黑岱沟露天煤矿半连续工艺移设步距的确定

王懂懂 车 锋 李新建 杨 飞(.山东匠鑫设计研究院有限公司，山东 济南 5000;.山东省七五生建煤矿，山东 济宁 77600;.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 6)

黑岱沟露天煤矿半连续工艺移设步距的确定

王懂懂1车 锋1李新建2杨 飞3
(1.山东匠鑫设计研究院有限公司，山东 济南 250100;2.山东省七五生建煤矿，山东 济宁 277600;3.煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116)

露天矿山开采的过程中，常常面临设备及道路移设的问题。频繁的移设会影响露天矿生产进度，降低生产效率，而不移设则会由于运距增加，影响内排等生产计划而降低矿山经济效益，因此确定合理的移设步距，对矿山生产实际而言意义非凡。针对所述问题，以黑岱沟露天煤矿为研究对象，根据黑岱沟露天矿生产实际和采矿学理论基础，详尽分析与采场中间运煤通道移设距离影响因素，使用数学建模的方法，建立运煤通道移设步距数学模型；并根据成组破碎站移设的特点，建立移设补偿效果移设步距模型，进一步分析移设时机。得到的移设优化模型，揭示了移设步距对矿山经济效益的影响。该项研究对露天煤矿山移设工作有一定的指导意义，可以增加矿山经济效益。

露天矿 运煤通道 半连续工艺 移设步距

1 半连续开采工艺系统概况

半连续开采工艺[1-2]指露天开采工艺环节中，一部分为连续工艺环节，另一部分为间断工艺环节。矿岩运输部分为连续流，部分为间断流，分为剥离半连续和采煤半连续，兼具连续和间断工艺的优势，能解决中、硬矿岩的开采，实现矿岩的连续运输，扩大生产规模和降低生产成本。与单斗电动挖掘机—卡车采煤工艺相比，半连续采煤系统以带式输送机代替卡车运输，以耗电代替耗油，有利于充分发挥煤电联营的优势，降低对燃油的依赖，消除高油价给企业带来的不利影响。被采矿界公认为“最有生命力”的露天开采工艺。

2 黑岱沟露天煤矿运煤道路移设

黑岱沟露天煤矿将破碎站布置在端帮地表，运煤卡车在坑内可以发挥其机动灵活的特点，而地表的破碎站又不对开拓运输系统造成影响，各自发挥各自的优势。受台阶抛掷爆破限制，拉斗铲无运输倒堆工艺条件下难以布置工作帮运煤通道，因此工作面采出的原煤一般通过内排土场留设的通道运出，运煤通道布置形式一般如图1所示。

图1 运煤通道

运煤道路需要定期移设，以防止对内排土场内排的影响。而位于端帮地表的破碎站也需要定期移设，两者之间存在一定的联系，即破碎站移设的距离必须是中间运煤通道移设距离的整数倍[3-5]。因此接下来讨论中间运煤通道移设距离和破碎站的移设。

2.1 运煤通道移设步距

中间运煤通道由4段组成，如图2所示。O段为端帮爬升段，由排弃物料堆砌而成，因此不需要计算费用花费。A段为爬升段，平行于工作线按卡车合理爬升坡度布置。该段长度内排运距影响可以忽略，但每次移设时需在内排土场重新开挖形成，由此产生的二次剥离工程量为

(1)

式中，VA为A段沟二次剥离量，m3；i为A段沟的纵向坡度，%；σ为松散物帮坡角，(°)；b为沟底宽，m；HA为A段坡道的爬升高度，m。

图2 开挖沟体积计算

B段也为爬升段，垂直于工作线按卡车合理爬升坡度布置。该段通道是在C段的基础上由剥离物回填形成的，因此不存在二次剥离费用；但是受运煤通道布置的影响，采场一侧的上部剥离台阶内排需滞后，运煤通道移设可以缩短运距，B段对上部剥离台阶内排的影响量为

(2)

总爬升高度即煤矿采深是随时间的推移成增加趋势，爬升高度增加与煤层倾角有关。A段和O段水平投影距离为工作线长度的一半。

HA+HB=N,

(3)

HD=100+imvt,

(4)

(5)

式中，N为常数，取80 m；im为煤层倾角，取3%；Sh为缓冲带安全距离，一般取80m。

运煤通道移设后，原煤的坑底运距应尽量短，即C段长度为0；随着工作帮的推进，C段长度LC不断增大，当达到一定值时向前移设运煤通道。因此运煤通道移设步距优化即确定运煤通道构成中C段长度的最大值，即移设步距。移设前C段影响内排量VC：

(6)

(7)

2.3 目标优化函数

从露天矿生产实践看，运煤通道移设的有利因素是释放内排空间，有利于缩短拉斗铲以上剥离台阶的内排运距；不利因素仍然是A段需要在内排土场二次剥离形成。根据露天矿的动态发展情况来分析，B段和C段影响的剥离物料在整个道路移设过程中，增加的运距为移设步距的一半。

据此建立优化目标函数

(8)

