露天矿输煤体系初探

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本文作者：曲臣作者单位：中煤国际工程集团沈阳设计研究院

安太堡露天矿井巷输煤系统概况

1开采现状

安太堡露天矿位于平朔矿区中部，东临正在筹建的东露天矿田，南与安家岭二号井田和安家岭露天矿田毗邻，北为正在建设的安太堡三号井田，西接双碾合作区井田、井东井田和潘家窑合作区井田，安太堡露天矿设计规模15.33Mt/a，平均剥采比5.6m3/t，截止到2010年末，井田范围内可采储量611.96Mt，按生产规模15.00Mt/a，储量备用系数1.1计算，尚可服务37a。安太堡露天矿开采煤层为近水平多煤层赋存，共有三层可采煤层，从上至下依此为4、9、11号煤，厚度为8m、14m、4m左右。采用“电铲+卡车”间断工艺，台阶划分为15m标准台阶，煤层单独划分，4号煤层以下采用倾斜和水平相结合的方式，穿孔采用250m牙轮钻机，爆破方式为ANFO导爆索非电起爆、深孔爆破。排土方式为推土机边缘排土。目前，安太堡露天矿已采完Ⅰ采区和Ⅱ采区，正向Ⅲ采区过渡，推进方向发展为由西向东。

2井巷输煤系统

根据安太堡露天矿开采现状，整个井巷输煤系统的设计思路是:平行于露天矿采场推进方向(由西向东)在靠近边坡的9煤爆破影响安全区域内设置4煤、9煤二段带式输送机大巷，通过端帮给煤平巷接受来自露天矿采场来煤，而后通过溜煤眼转载到布置在11号煤层中的4煤、9煤一段带式输送机大巷，4煤一段带式输送机大巷通过一号主斜井、地面工业场地带式输送机将煤炭输送至选煤厂原煤仓，9煤一段带式输送机大巷通过二号主暗斜井、转载硐室、二号主斜井、地面工业场地带式输送机将煤炭输送至选煤厂原煤仓。辅助运输由9煤一段带式输送机大巷、4煤二段带式输送机大巷兼做辅助运输巷解决检修及材料运输等问题。通风方式采用抽出式通风，在二段大巷延伸到1300m处并开凿立井作为回风井，主要进风通道为一、二号主斜井，辅助进风通道为二段端帮处垂直于二段带式输送机大巷设置的两条带式输送机给煤平巷及辅助运输平巷。整个井巷输煤系统图如图1所示。

采用井巷输煤系统的必要性

1从经济效益角度看

安太堡露天矿输煤系统虽经改造，但随剥采工程发展及市场对煤炭需求，原有输煤运输系统已不能满足生产发展要求，目前工作帮正由Ⅱ采区向Ⅲ采区转向过渡，随剥采工程发展，原有半固定破碎站离采煤工作面越来越远，目前卡车运输距离已达到4.00km以上。这将严重影响运煤卡车效率，加大开采成本，使露天矿经济效益越来越差。根据国内露天矿煤炭运输情况调查统计，带式输送机运输成本一般为0.24～0.40元/(t•km)，而自卸卡车运输费用一般在1.30元/(t•km)，前者仅为后者的1/3左右。按照年运量1500万t，运输距离平均在4km计算，卡车运煤年费用达7800万元;相同条件下，带式输送机运输费用在1440～1500万元，二者差异明显。具体数据详见表1。另外，近年来，在半连续运输系统中的破碎机、带式输送机及控制系统制造技术得到长足的发展，其类型越来越多，质量有较大提高，这无疑增强了半连续工艺在生产过程中的可靠性，拓宽了该工艺在露天矿应用范围，而且随着其价格的大幅度下降，半连续运输方式投资较高的缺点越来越不明显。

2从环境保护角度看

原有半固定破碎站继续前移将大大减少内排空间，增大外排工程量，这不但占用大量土地，而且对环保、土地复垦均存在不利影响。除此之外，以井巷输煤系统中的胶带运输代替地面的卡车运输，可以通过电代油、减小煤尘、灰土等对环境的影响等，因此半连续工艺在露天矿中的合理应用也符合国家环保政策的要求。

3从时机上看

安太堡露天矿目前生产已经超过20a，原购置的运输设备已到报废年限，正处于设备更新时期。所以，结合扩能和输煤运输系统改造，重新合理选择新的运输方式具备良好的时机条件。另外，从提高露天矿经济效益、可持续发展、环境保护等方面看也是必要的。

