露天矿生产能力核定分析

2021-01-05宋景辉

露天采矿技术 2020年6期

张镭，宋景辉

（1.云南省煤炭产业集团，云南昆明 650011；2.昆明煤炭设计研究院，云南昆明 650011）

煤矿生产能力是保障煤矿安全生产的产量上限，是煤矿依法组织生产，煤炭行业管理部门、煤矿安全监管部门和煤矿安全监察机构依法实施监管监察的依据[1]。为此，通过分析露天煤矿采煤能力和剥离能力单独核定的问题以及年推进度、年降深速度、边坡稳定、咽喉道口车流密度对生产能力的影响。确保生产能力核定的准确性。

1 生产能力管理概述

随着国家对煤炭工业安全生产管理力度不断加大，煤矿生产能力的管理工作越来越规范，2014 年国家安监总局以安监总煤行【2014】61 号出台了《煤矿生产能力管理办法》，2020 年又出台了《煤矿生产能力管理办法》（征求意见稿），针对露天煤矿生产能力核定征求意见稿比原《煤矿生产能力管理办法》进行了很多细化，其中主要增加了以下3 个方面。

1）明确生产能力核增幅度。生产能力核增幅度原则上不超过标准设计井型规模2 级级差，一级安全生产标准化煤矿核增幅度可上浮1 级级差。

2）明确核增生产能力的间隔时间。新投产煤矿和已核定生产能力煤矿原则上3 年内不得通过生产能力核定方式提高产能规模，一井一面、实现智能化开采、一级安全生产标准化煤矿间隔时间可以适当缩短。

3）对不得核增生产能力的条件进行了增设。露天煤矿批复用地达不到3 年接续要求，采煤全部自营、剥离外包单位不超过2 家。针对露天煤矿生产能力核定工作征求意见稿比原《煤矿生产能力管理办法》更细致、更具体，更加完善了露天矿的生产能力核定工作，但是生产能力核定标准还是存在一些不完备、不全面的问题。

2 生产能力核定需要注意的问题

2.1 采煤能力和剥离能力进行单独核定

煤矿生产能力核定标准中露天煤矿原煤生产能力按下式计算：

式中：Pc为核定的年原煤生产能力，万t/a；Pt为剥采能力，万m3/a；R 为核定当年、前1 年、后1年3 年平衡剥采比，m3/t；ρ 为原煤视密度，t/m3；r 为毛煤系数，r＞1。

由于同一煤矿平均剥采比一段时间内是基本固定的，那么决定原煤生产能力的最大因素是剥采能力，即采煤和剥离2 个单个采装环节能力之和。开采工艺对生产能力的影响较大[2]，对于全部为间断工艺的煤矿，这样计算后原煤生产能力是准确的；而对于包括轮斗连续工艺的综合工艺露天煤矿，这样计算显然是不合理的。例如某露天矿采煤工艺由间断工艺调整为轮斗连续工艺，受轮斗连续工艺移设工作的限制，必须保证足够的工作线长度，减少年移动次数，保证轮斗连续工艺的年能力。本矿现阶段属单一煤层，煤层平均厚度19.64 m，采煤工作线长度平均1 200 m，根据煤层厚度和工作线长度，布置1 条轮斗工作线比较合适，那么轮斗连续工艺的能力是固定的，轮斗连续工艺的综合能力为800 万t/a，即本矿采煤能力800 万t/ a 是固定的；但剥离设备多，剥离工作线较长，剥离能力大，如果将本矿的采煤和剥离能力汇总后，则计算的原煤生产能力为1 800万t/a，远远大于本矿的轮斗采煤能力。运输环节采煤和剥离能力汇总后，同样出现这样的问题，随之而来是根据本矿采煤和剥离汇总能力，核定的原煤生产能力出现了偏大的问题。因此，露天煤矿生产能力核定采煤能力和剥离能力进行单独核定，不需要进行能力汇总再反算原煤生产能力。

2.2 工作线长度与年推进度核定

露天煤矿生产能力核定标准未要求年推进度数据，年推进度代表煤矿工作帮每年推进的速度，一般露天煤矿年推进度数据不超过400 m[3]，南方露天煤矿地质条件复杂，年推进度相对较小，云南露天煤矿工作线长度、年推进度、年降深速度统计见表1。

