安太堡露天煤矿设备补套方案研究

杨 曌

(中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京 100083)

1 设备补套背景

安太堡露天煤矿即将面临着过背斜的考验，为了保证在现有条件下继续保证年产2500万t生产目标，涉及到超前拉沟剥离，即大坑与小坑一起配合生产。由于背斜影响区域基本无法实现内排，使大量的剥离物需进入背斜以前的内排或者进入外排土场，鉴于煤层底板下降250多m，一方面使卡车运距急剧增加，另一方面卡车需要克服长距离爬坡运输，多方面的情况使卡车运输条件恶化，使卡车运输能力下降，原有的运输设备无法满足生产需求，势必要求进行设备补套的相关研究[1]。

为了合理解决设备补套的问题，我们首先对现有的采、运、排设备和地面生产系统的生产能力进行分析，以期确定安太堡露天煤矿的生产规模，并作为设备进一步规划的现实依据。在综合分析现有主采设备、地面运煤系统能力的基础上，我们结合安太堡露天矿使用设备的历史情况，对现有各种类型的卡车进行了对比分析，做到优选优用，最终得出补套卡车的数量。通过设备补套以期达到开采规模的合理化，也使得我们提出的技术方案能够切实的发挥效应，为安太堡露天矿的发展作出应有的贡献。

2 现有设备生产能力分析

2.1 采掘设备技术指标

安太堡露天煤矿现有主要采掘设备为P&H2800XP和P&H4100XPC电铲，以及CAT994和CAT992前装机，其基本参数见表1。

表1 安太堡露天煤矿现有电铲型号及基本参数表

安太堡现有采掘设备中，部分P&H2800铲已快到折旧年限，在项目研究的时间范围内P&H2800部分需要淘汰，在过背斜期间按照项目研究安排的采掘量，现有设备能力足够满足，而且采掘设备能力下降较少，这里不做详细分析，对于折旧到限设备按照报废数目做补充即可。

根据矿方提供生产实际得到的数据，现有采掘设备的总能力见表2。

表2 安太堡露天煤矿现有采掘设备生产能力表

2.2 卡车技术指标

2.2.1 卡车目前生产能力分析

安太堡露天煤矿现在采用的卡车型号、数量及其基本参数见表3。

据现场调研， 789A、798B、685E、730E、R190等型号的卡车主要与斗容为25.2m3的P&H2800XP电铲配合使用；930E卡车主要与斗容为58.1m3的P&H4100XPC电铲配合使用。

由表3可以看出，789A、798B、685E、730E、R190五种型号的卡车主要参数相近，净载重量均为180t级别。根据现场情况，卡车装载的铲斗数量也相同，都为4斗，因而估算卡车生产能力的时候180t级别卡车选取730E作为代表[2]。表4为现场统计的卡车实际运输能力。

表3 安太堡露天煤矿现有卡车型号数量及参数表

表4 卡车运输土岩能力计算表

其他卡车运输量均折算成730E卡车运输，则目前相当于有730E卡车：

(1885+330+1170+1155+1260+945)÷105=62.2台

2.2.2 卡车过背斜期间生产能力计算

卡车能力计算公式[3]为：

(1)

式中：Qt为卡车能力；Di为第i个台阶的卡车运距；Km为满斗系数；td为等装时间；tzx为装车时间与卸车时间；v为卡车速度；γ为物料容重；ηB为班时间利用率；ηN为年时间利用率；汽车运行周期tzq

tzq=t2+tx+ty+td1+td2+tq(min/回)

(2)

式中：tz为装载时间，主要与装载设备的斗容和汽车斗容以及挖掘机作业效率和挖掘物料性质有关。一般(通过多年计算机模拟结果和实测)装满一车用3～5斗为易[4]。tx为卸载时间，与车型、岩性和卸载条件有关。一般1min左右。td1为调车时间，指工作面、卸载调车时间，与调车速度、调车方式有关。一般在1min以内。td2为等进时间，指等装、等卸、中途修车时间。与汽车的调配、采、排、运三者的合理匹配有关。ty为运行时间，空、重运时间。与v和t有关。

(3)

式中：li为各纵断单元上道路长，m；vi为运行速度km/h。其他时间tq为日常保养、临故时间等。可用统计法得到。

根据上述计算公式，对安太堡露天煤矿现有卡车根据过背斜期间生产计划安排及运距测算，730E与2800电铲配合运输土岩年效率为70.5万m3/a，930E与4100电铲配合运输土岩年效率为109.36万m3/a，730E与2800电铲配合运输毛煤年效率为53.79万m3/a。

