露天煤矿端帮自移式大倾角带式输送工艺分析

赵可可

（中联润世新疆煤业有限公司，新疆 昌吉 831800）

物料运输在露天煤矿资源开采成本的占比较大，直接影响着煤矿企业的经济效益，选择更为安全、经济的运输方式是煤矿企业急需解决的问题。需要结合国内煤矿资源赋存条件，采用端帮自移式大倾角带式输送工艺，具有占地面积少、爬坡能力强等优势，同样高程条件下输送机长度更短，生产系统更为简易，也有利于控制生产成本，可以解决物料半连续运输工艺中存在的问题，也是露天煤矿开采工艺的发展趋势。

1 端帮自移式大倾角带式输送系统

1.1 输送机设选型

花纹带式输送机占用面积小、运输带短，可提升物料输送角度，单位时间内输送物料量比较大，具有更可靠的输送性能，多应用于露天煤矿物料运输角度不大的情况，运输粘性物料以后可采用清水进行冲洗。波状挡边大倾角输送机设计有挡边输送带、压轮和压辊，输送带具有更大的横向刚度，间隔一段距离后需要安装横隔板，运输角度不大于18°时不设置横隔板，压轮和压螺用于调整输送带张力，机械零部件加工较为精细，输送带更换比较复杂，现场安装难度较大，无法运输粘性物料需要[1]。压带式大倾角带式运输机对物料进行运输时，通过承载带和覆盖带将物料包裹好，可以减少物料运输时产生的粉尘污染，也可以防止块料洒落，具有较高的安全性和环保性，理论输送角度可以达到90°，具有更快的运输速度。通过对三种不同的运输设备进行比较来看，可以采用压带式输送机，具有很好的自动化程度，煤炭运输通过封闭空间不会造成粉尘污染，提升角度区间为0-90°，采用尼龙胶带作为输送平面，可应用于粘性、含水的物料运输，机械零部件通用性好，不需要投入太多的运营维护成本。

1.2 输送设备形式选择

刚性单机提升方案：提升设备长度大则需要多个履带作为支撑，每个桁架间连接要求具有很好的灵活性，这样才能满足整体长度的要求，该提升方案不需要太多的设备，结构也比较简单，物料输送起来也比较便利。但移动设备后的调整难度比较大，需耗费较长的时间。设备机头拉力较大，需要通过设备整体与端帮形成的摩擦力来进行平衡，设备运输工作量较大。对台阶地质条件适应性差，设备拆卸繁琐，生产效率无法得到保证[2]。

单点支撑多机提升方案：在每个端帮安装大倾角输送设备，通过相互连接将物料进行多次运输至地面，具有较好的设备灵活性，但在端帮安装设备增加了工作量，还需要通过多台设备方可将物料送至地面，工艺连续性较差且对矿山交通也会带来不利影响，设备移动时稳定性比较差，对台阶高差适应性一般。

两点支撑多机提升方案：此提升方案与单机提升较为相近，但对地质台阶有着更好的适应性。

选择压带式运输机与两点支撑多机组合的方案，对煤矿地质条件有着很好的适应能力，设备移动也比较简单，可以达到大倾角运输物料的需要。但需要安装多台设备，前期需要较多基建工程量。

1.3 自移方式选择

整体自移方案：端帮大倾角带式输送机整机长度和重量都比较大，多以简支梁方式支撑于平台，需要跟破碎站移动。自动装置采用履带式底盘，两个支撑点可同时移动，可以满足大倾角带式输送机的整体运移，移动速度较快且更为方便，不会对端帮形态及剥离物运输带来太大影响，但移动设备的稳定性并不高，无法满足端帮地表和台阶高度调整的需要[3]。

整体分段自移：端帮中设置3 个或6 个支点，输送机悬空长度较短，多支点的方案有效简化支架结构，移动重量减小。但多支点移动要求较高的同步性，也对端帮形态提出了更高的要求，需要将输送机支架与支点以十字铰进行连接，还需要预先放开张紧装置，防止张力集聚而造成设备损坏。

分段串联：在端帮将多个输送机进行串联，以接力方式完成物料运输，每个设备均独立设备，具有较高的灵活性。但设计多个装载点导致系统稳定性变差，采用波状挡边带的带式输送带，由于输送长度较短导致单位投资成本大。

结合三种自移方式的优缺点和适用条件，选择整体布置分段的自移方案。

2 端帮大倾角带式输送机工艺设计

2.1 输送工艺布置

某煤矿地表破碎站和选煤厂均位于南帮，将坑下破碎站和带式输送机设置于南帮，破碎站数量为3 个，不会对排土空间带来太大的影响，但端帮边坡角度大，要采用 大倾角带式输送方式。

坑底煤炭物料采用带式输送机进行运输，受到煤矿剥离物双环内排的影响，会存在剥离运输卡车和输送机存在交叉的问题，输送机设置于端帮可采用台阶支点架高的方式来为卡车预留出通道，不会对工作帮推进产生影响，从技术经济角度分析该方案更为经济合理，可以保证输送机达到最大的倾角[4]。

2.2 坑下破碎站匹配选型

端帮自移大倾角带式输送机设置要结合坑下破碎站，煤炭要在坑下完成破碎转运，出料规格影响着物料运输，布站位置决定着胶带开始位置、倾斜角度等，两者共同建立起筛分系统。由于露天煤矿工作帮与排土场的不断向前推进，半固定破碎站要满足间断性移设的要求、投资较小且有着较大的处理能力，产品可靠性较高，但移设费用较大，移设步距在1000m 以上，移设周期较长，要提前做好基础，可将破碎站设置于南端帮煤底板。而该煤矿每年产能较大，对自移大倾角带式输送机有着更高的要求，需要确保每年的输送能力不低于10Mt，提升高度不低于210m，倾角不低于34°，以运输机每年运行时间为300d，每天18h，输送能力发挥率为85%，每小时输送能力为2200t，要求坑底破碎站处理能力不低于2200t，再结合破碎站运行时间和可靠性等，破碎站处理能力应该选择每小时2200t～2500t。