表1 云南露天煤矿工作线长度、年推进度、年降深速度统计表

年推进度与工作线长度息息相关，而露天矿的工作线长度不仅影响着煤矿的剥采比和经济效益，也直接关系到露天矿的年推进度和生产能力[4]。《煤炭工业露天矿设计规范》规定：单斗挖掘机的工作线长度不宜小于300 m，因此，露天矿生产能力核定时应分别核算各个采装设备的工作线长度和工作面数量；当工作线较长时，工作面则较多，布置的设备数量多，生产能力确定的情况下，年推进度相对小；当工作线较短时，工作面则较少，布置的设备数量少，生产能力确定的情况下，年推进度相对大[5]。露天煤矿进行生产能力核定时，一段时期内同一采区的地质条件及煤层赋存是不变的，煤矿当年、前1年、后1 年工作线长度核定后，年推进度和生产能力是确定的，这样核定的生产能力与实际情况结合度高，保证了生产能力核定的准确性。

2.3 年降深速度及边坡稳定核定

煤矿生产能力核定标准未要求年降深速度数据，在近水平埋藏的矿床中，年降深速度与生产能力的关系较小，但在倾斜埋藏的矿床中，年降深速度直接关系到露天矿的边坡稳定，边坡稳定又制约着露天矿的生产能力，这是生产能力核定与安全生产的契合点。边坡在降深的过程中，原有的应力平衡状态受到破坏，新降深的边坡需要一定的时间形成新的平衡，因此必须确定保证边坡稳定的年降深速度[6]。另外，南方露天煤矿边坡受地表水和地下水的影响较大，露天矿坑底必须有保证安全生产的坑底水仓和水泵，每次延深降段均需对坑底水仓和水泵进行移设，疏干效果也制约了年降深速度，并影响了边坡稳定系数[7]。云南某露天矿疏干效果与边坡稳定系数的关系见表2。

表2 云南某露天矿疏干效果与边坡稳定系数的关系

年降深速度直接影响了煤矿生产能力核定，尤其是南方露天煤矿的年降深速度非常受限，因此，煤矿生产能力核定必须考虑年降深速度及边坡稳定因素，收集煤矿当年、前1 年、后1 年的年降深速度数据，并根据降深速度对边坡稳定进行评价，使露天矿生产能力核定更准确，更能保证安全生产。

2.4 车流密度验算

影响运输系统生产能力的因素首先是道路标准，其次是设备数量，煤矿运输设备数量多，并不代表运输能力大，还要验算咽喉交叉道口的通过能力和车流密度。车流密度是在某一瞬时内1 条车道单位长度上分布的车辆数，表示车辆分布的集中程度。煤矿生产能力核定标准明确了运输系统生产能力核定时进行车流密度验算，但往往在露天矿实际生产能力核定的过程中，忽略本项内容。

保持合理车流密度是保证煤矿运输畅通和生产能力的重要因素，在一般情况下，车流速度是车流密度的函数，当车流密度x 达到200 辆/km 时，造成堵塞，此时车流速度v 为0；当0≤x≤20 时，车流速度为60 km/h。研究表明：当20≤x≤100 时，车流速度v 是车流密度x 的一次函数，车流密度为100 辆/km时，车流量达到最大，且最大值约3 333 辆/h。在煤矿设计和安全生产管理中，车流密度越小，安全程度越高，因此，设备选型的大型化是减少车流密度的根本，也是提高生产能力的方式。另外，运输道路的标准也是车流密度的影响因素，露天煤矿采场内运输及排土场内运输占比较大，从运输优化的角度，连续坡道比折返坡道更合理，通过能力更大[8]。露天煤矿采场外剥离主干线及煤的运输宜采用空、重车道单独设置，提高运输能力。

目前，全国露天煤矿生产采用外包的方式较多，外包队伍设备存在型号小、数量多的特点，因此，运输环节生产能力核定时应对露天矿的咽喉道口进行车流密度验算，从而确保运输能力核定的准确性。