自移式破碎机半连续工艺在平朔东露天矿的应用前景

孙金龙，姬长生，陈树召

(中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221008)

山西平朔矿区赋存有丰富的煤炭资源，已成为我国重要的煤炭生产基地，2010年中煤平朔公司的煤炭总产量已达1亿t以上。平朔公司现有两个生产露天矿(安太堡和安家岭)，生产能力均达20.00Mt/a以上，新建东露天矿设计能力也为20.00Mt/a。但20世纪80年代投产的安太堡露天矿至今仍以单斗-卡车工艺开采为主，20世纪末建设的安家岭露天煤矿也以单斗-卡车工艺开采为主[1-2]。自安太堡露天矿建设以来，卡车运输以其机动灵活、生产能力大、建设速度快等优势得到了普遍认可；但随着露天矿开采规模和开采深度的加大，卡车运输成本高的劣势凸显出来。柴油、轮胎消耗高是卡车运输成本高的主要原因，以安太堡露天矿为例，其近几年消耗情况见表1。

随着我国柴油和石油化工产品价格的不断波动上涨以及露天矿逐渐向深大发展，柴油、轮胎消耗所产生的高昂费用已经逐渐成为露天矿的运营成本上升的主要因素，研究和应用其他露天矿运输方式部分替代费用高昂的卡车运输，是近年来我国露天矿开采工艺发展的主要趋势[1-4]。因此，在东露天项目开发过程中积极探讨经济效益更好的工艺来部分取代单斗-卡车工艺是项目研究的一个重点内容。

表1 安太堡露天矿柴油、轮胎消耗情况

1 自移式破碎机半连续工艺

自移式破碎机半连续工艺系统的一般构成为单斗挖掘机—自移式破碎机—带式输送机，它对于降低露天矿生产成本，实现资源的高效低碳开发具有重要意义[5-8]。

相对于单斗-卡车间断工艺而言，自移式破碎机半连续工艺具有如下优势：①可以在硬岩开采中应用带式输送机运输，有利于降低生产费用；②可以避免卡车出动率波动和卡车入换对挖掘机的影响，有利于提高挖掘机效率；③带式输送机的爬坡能力较强，因此可以采用倾斜分层开采，有利于选采，同时可缩短运距，减少沟道工程量；④带式输送机运输代替卡车运输，可以在主要能源消耗上实现以电代油，在国内油价持续上涨的背景下，可以避免燃料价格波动对露天矿生产的影响。

但是，自移式破碎机半连续工艺也存在如下两个典型的缺点：一是自移式破碎机价格较高，导致系统投资较高，而且对于岩石剥离而言破碎是无效益的；二是系统灵活性差，工程接续较复杂，生产组织难度大。

自移式破碎机半连续工艺的应用历史已有数十年，大型自移式破碎机的生产能力已达10000t/h。但我国受露天矿建设和装备制造水平限制，我国大型自移式破碎机的应用是从“十一五”以来才开始的。截至2010年底，我国真正在现场生产实践中得到成功应用的大型自移式破碎机(3000t/h以上)只有华能伊敏煤电公司露天矿的一套采煤系统，而且全套设备均引进自德国KRUPP公司[7-9]。由此可见，我国缺乏大型自移式破碎机半连续工艺的配套设备生产能力和生产组织管理经验[5,10]。

2 应用研究

2.1 东露天概况

平朔东露天开采境界面积46.52km2(地表)，境界内可采原煤量1651.35Mt，平均剥采比5.24m3/t；首采区工作线长度1400m，平均剥采比4.91m3/t，均衡期9a。

东露天煤矿开采境界内黄土广布，植被稀少，水土流失严重，切割深度大，大部分冲沟呈“V”字型，沟谷两侧黄土近于直立，为典型的黄土丘陵地貌。开采范围内地势北高南低，中部高，两侧低，地表高差变化较大。由于地表黄土赋存不连续，布置工作面带式输送机难度较大，因此不适用自移式破碎机半连续工艺。

东露天矿存在三个主采煤层，单煤层开采量小于7.0Mm3/a，不能与剥离台阶采用同类型设备；结合东露天矿煤层赋存条件，研究只考虑4煤顶板以上剥离台阶应用自移式破碎机半连续工艺的可行性。

2.2 设备初选

东露天矿设计生产规模均达20.00Mt/a，年剥离总量达100.00Mm3，根据国内外露天矿生产经验东露天矿开发应选择50m3以上的大型单斗挖掘机。结合安太堡和安家岭两个露天矿的现有主采设备情况，研究建议选用PH4100XP系列单斗挖掘机作为主采设备，其主要参数见表2。与之相匹配，应选用8000t/h以上的自移式破碎机。

表2 PH4100XP系列单斗挖掘机参数

2.3 4#煤顶板台阶剥离工艺选择

东露天矿转入正常生产后，剥离物全部内排，下部的剥离台阶可以通过两侧端帮或采场中间搭桥实现内排。越下部的剥离台阶内排运距越小，考虑应用半连续工艺的前提是应有足够的运距保证增加的破碎费用可以通过节省的运输费用来补偿。

达产后，4#煤顶板剥离台阶工作线长度约1800m，端帮内排运距长度约1000m，据此计算两工艺的生产费用见表3。

表3 4煤顶板剥离台阶生产费用对比

由表3可知，东露天矿4#煤顶板剥离台阶采用两种开采工艺的生产费用相近，该台阶采用半连续工艺的效益并不明显，因此4煤以下各剥离台阶采用单斗-卡车工艺剥离更为合理。对于4#煤顶板以上的其他剥离台阶而言，随着工作线长度和端帮运距的增大，剥离物的内排运距也随之增大，采场中间搭桥的可行性降低，半连续工艺应用的经济效益会逐渐明显。综合考虑生产规模扩大和工作线延长的可能性，以及燃油价格和人工工资上涨的趋势，研究建议半连续工艺服务范围为4#煤顶板以上剥离台阶至1360m水平(1360m以上水平受冲沟影响严重，难以布置工作面带式输送机)。

3 效益分析

根据东露天资源赋存条件和开采进度计划，预计东露天矿生产剥采比均衡一期4#煤顶板至1360水平的剥离量在50.0Mm3/a以上。据此确定需布置半连续工艺系统4套，计算半连续工艺与单斗-卡车工艺所需主要采运排设备投资及运营费用见表4。

表4 主要设备对比 单位/万元

由表4分析可知，平朔东露天4#煤顶板以上台阶剥离应用自移式破碎机半连续工艺是合理的。参考安太堡露天矿生产数据，由于采用单斗-卡车工艺剥离的单位油耗高达0.6kg/m3，因此燃油价格的波动将对工艺评价结果产生显著影响。根据近几年国内油价变化趋势，如果柴油价格上涨10%，则单位剥离费用将上涨约0.5元/m3，评价范围内生产费用将增加约2500万元。由此可见，采用半连续工艺对于规避成本变动风险也具有积极意义。

4 研究结论

论文研究得出如下结论：

1)随着油价上涨以及露天矿逐步向深部发展，在平朔东露天矿研究带式输送机替代卡车运输的可行性具有重要意义；

2)平朔东露天矿设计开发规模大，适合采用大型自移式破碎机半连续工艺；

3)平朔东露天矿4#煤顶板以上岩石剥离台阶采用自移式破碎机半连续工艺可节省运营费用2000万元/a，同时可规避燃油价格变动带来的成本风险。

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