由此可以得到卡车运输毛煤能力比运输土岩能力稍小，计算最大运输能力时，选取运输土岩能力进行计算，计算结果见表5。

表5 现有运输设备总运输能力表

3 现有设备能力

3.1 采掘设备能力

安太堡露天煤矿为了降低露天煤矿的基建投资和生产费用，充分发挥地方的积极性，安太堡露天煤矿每年约有50Mm3剥离物采用外包剥离，其余为自营剥离。在分析现有设备的能够完成的生产规模时，也按这个规模外包考虑。根据测算，在过背斜期间，自营剥离量约为103Mm3，年产毛煤量按照计划量25Mt进行计算。

则总运输量为：103+25÷1.57=118.9Mm3。

总量与采掘设备总能力为123Mm3相差不多，由于安太堡露天煤矿加强了管理，提高了单台设备的效率，同时采取一系列提高生产能力的措施，使安太堡露天煤矿的采掘设备能力较设计还有所提高，因此，目前的采掘设备能够完成25 Mt/a的毛煤生产能力。

3.2 运输设备能力

现有运输设备每年最大运输土岩的能力为87.59Mm3，与土岩运输量的缺口达到了15.41Mm3，此外，还需要运送每年约25Mt毛煤，运输设备缺口较大，需要对运输设备进行补选。

4 运输设备的选择

4.1 设备选型的原则

为了合理选择安太堡露天煤矿运输设备，所选择的设备必须满足以下条件[5-6]：

1)选择的卡车应该与电铲相互匹配，达到最佳组合。

2)考虑设备的操作、维修和备品、备件的供应和储备问题。

3)具有良好的经济和社会效益。

4.2 设备配套方案确定

根据上面计算，现有采掘设备生产能力与过背斜期间运输总量大体相当，运输设备由于运距增加，导致运输能力下降。

首先计算生产能力最大的300t级卡车。在现场实际操作过程中，P&H4100XPC电铲与300t级别卡车930E配合运输岩土。需要补套的300t级别卡车数量为：

5500÷109.36-40=10.2台

故需要采购11台300t级卡车。

下面计算180t级别卡车的补套数量。180t级卡车能力的下降：

(12300-5500)-4385.1=2414.9万m3/a

考虑煤岩运距增加相同情况想，故需要补套的180t级别卡车数量为：

2414.9÷70.5=34.2台

需要采购35台180t卡车，才能与原有运输能力相当。

5 补套方案

根据上述分析，过背斜期间采掘设备能力基本与计算相当，运输设备有比较大缺口。补套的运输设备需要达到103Mt以上的土岩运输量及25Mt的毛煤运输量。

由现场采掘设备的配合情况，以及设备操作数量度、维修等情况，推荐补套的设备为11台300t级别卡车，35台180t级别卡车。根据自营设备运距增加情况，从2015年开始，2015、2016年每年设备各增加一半。计算补套后运输设备总能力任意选取的730E和930E两种型号卡车作为参考。此时，总运输能力见表7。

表7 补套后设备能力计算表

由表7可以看出，运输设备总能力略大于采掘设备总能力，达到运输总量要求，符合实际情况。另外，根据现场资料显示，有些采掘设备即将达到服务年限，也需要及时进行更换，以达到年产25Mt的生产计划。

[1] 韩万东, 孙红, 于桂忠, 等. 露天矿改扩建主要设备选型[J]. 煤矿安全, 2011, 42(9): 161-163.

[2] 刘延安. 展望21世纪矿用汽车的新发展[J]. 国外金属矿山, 1998(2): 56-61.

[3] 陈德付. 安家岭露天煤矿资源评价与原煤运输系统优化研究[D]. 北京: 中国矿业大学(北京), 2010.

[4] 魏柄忠. 露天矿自卸汽车的最优选型[J]. 有色金属, 1994(4): 8-11.

[5] 蒋国璋. 从汽车使用角度谈汽车选型[J]. 山东交通科技, 1997(4): 75-78.

[6] H.B.济里亚诺夫. 露天矿自卸汽车的使用前景[J]. 国外金属矿山, 1998(2): 22-27.