准东露天煤矿开采工艺的选择

张建武

摘要：开采工艺方案的选择对露天矿的安全生产和核定产量有很大的影响。本文就如何进行开采工艺的选择进行了分析，对指导生产实践具有重要的理论和实践意义。

关键词：露天煤矿开采工艺选择

1 露天煤矿开采工艺选择的原则

①开采工艺选择必须遵循市场经济原则，力求投资少，成本低、效益好，尤其是初期效益更为重要；②工艺的选择既要与露天的当前规模相适应，又要考虑露天矿规模的滚动发展；③应优先选择大型的先进设备，实现高产、高效，以赢得最佳的经济效益；④应根据本矿特点，选择适应本矿开采技术条件的开采工艺；⑤结合本矿区具体条件，对该地区大陆干旱荒漠气候，夏季高温炎热，冬季严寒，常年多风等不利因素应充分考虑。

2 开采工艺选择

2.1 开采工艺综述 本矿煤层倾角4°～31°，浅部陡，深部缓，露天开采煤层浅部为单一巨厚煤层，向深部逐渐变为分岔双煤层至深部变为多煤层，其单一煤层区Bm煤层的平均厚度达69.43m。因此从工艺的适宜性和可靠性上来讲，目前开采工艺中开采成本比较低的两种工艺——吊斗铲倒堆开采工艺和轮斗——胶带连续开采工艺在本矿的使用上受到一定限制。

就轮斗——胶带连续开采工艺而言，由于本矿目前暂无土岩的岩石物理力学指标及切割力试验结论，且矿区地处严寒地区，气候条件恶劣，台阶表层在漫长的冬季易形成坚硬的冻结层，会影响轮斗挖掘机采装效率的发挥。故本次设计不再将轮斗——胶带工艺作为参选工艺进行比选。

其次从吊斗铲倒堆开采工艺来看，当煤层倾角在10°以下时，符合采用吊斗铲工艺倒堆剥离物的必需条件，而本矿煤层埋藏倾角在4°～31°，尤其首采区开采的浅部煤层倾角较陡，无法采用吊斗铲工艺倒堆剥离物。

此外，从单斗铁道开采工艺分析，该工艺优点是运输成本较低，但要求限制坡度小，一般不大于20‰，折返站长度至少要250m，要求煤层底板台阶工作线长度不小于1000m，要求剥离台阶工作线长度至少在1100m以上。从建设期来看该工艺也较其它工艺要长。其人员多、效率低、劳动强度大也为不利因素。因此国内外均已将其列入淘汰开采工艺。从我国目前露天矿的开发设计和建设上来看，该工艺也已基本上不再作为一种主导工艺来推选。

2.2 适合本矿的开采工艺 有可能选择的开采工艺有：①单斗——汽车间断工艺；②单斗——自移式破碎机－胶带输运机－排土机或单斗——汽车－半固定破碎机－胶带输送机－排土机的半连续开采工艺，以下简称单斗－汽车－胶带机半连续工艺。下面就两种工艺进行研究。

2.2.1 单斗——汽车工艺 单斗——汽车工艺在我国已有多年的历史，应用该工艺已经具有了成熟的管理经验，该工艺具有如下特点：①拉沟长度短，基建工程量小，建设速度快；②工作线长度短，易于分区开采，初期生产剥采比小，矿山前期经济效益好；③运输设备爬坡能力大，机动灵活，矿山生产系统简单；④生产设备性能可靠，具有成熟的矿山管理经验；④容易向其它工艺过渡和发展，可以随时增加投入设备而扩大规模；⑥能尽早实现内排，实现复土造田，恢复矿区生态环境；⑦与其它开采工艺相比，耗油量大，生产成本较高。

2.2.2 半连续开采工艺 半连续工艺的特点：半连续工艺兼有连续工艺和间断工艺的优势，其主要优点有：①可采用卡车及胶带机联合运输，从而减少油耗及降低运输费用；②利用胶带输送机爬坡能力强的特点，可缩短运距，减少沟道工程量；③以胶带运输代替汽车运输，实现以电代油，在油价持续上涨的情况下，可以大大降低运输成本。

