布沼坝露天煤矿剥离工艺优化选择

杨 宏，才庆祥，张天文，陈树召，陈彦龙

(1. 中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116；2. 小龙潭矿务局， 云南 开远 661601)

布沼坝露天煤矿为云南省小龙潭矿务局的主力矿井，2006年达到4.8Mt/a的四期设计生产能力，并开始进行五期扩建。扩建工程完成后，布沼坝露天煤矿生产能力将达到13Mt/a。随着剥离量的增大和露天矿采剥工程的推进，必须进行剥离工艺改造。

1 工艺现状

布沼坝露天煤矿现行剥离工艺，为单斗-汽车间断工艺和轮斗挖掘机连续工艺，随着矿山工程发展和市场情况变化，四期扩建所采用的工艺均表现出了不同的问题。单斗-汽车间断工艺机动灵活，是布沼坝露天煤矿四期扩建所采用的主要剥离工艺。但五期扩建后，该矿产量规模大幅度提高，剥离物的外排量和物料运输需克服的高差均增大，因此采用单斗-汽车工艺物料提升高差大，汽车运距远(已超过7km)，运营成本高。四期工程布置一套轮斗挖掘

机连续工艺系统(103)用于泥灰岩剥离，但由于物料含水量大、黏性大，连续工艺系统的生产能力严重利用不足。2003～2005年的统计数据表明，连续工艺系统年实际运行时间均小于2000h，实际生产能力不足800m3/h，远小于带式输送机的运输能力2200 m3/h。

2 开采条件

布沼坝露天煤矿经过半个世纪左右的开发，对单斗-卡车间断工艺、轮斗挖掘机连续工艺和半连续工艺均有应用，而且对露天矿开发的物料岩性也有充分了解。因此，露天矿五期扩建工艺选择，应对矿山物料条件、设备条件及生产条件予以充分考虑。

2.1 工程地质条件

小龙潭煤田是新第三纪小龙潭煤系地层构成的山间向斜盆地，区内三条较大的断层(F2、F3、F4)形成了煤田的东、西、南自然边界。南盘江为区内最大河流，横切盆地腰部，将小龙潭煤田分割成江南、江北两个井田。布沼坝露天煤矿属江南井田。

2.2 物料条件

根据“国家发展改革委关于云南省小龙潭矿务局露天煤矿扩建项目核准的批复”，小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿五期扩建规模为13Mt，生产能力净增8.2Mt。因此，露天矿改扩建所选择的生产工艺，必须具有生产能力大的特点，能够满足露天矿增产的要求。

布沼坝露天煤矿上覆土岩主要为表土层与泥灰岩层。该矿表土层厚约30.0m，结合本区气候特点及地质条件，表土层的岩性特征为：含水量大、黏性高且不均匀的分布有硬度较高的钙华。布沼坝露天煤矿的另一类主要剥离物为泥灰岩，该层物料相对较低且均一，可不经爆破而直接采装。因此，泥灰岩既适用于轮斗挖掘机采装，也可适用于单斗挖掘机直接挖掘。

2.3 边坡条件

布沼坝煤系地层为一山间向斜盆地，煤层沿采场两端帮向上翘起，工作帮除表土台阶外，深部各水平都是煤岩混采台阶，采用轮斗连续工艺必须要进行分流。由于布沼坝露天矿的排土场建在采场的西部，运煤出入沟建在采场的北部，分流系统必须环采场的西北帮。然而，采场西北帮地质构造复杂，软弱岩层(黏土岩)厚度大、强度低、分布范围大，边坡稳定性差，多年来一直处于蠕变滑坡状态，虽经多次清帮及采取多种加固措施处理，边坡稳定程度一直不高。随着采场服务时间的延长，产生蠕变滑坡的可能性将会更大。随着采场深度的加大，边坡高度越来越大，所形成的高大边坡，其稳定性将会进一步降低。所以，再建分流系统难度比较大，维护也比较困难，对露天矿正常生产威胁比较大。

2.4 设备条件

布沼坝露天煤矿现有设备可满足年产原煤4.8Mt的生产要求。现有采装设备有轮斗挖掘机、液压挖掘机和装载机，运输设备有自卸卡车和带式输送机，排土设备有排土机和推土机，其中相当部分为矿山四期扩建新购设备。因此，五期扩建的工艺选择，应尽量使用现有设备并保证其效率的发挥。

3 工艺选择

3.1 表土剥离工艺

根据国内露天矿表土剥离工艺的应用经验，主要有单斗-卡车间断工艺和轮斗-带式输送机-排土机连续工艺两种。一般而言，表土为松散物料，硬度小，便于轮斗挖掘机直接采装，因此是采用连续工艺的最优资源。但对于小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿而言，表土及黏土类岩土为剥离物的主体，但多年的生产实践表明，该矿表土层不适合采用连续工艺作业。其主要原因为：首先由于表土层含水量大，排水困难，采用轮斗连续工艺开采，极易造成系统各环节黏结、堵料、物料液化、提升运输困难等；另一方面，由于表土层中不均匀的分布有硬度较大的钙华层，需要进行爆破才能采装，因此不适宜采用轮斗挖掘机采装。此外，由于表土及黏土岩黏性高、含水量大，采用带式输送机运输后成流状，与排土场稳定不利。因此，研究推荐布沼坝露天煤矿五期扩建表土剥离，采用单斗-卡车间断工艺。

