碎站卸载平台为1 070 m 水平，带式输送机运输系统标高为1 060 m 水平，平行于沿帮公路设置。根据暂定移设位置、卸载平台及带式输送机运输系统布置及扩帮工程位置，端帮为卸载平台及通车，进行拓帮处理，产生工程量约185 万m3。

2 破碎站带式输送机运输系统布置

魏家峁露天矿首采区长2.66 km，随着采煤不断向西南推进，采煤运距不断增加的情况下，考虑将1#半固定破碎站由原首采区出入沟位置移设至首采区中部，以满足采煤运输的经济合理性。但同时需要考虑坑口电厂的持续用煤需求，保证带式输送机运输系统供煤的连续性。

2．1 系统布置原则

露天矿应用半连续工艺的破碎带式输送机运输系统应因地制宜，扬长避短，充分发挥其优势。同时也要遵循破碎站服务期间原煤平均运输成本最小和破碎站移设布置要对矿山生产系统影响最优的经济原则[5]。破碎站的位置布置多样，根据需求可设在采剥工作面、露天矿坑内煤层底板或者端帮位置以及境界地表等[6]。但在一定运输范围内带式输送机运输较卡车运输简单经济，所以要尽量选择卡车运输距离较短的区域布置破碎站。半固定破碎站需要随开采水平深度不断延伸。同时破碎站随着采剥工作面变化而进行的移设，影响生产连续性。同时带式输送机运输系统易受气候影响[7]。

2．2 破碎站布置方式

破碎站布置方式包括破碎站布设位置、卡车调车方式和转载方式等。破碎站布置与破碎系统的型式、地质条件、开采工艺、开拓运输系统及矿岩力学性质有关[8]。

针对魏家峁露天煤矿的工程实际情况，破碎站的可布置在端帮上或采场煤层底板，由于采场非工作帮平盘尺寸过小，不足以设置半固定破碎站，因此破碎站设计于端帮位置，又结合台阶布置情况，以保持原有台阶水平来减少拓帮工程量的基础上，计划设计在1 064 m 水平，这样卡车运距较小，可以利用采剥台阶作为卸载平台，稳定性较好。

2．3 系统布置方案

根据初步设计，提出原破碎系统直接移设的方案1 和增设1 套新破碎系统的方案2 套方案进行比选分析。

1）方案1。将现有1#破碎站拆除后，移设至采坑端帮初步设计规划移设位置，并新设1 套从破碎站到102 带式输送机机尾的带式输送机运输系统。可缩短运距，节约燃油成本等。破碎站移设后，带式输送机运输系统自然布置于魏家峁露天煤矿的沿帮公路上，减少架设基础的工程量和工作难度，但破碎站移设期间，原煤无法通过带式输送机运输系统破碎运输，将会影响采煤工作线的推进，甚至会导致电厂供煤不足，且如果仍采用单系统运输，对于维修及备件供应提出极大的要求，对露天矿生产管理系统的要求极高，故对原煤生产系统的影响极大。而且移设施工对时间要求严格。

2）方案2。为保证煤电公司电厂供煤的持续稳定，故提出原有破碎系统保持不动的情况下，新增设1 台破碎系统的方案。现有1#破碎站不动，再采购1套和1#破碎站同样型号的破碎机能力仍然为2 000 t/h 的2#破碎站，安装在端帮移设位置处，并加装1套从破碎站到102 带式输送机机尾的带式输送机运输系统。设备型号相同可方便配件供应及后期维修。同时1#破碎站作为备用设施能够在2#破碎站故障时依然可以保障电厂燃煤需求。虽然方案2 满足了电厂供煤需求，但增设了系统设备，投资固然增加，是否合理需要进行经济效益分析。增设破碎站布置方案图如图1。

3 经济效益对比

原煤运输费用F1可表示为：

式中：F1为煤运输至采场内破碎站运输费用，元；Lc为带式运输机长度，m；Cc为带式运输机运煤成本，元/（km·t）；Co为卡车吨公里运费，元/（km·t）；q 为年生产能力，t。

按目前魏家峁露天矿实际统计值，带式输送机长度为2 km，带式输送机平均成本0.35 元/（km·t），卡车运输吨公里费用2.2 元/（km·t）计算。2 个方案布设位置相同，故原煤运输至破碎站费用均为1 542 万元。

图1 增设破碎站布置方案图

延伸带式输送机运输后，沿帮公路由带式输送机运输运输代替卡车运输所节省的运输费用F2为：

式中：F2为带式输送机运输代替卡车运输节省的费用，元。

经计算，带式输送机2 个方案运输代替卡车节省运输费用均为2 220 万元。

方案1 中，1#破碎站需要移设，费用包括开挖土方，预制混凝土基础，拆除费，安装费，调试运行费等，参照1#破碎站最初购置安装时混凝土基础量，安装试运行费，结合其他类似矿山比较分析。预估1#破碎站移设土建费用为1 480 万元，破碎站拆除安装费用290 万元，增加购置胶带和安装2 240 万元。

方案2 中，需要新购置1 套2#破碎系统，故而移设投资费用中土建投资1 480 万元，设备购置安装费用为4 930 万元。

方案对比分析表见表1。

表1 方案对比分析表

从分析表中可以看出，方案2 对生产系统影响小，且施工困难程度低，同时后续维护较为容易，而投资费用方面则方案1 较小。

4 结 语

为保证魏家峁电厂整体运营，减少魏家峁露天煤矿原煤生产运输的运距，节省运输成本，在现有运输设备不变的前提下提高生产效率，通过对半连续工艺的半固定破碎站进行移设分析，依据破碎站带式输送机系统布置原则和布置方式的研究，从移设位置、影响因素和经济效益进行对比分析，得出增设一套半固定破碎系统和带式输送机系统移设延伸的移设布置方式更适合于魏家峁露天煤矿。