2.3 拟比选的开采工艺 露天矿生产规模为20.00Mt/a，按推进强度要求，并考虑首采区服务年限等要求，采区宽度优化为1200m，采深由初期的200m逐步加深到首采区开采结束的300m，深部剥离物外排时运距增加，最深部剥离物外排运距达5.05km，因此采用单一的单斗——汽车开采工艺经济上极不合理，必须采用适合本矿的单斗挖掘机——汽车-半移动破碎机-胶带输送机-排土机或单斗挖掘机-自移式破碎机-胶带输送机-排土机的半连续工艺及几种工艺的组合工艺。下面从本矿开采技术特点对其进行详细研究。

2.3.1 向西推进剥离开采工艺比选 ①上部剥离开采工艺(一期剥离量14.20Mm³/a)：上部剥离距排土场运距初期略远，向北推进后运距较近，初期单斗汽车运距3.2km，向北推进后为2.3km。这一开采时期仅3年时间，综合运距要小于2.6km。根据一般规律，当汽车运距小于3km时，为经济运距。故设计推荐上部剥离采用单斗——汽车开采工艺。②中部剥离开采工艺：向西推进中部如采用单斗——汽车开采时运距大于3km，已达到3.7km，采用汽车运输已不经济；实现向北推进后(此时已开始内排)中部采用单斗-汽车开采时运距为3.3km，也大于3km，因此中部剥离宜采用单斗-半固定破碎机或单斗-自移式破碎机的半连续工艺。值得指出的是，向西推进时由于全部需要外排，此时运距按排弃至东部外排土场进行计算，而向北推进时由于中、下部已可以实现内排，运距按内排时计算，该时期上部部分剥离物仍需外排，对其运距按内、外排分别进行计算，得出。采掘场两个推进方向工作线长度及运距估算表见表1。中部剥离开采工艺比选(向西推进)见表2。③下部剥离开采工艺：向西推进下部汽车开采运距已达到4.6km，远大于3km，向北推进(实现内排时)下部汽车开采运距为2.0km，此时深部宜采用单斗——汽车开采工艺。下部剥离开采工艺比选(向西推进)见表3。

3 总结

3.1 向西推进方案 从方案比较可以看出，单斗-自移式破碎机半连续工艺投资省、成本低。较过去一般工艺比较中单斗-自移式破碎机半连续工艺投资高、成本低不同，其原因主要为大型汽车(200t级以上)价格较高、本矿开采深度大，造成外排运距较远导致汽车数量较多所致。由于本矿生产规模大，并考虑将后进一步扩大产能的可能，因此选用了较大型采运设备。

从上述向西推进方案比选来看，上部剥离的汽车运距最近，采用单斗——汽车开采工艺，此时也可以采用外包方式；中部采用单斗-自移式破碎机半连续工艺最为优越，较单斗——汽车工艺投资省34350万元，较单斗-半固定破碎机半连续工艺投资省16640万元，年运营费用分别节约7395万元和5240万元，具有明显的优越性；下部由于采用单斗-自移式破碎机半连续工艺，因而对其仅进行其它两种工艺的比较，采用单斗-半固定破碎机半连续工艺较单斗-汽车工艺投资省34990万元，年运营费用节约12580万元。

3.2 向北推进剥离开采工艺比选 向北推进(实现内排时)上部实现内排时间晚，运距远，此时向西推进采用的单斗——汽车开采工艺已不合理，把中部的单斗-自移式破碎机半连续工艺调至上部可以更进一步发挥其胶带运输的优点；中部剥离物的开采则可以把向西推进时下部采用的单斗-汽车+半固定破碎机半连续工艺调整上来，可以充分发挥汽车调度灵活及半固定破碎机胶带运输克服运距较远的不利因素；而对于向北推进实现内排后深部运距最近，此时深部可以把向西推进上部采用的单斗——汽车开采工艺调整下来。

从以上分析来看，对于本矿开采深度大，存在不同推进方向的特点，上述开采工艺方案的选择可以较好的解决生产初期和后期因运距变化而产生的不利条件的影响，避免不同时期选用不同开采工艺带来的生产波动。