式中，c为单位费用，元/t；Lm为采煤工作线长度，m；hm为煤层平均厚度，m；Lcmax为运煤通道C段长度最大值，即运煤通道移设步距，m；γm为原煤容重，t/m3；θ为端帮角；c1为形成运煤通道所需的二次剥离单价，取8元/m3；c2为露天矿内排的运输费用，取0.002 5元/(m3·m)。

3 成组破碎站移设步距

黑岱沟露天煤矿破碎站的布置与其他露天煤矿有一定的区别，黑岱沟有4个破碎站，分成2组，每组2个并排布置在端帮地表，如图3所示。

图3 破碎站移设

按照破碎站的破碎能力，3台破碎站即可满足该露天矿产能。因此在未移设时，服务AB段时，在超过S1/2之前2/3采出的产量运到3#、4#破碎站，超过S1/2后1/3采出的产量运到3#、4#破碎站。在服务BC段时，2/3采出的产量运到1#、2#破碎站。同理，在服务其他段时也是按照运距最短规律运输。

在服务CD、DE段时，移设补偿效果可以表示为

Y=CQ-Ch-CY.

(9)

由于3个破碎站就可以满足生产要求，因此破碎站移设时系统不会停止作业，则Cf=0，得到：

Y=(cq-cj)(S1+S2)(QS1+QS2)-

Cja-c0(S1+S2),

(10)

在式(10)、式(11)中，Y为破碎站移设费用补偿效果，元；CQ为不移设破碎站时系统总运输费成本，元；Ch为移设破碎站后系统总运输成本，元；CY为破碎站移设费用，元；QS1、QS2均为块段量，m3；L0为带式输送机起始运输距离，m；cj为带式输送机运输成本，元/(m3·m)；Cq为汽车单位运输成本，元/(m3·m)；S1为初始安装时2组破碎站之间的距离，m；S2为第1组破碎站移设后2组破碎站之间的距离，m；c0为带式输送机单位延长费用，元/m；Cja为破碎站移设时拆卸、基础建设等费用，元；Cf为移设附加费用，包括停产造成的损失，元。

Y为正时就可以对破碎站进行移设，如果不移设则继续使用卡车作远距离运输费用将高于移设破碎站的费用，即破碎站的移设步距要满足：

Y=(cq-cj)(S1+S2)(QS1+QS2)-

Cja-c0(S1+S2)≥0,

(11)

对上式参数进行取值，如表2所示。

4 结 论

(1)为了减少半连续工艺运煤通道对内排滞后的影响，运煤道路需要定期移设，以减少因道路设置对内排运距增加的影响。结合运煤道路布置给出了移设模型及优化后的移设步距。

表2 移设步距参数Table 2 Parameters of shifting spacing

(2)成组破碎站的移设区别于单独1台破碎站的移设模式，根据移设费用补偿效果得到成组破碎站的移设模型。

(3)黑岱沟露天煤矿半连续工艺移设包含运煤道路及端帮破碎站移设问题，运煤道路出口对准破碎站对矿山减少运距最有利，因此两者移设步距成整数倍关系。

(4)建立移设费用补偿效果数学模型，移设补偿效果Y值为正值时，则可以对破碎站进行移设。

[1] 车兆学，才庆祥，刘 勇.露天煤矿半连续开采工艺及应用技术研究[M].徐州:中国矿业大学出版社，2006. Che Zhaoxue，Cai Qingxiang，Liu Yong.Technology and Application of Semi-continuous Mining in Open-pit Coal Mine[M].Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2006.

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(责任编辑 徐志宏)

Determination of Shift Spacing in Semi-continuous Process of Heidaigou Surface Mine

Wang Dongdong1Che Feng1Li Xinjian2Yang Fei3
(1.JiangxinDesign&ResearchInstituteCo.Ltd.,Jinan250100,China;2.QiwuShengjianCoalMineofShandongProvince,Jining277600,China;3.StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafeMining，Xuzhou221116，China)

In the process of open-pit mining，there always exists problems like shifting the equipment and the haulage lines.Frequent shifting work will slow down the schedule and reduce the efficiency.However，without shifting，the longer transport distance will affect the production plan and reduce the economic benefits.Therefore，determining a reasonable shift spacing plays a significant role in mine production.With Heidaigou Surface Mine as the research object，according to the actual open-pit mine production and mining theory basis，the factors of affecting shift spacing to the middle coal channel was analyzed in detail.The mathematical model of shift spacing for coal channel was founded，through mathematical modeling method.What′s more，based on the shifting feature of groups of crushing stations，the shifting spacing model for the shift compensation was established to determine the occasion to start shifting.The shift optimization model reveals the influence of shift spacing to the mine economic benefit.The research has a certain guiding significance to the shifting of surface mine，which can improve the economic benefit of surface mine.

Open-pit mine，Coal channel，Semi-continuous process，Shift spacing

2014-10-10

“十二五”国家科技支撑计划项目(编号：2014BAC14B00)，国家高技术研究发展计划(863计划)项目(编号：2012AA062004)，国家自然科学基金重点项目(编号：51034005)。

杨 飞(1989—)，男，硕士研究生。

TD824

A

1001-1250(2015)-01-047-03