3.2 泥灰岩剥离工艺

布沼坝露天煤矿的泥灰岩层，是一套浅灰色厚层状泥灰岩，致密均一，具贝壳状断口，细水平层理，下部颜色较深，泥质胶结，节理发育，属不坚固岩石，其湿抗压强度为1400～4100kPa，天然状态下的泥灰岩因含水表现较软，风干后则较硬。对于泥灰岩剥离而言，可行工艺方案有如下三种：方案Ⅰ：全单斗-汽车间断工艺；方案Ⅱ：全单斗-汽车-破碎站-带式输送机半连续工艺；方案Ⅲ：单斗-汽车间断工艺+一套轮斗连续工艺+卡车—破碎站半连续工艺综合工艺。

全单斗-汽车工艺方案的系统可靠性高，机动灵活，对岩性、选采等适应性强，便于管理，比较适合布沼坝露天煤矿所属企业性质。但布沼坝露天煤矿排土运距较远，采用汽车运输成本高；且本方案不能利用现有轮斗挖掘机-带式输送机系统，需增加设备投资。

全单斗-汽车-破碎站-带式输送机半连续工艺方案，可以充分发挥汽车运输机动灵活的特点，无需建分流系统；地面运输采用带式输送机，可以适应布沼坝露天煤矿剥离运输高差大，运距远的特点。缺点是现有轮斗挖掘机无法利用，需要增加其它设备投资，而且如果泥灰岩全部采用带式输送机运往排土场，无法满足排土场基底建设的特殊需要。

单斗-汽车间断工艺+轮斗连续工艺(一套，采泥灰岩)+半连续工艺(卡车-破碎站)综合工艺方案，主要是考虑到502系统采用轮斗挖掘机作业时，系统能力只能达到150万m3/a左右，带式输送机系统的能力没有得到充分发挥；搭配一套半连续工艺后，可使系统的生产能力提高，增加502系统的运量，降低运输成本。系统设置：初期轮斗挖掘机和卡车-破碎站共用一套带式输送机系统，后期取消轮斗挖掘机，完全采用卡车-破碎站半连续工艺，以简化工作面管理。本方案的优点是可以充分利用现有的设备及系统，通过轮斗挖掘机和卡车-破碎站互补作业，提高系统的利用率；但存在系统间的相互干扰。

综合以上分析，研究认为，布沼坝露天煤矿泥灰岩剥离采用综合工艺方案是合理的。初期保留轮斗连续工艺与新增半连续工艺并联，后期取消连续工艺系统以简化工艺系统布置。

4 破碎站选择

根据布沼坝露天煤矿泥灰岩赋存情况和开拓运输系统布置，该矿新增泥灰岩剥离半连续工艺系统可行的破碎设备，为半固定破碎站和移动式破碎站。

4.1 半固定破碎站

布沼坝露天煤矿剥离物全部运往外排土场排弃，因此物料的运输相对集中，具备应用半固定破碎站半连续工艺的条件。破碎站布置于西帮203-1带式输送机一侧，工作面采出的泥灰岩由卡车运至破碎站，破碎后由带式输送机运至龙桥排土场经排土机排弃。随着采场工作帮的推进，破碎站可逐步向南移设。

4.2 移动式破碎站

移动式破碎站可以适应工作面带式输送机移设频繁的特点，因此可以布置在103带式输送机上。五期扩建后，布沼坝露天煤矿同时存在东帮和南帮两个工作帮，且采场内的剥离物均需通过西帮的出入沟运往龙桥排土场，因此将破碎站布置于103工作面带式输送机上，可大幅度缩短泥灰岩的卡车运距，降低剥离费用。

4.3 设备选择

根据小龙潭矿务局设备考察结果，备选的半固定破碎站为MMD公司生产的(采用双齿辊式破碎机)，厂家报价为500万元(合人民币3495.6万元)；移动式破碎站为DBT公司生产的他移式破碎站(采用锤式滚轴破碎机)，厂家报价为225.6万元(合人民币2508.3万元)。两方案生产费用分析见表1。

表1 系统生产能力

根据以上分析，在年生产能力为Q的条件下，计算泥灰岩剥离费用如下：

半固定：Cb=11.68×100×Q+315=

(1)

移动式：Cy=11.19×100×Q+354=

(2)

由此可见，不同类型破碎站的应用效果与泥灰岩剥离量有关，拟合两者关系见图1。

图2 生产费用与剥离量关系

根据以上分析，当半连续工艺系统的生产能力大于0.8Mm3/a时，采用移动式破碎站的投资和单位生产费用均较低，具有经济优势；另外，他移式破碎站的制造、调试时间较短，可实现尽快投入，有利于保证露天矿剥离进度。布沼坝露天煤矿两年来应用经验表明，该矿条件下，泥灰岩剥离采用移动式破碎站半连续工艺是成功的。

5 研究结论

论文对布沼坝露天煤矿条件下剥离工艺进行优化研究，得出如下结论：

(1)由于表土含水量大，只能采用单斗-卡车间断工艺剥离；

(2)泥灰岩剥离可采用间断工艺、连续工艺或半连续工艺，综合考虑物料条件和现有设备情况，研究推荐采用综合工艺：初期为间断工艺+连续工艺+半连续工艺，轮斗挖掘机与卡车-破碎站半连续工艺并联，后期取消轮斗挖掘机以简化系统布置；

(3)技术经济分析结果表明，布沼坝露天煤矿新增半连续工艺系统，采用移动式破碎站不仅投资省，而且当系统生产能力大于0.8Mm3/a时，生产费用也较低。

[1] 李奋勇.黑岱沟露天煤矿改扩建工程岩石剥离工艺的应用研究[D].[硕士学位论文].徐州:中国矿业大学，2002.

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