2.3 端帮台阶参数及稳定性分析

煤矿端帮运输平盘宽度为40m，端帮布置支柱运输台阶见图1 所示，安装大倾角带式输送机以后，平盘宽度要结合具体情况进行调整，确保单个台阶可在支柱均布荷载条件下保持稳定，还需要根据输送机与平盘的高度，确保平盘内排的卡车可以顺利通过[5]。

图1 端帮布置支柱运输台阶

支架位置由临近坡顶线部位开始不断向坡后方移动，台阶稳定性为1.1 时进行记录，作为临界位置并将距离坡顶线距离标记为Sn，端帮支点数量为N。

对载荷条件下单台阶稳定性进行分析，初始状态条件下台阶稳定系数为1.13，为圆弧形滑坡滑移模式。当端帮支点数量N=1 时，输送机的架设已经改变了台阶滑移模式，转变为坐落滑移式，这是由于输送机的安装使得台阶局部应力变得集中，架设位置附近岩体易受到破坏，岩体位移竖直向下表明会产生剪切破坏，剪应变增量也可以体现出滑体后缘存在剪切破坏，支架质心距离台阶段顶15m 时，稳定性可达到1.1，安全区间为0～25m。当端帮支点数量N=2 时，剪应变增量分布于滑体后缘，表明存在着剪切破坏，岩体位移竖直向下且偏临空面20～30°，表明存在剪切破坏的同时，在下滑力牵引影响下存在拉张破坏，支架质心距离坡顶线11m，稳定性为1.1，安全区间为0～29m。当端帮支点数量N=2 时，滑移模式并不明显，而当N ≥3，输送机荷载影响下滑移模式与初始状态相同，支架质心距离坡顶线9m，安全区间为0～31m。

2.4 端帮整体稳定性分析

将南端帮剖面作为研究对象，创建输送机架设模型，高度、长度分别为260m、576m，底部、法向位移进行全部约束。结合初始状态和单台阶模拟分析结果，支架确定为2 个。N=2 时，安全区间为0～29m，为确保模拟结果具有可靠性，2 个支架设置距离两个平盘，支架距离台阶坡顶线11m。对端帮初始稳定性进行分析，可以有效避开潜在滑动区域，模拟结果中可以发现，南帮具有很好的稳定性，稳定性系数达到1.64，为圆弧形滑坡模式，高陡边坡坡脚和煤层坡脚的剪应变比较大，表明上述两个位置会先受损，中部高陡台阶位移大，在进行支架设置时需要避开此台阶。输送机设置对南帮端位置和剪应变分布不会造成太大的影响，南端帮存在2 处潜在滑动面，输送机安装位置不会对南帮整体稳定性系数产生改变，稳定性系数的改变量由高陡泥岩台阶来决定。对运输机架设前后应力进行分析，架设完成后不会对端帮整体应力分布带来影响，这是因为胶带重量小于岩体自重，不会对南帮整体应力分布产生影响。再对位移云图和矢量进行比较，2 个承重台阶的位移方向与大小都发生了变化，台阶位移表现为沉降。2 承重台阶具有底部起鼓趋势，安装完运输机以后有效缓解该趋势，下部承重台阶从底部起鼓变为沉降。砂岩台阶在输送机的影响下发生位移变化，但位移大小并不明显。受到外部荷载影响，位移方向变为近水平方向，上部砂岩、中下部煤台阶受到运输机支架荷载影响较大，位移方向为竖直向下，位移量显著增加，但沉降量却在1cm 以内。

结合运输机架设位置和潜在滑动面分布条件，端帮稳定性系数受到高陡泥岩台阶的影响比较大，输送机安装与架设并没有对端帮稳定性系数产生影响，表明布置胶带运输机在保证边坡安全方面是可行的，也会对台阶原有位移趋势产生影响，可以缓解上部砂岩台阶底部起鼓的趋势，也会将位移趋势转变为沉降，并没有对南帮端应力分布产生影响。对南端帮整体稳定性进行分析，初始状态下具有2个潜在的圆弧滑动面，剪应力位于高陡泥岩台阶坡脚和煤台阶坡脚，高陡泥岩台阶会先发生破坏，安装施工时要做好上述两部位的应力监测。

3 结语

综上所述，大倾角带式输送机占地小、爬坡能力强，达到相同高程时输送长度更短，可以与端帮保持垂直，露天生产系统更为简单，不需要投入太多的资金，还可以满足资源绿色开采的要求，但随着煤炭开采深度的不断变大，优化坑内破碎站位置和最大限度地采用带式运输机进行运输，是露天煤矿开采输送工艺的重要内容。通过对不同大倾角带式输送机类型进行分析，确定采用压带式输送机，具有很好的自动化程度，煤炭运输通过封闭空间不会造成粉尘污染；对输送工艺系统工艺布置进行研究，确定选择压带式运输机与两点支撑多机组合的方案，对煤矿地质条件有着很好的适应能力；对不同自移方式的优缺点和适用条件，选择整体布置分段的自移方案。再从输送工艺布置、坑下破碎站匹配选型、端帮台阶参数及稳定性分析和端帮整体稳定性分析，可以发现端帮大倾角带式输送机工艺可以满足煤矿运输需要，具有较高的应用价值。