采用井巷输煤系统的可行性

从以上必要性分析可以看出，安太堡露天矿采用井巷输煤系统在经济效益、环境保护等方面具有原卡车运输系统无法比拟的优势，但并非所有露天矿输煤系统都适合此类改造。安太露天矿之所以成功采用井巷输煤系统对运输环节进行改造具有多方面的成熟条件，综合来看有以下几点。

1剥采现状满足改造条件

安太堡露天矿开采煤层为近水平多煤层赋存，共有三层可采煤层，从上至下依此为4、9、11号煤，目前，4号煤层在采场范围内已经完全剥离，改造后的安太堡井巷运输系统主要布置在9号、11号煤层中，这样布置可以避免巷道布置在4号煤层中巷道受露天矿重型采运设备影响而产生的支护困难问题。另外，9号煤层的开采现状使得二段输煤巷道布置在9号煤层中具有了先决条件，可以通过端帮布置带式输送机给煤平巷，因此，安太堡露天矿9号煤层的剥离现状是决定整个输煤系统可以实现最佳布置的先决条件。除此以外，考察整个输煤系统的设置是否合理、必要，主要看带式输送机运输对卡车运输实行替代后所产生的运输费用是否较未替换前节省。目前安太堡露天矿的卡车运输距离过大是设置井巷输煤系统的决定性条件。二者费用比较可以采用以下公式进行验证。就安太堡露天矿而言，由于内排土场及地面条件的限制，井下输煤系统与地面输煤系统的连接只能通过设置在二号井工矿场地内的一、二号主斜井完成。因此整个输煤系统井下的带式输送机运输距离X2为“恒量L1(一、二号主斜井及一段带式输送机大巷的长度)+变量L2(二段带式输送机大巷输煤距离)”;卡车运输距离X1也是随着剥采工作面推进而变化的变量。文中选择输煤系统工程开工建设时段的恒量作为公式验证参数。其后的每一时段的相应参数相对于前一个剥采面而言运输距离变化可忽略不计。这里Z=241379万元＞0。该计算结果表明，建设该系统经济效果明显。

2地面布置、外部条件满足改造条件

安太堡设置井下输煤系统时工作帮正由Ⅱ采区向Ⅲ采区转向过渡，随剥采工程发展，原有半固定破碎站离采煤工作面越来越远，致使自卸卡车运距(2006年)已超过3.70km，2007年将达到4.00km以上。因此，将严重影响运煤卡车效率，加大开采成本，使露天矿经济效益越来越差。另外，原有半固定破碎站继续前移在内排土场上，采场南部内排土场+1350m水平留沟，这将大大减少内排空间，增大外排工程量，这不但占用大量土地，而且对环保、土地复垦均存在不利影响。采用井巷输煤系统，可以增大内排空间，减少外排工程量及土地占用，进而有效保护土地资源、减少环境污染。

3设备使用周期满足改造条件

截止至建设完成井巷输煤系统时安太堡露天矿生产已经超过20a，原购置的运输设备已到报废年限，正处于设备更新时期。进行输煤系统改造后，安太堡露天煤矿采煤采用“单斗+卡车+半移动式破碎站+带式输送机”半连续开采工艺。除采用井巷输煤减少运输距离、费用、建设污染外，还可以借此时机进行设备的更新换代，从采、剥环节上提高工艺设备的先进性，有利于进一步提高露天矿生产效率。

结语

文章通过对安太堡露天矿设置井巷输煤系统的初步探讨，试图通过对该工艺系统的应用时机选择、必要性分析，将井巷输煤系统推广至我国类似条件的露天矿中，从而使得更多的露天矿因此而收益。诚然，井巷输煤系统有着露天矿传统运输方式无法比拟的经济、环保优势，但该系统的应用有着建设时机及地面地形、设备应用周期等一系列的限制因素。因此，在当前条件下并非我国所有露天矿都有必要、有条件改造建设类似工艺系统。针对不同条件的露天矿应做具体分析、比较各方面适用条件，进而确定该系统有无建设的必要性。另外，该系统属于我国首例实际建设、运行项目，系统中不可避免地存在着某些缺陷，比如通风、排水问题等，文章未做详细论述。这都有待于该工艺系统的大范围应用后，通过相关科研单位、设计单位、施工及业主单位在实际应用中不断调整、不断改进，从而使得井巷输煤系统不断地完善，从而为企业进一步提高经济、环境效益做出贡献。