塔尔煤田Ⅰ区块露天煤矿剥离开采工艺

蔡忠超，张洪

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

塔尔煤田Ⅰ区块露天煤矿剥离开采工艺

蔡忠超，张洪

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015）

为探求塔尔煤田I区块露天煤矿最佳剥离开采工艺与设备选型，从工艺合理投入时机，完成相同剥离量所需主采设备的投资、运营成本等因素进行对比分析，最终推荐适合本露天煤矿的最佳剥离开采工艺及设备选型。

设备选型；剥离开采工艺；经济效益；方案分析；露天矿

1 开采条件概述

露天矿所在区属干旱、半干旱的沙漠地貌。南部、东部和北部地形复杂，多为起伏较大的风成沙丘，沙丘走向一般为近东南-西北向，最高标高为112.5 m；中部和西部为较平坦沙漠区，最低标高为52.5 m，一般标高在60.0～80.0 m[1]。

矿田为NNE向展布的极宽缓向斜形态，地层倾角一般小于2°，煤层基底起伏不平，导致煤系地层下部产状略有起伏。

区内无地表水体，其距离最近的地表水为煤田以西约120 km的Jamrao运河，是从印度河引出的人工水渠。煤田南部约30 km为Rann of Kutch（卡其沼泽）有大量的地表水（咸水）。露天矿区域地下水开采量极少，所处水文地质单元的位置为地下水径流的富集地段。

区块内共含3个可采煤组，10多个分煤层，自上而下编号为A、B和C煤层，其中A煤层厚度0.55～5.30 m，平均2.46 m，B煤层厚度1.05～10.66 m，煤层平均4.95m。主采煤层为C煤层，厚度为3.7m～27.41 m，平均厚度为17.25 m，煤层埋藏较深，一般约为150 m。

2 开采工艺方案

开采工艺的选择应遵循以经济效益为中心，降低初期投资,突出露天矿初期经济效益，因矿制宜[2]。同时选择的开采工艺应适应本矿的开采技术条件和外部建设条件。

根据对象的不同，露天开采工艺可分为剥离工艺和采矿工艺。在同一个矿山，剥离、采矿工艺可以相同，也可以不同。剥离工艺是指完成移除覆盖月矿产资源之上的废弃岩石所采用的方法或技术[3]，主要是对剥离开采工艺进行论证分析。

目前，常用的开采工艺有单斗-卡车间断开采工艺、单斗-卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺、单斗-自移式破碎机-带式输送机半连续开采工艺、轮斗连续开采工艺和拉斗铲倒堆开采工艺[4]。

拉斗铲倒堆工艺一般适用于矿层厚度适中、倾角近水平、岩性在中等硬度以下的开采条件。但要求的工作线长，通常应当在2.0 km以上，对于本矿增加工作线长度会大大增加基建工程量。

本矿可采煤层多，岩性松软，不需爆破，所需设备规格较大，且设备制造和安装周期长，从经济和技术角度看拉斗铲倒堆工艺均不合理。其余3种开采工艺从技术方面分析在本矿均可行。

3 剥离工艺方案论证

3.1 各开采工艺方案投入时期

本露天矿建设规模7.80 Mt/a时,计算基建工程量为160.00 Mm3，矿建工期为24个月，剥离物全部外排。达产年均衡剥采比为7.20 m3/t，剥离总量为56.16 Mm，达产第一年开始逐渐实现内排，至达产第3年全部实现内排。

从上述分析可知，本矿剥离物的排弃场所从初期以外排为主，逐渐转至内排，并最终全部实内排。各工艺方案主要优缺点对比见表1。

表1 各工艺方案主要优缺点对比

从表1可知，对于半移动式半连续工艺、自移式半连续工艺和轮斗连续开采工艺，由于其设备制造周期、工艺系统布置的复杂性和投入设备的均衡性等因素，基建期内采用上述工艺明显不合理，因此，在基建期（24个月完成160.00 Mm3基建工程量）内建议采用单斗-卡车工艺。待基建期结束，露天矿全部实现内排后是上述开采工艺投入的最佳时机。

因此，方案比选基础是各剥离工艺方案投入的最佳时机为达产第3年，即以年度的剥离总量56.16 Mm3作为测算各工艺方案经济合理性的基础。同时，仅对各方案采、运、排3个环节发生的直接费用进行比选，对于地面辅助和其他费用情况暂不考虑。

3.2 各方案的运距统计

露天矿建设规模7.80 Mt/a，当达产第3年时单斗-卡车开采工艺卡车加权平均运距为2.5 km。

半移动式半连续开采工艺是工作帮由单斗挖掘机采装，卡车运至端帮破碎站，碎后剥离物由带式输送机运往排土场，由排土机排弃。

自移式半连续开采工艺和轮斗连续开采工艺，其后续的带式输送机系统、转载系统及排土系统相同，本方案以轮斗连续开采工艺带式输送机布置为基础进行带式输送机长度（视为运距）统计，自移式破碎机工艺与轮斗工艺的布置完全相同，达产第3年轮斗连续开采工艺带式输送机长度（运距）合计为15.6 km。

3.3 各工艺方案采运排能力及总投资

单斗-卡车开采工艺系统中,斗容35 m3单斗挖掘机年能力为10.50 Mm3（工作时间为5 400 h），载重220 t自卸卡车年能力为1.461 Mm3/a(工作时间为4 500 h，运距2.50 km)。斗容35 m3单斗挖掘机匹配220 t自卸卡车世界各地采矿业有大量的应用实例技术可靠[5]。剥离台阶高度为15 m。

单斗-卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺系统能力为16.11 Mm3/a。剥离台阶高度为15 m，排土机下排30 m，上排15 m，总排弃高度为45 m。

轮斗连续开采工艺系统能力为14.95 Mm3/a。工作面主台阶高度为20 m，下分台阶分别为8 m和7 m，一套系统总台阶高度为35 m，排土机下排30 m，上排15 m，总排弃高度为45 m。

单斗-自移式破碎机-带式输送机半连续开采工艺系统能力为14.19 Mm3/a，开采参数与轮斗工艺相同。

各剥离工艺方案主采设备选型情况如下：

方案1单斗卡车开采工艺：斗容35 m3单斗挖掘机6台，配载重220 t级自卸卡车21台，320HP轮式推土机6台；

方案2半移动式半连续开采工艺：斗容35 m3单斗挖掘机6台，配载重220 t级自卸卡车39台，能力6 000 t/h半移动式破碎站4台，带宽1 800 mm带式输送机10.3 km，能力10 000 t/h排土机及卸料车各4台，320HP带移设头胶带移设机4台，T500履带运输车1台。

方案3自移式半连续开采工艺：斗容60 m3单斗挖掘机4台，配能力9 000 t/h自移动式破碎机4台，能力10 000 t/h胶带桥4台，能力10 000 t/h漏斗车/电缆车4台，带宽1 800 mm带式输送机15.6 km，能力10 000 t/h排土机及卸料车各4台，320HP带移设头胶带移设机4台，T500履带运输车1台。

方案4轮斗连续开采工艺：能力6 600 m3/h轮斗挖掘机4台，能力10 000 t/h胶带桥4台，能力10 000 t/h漏斗车/电缆车4台，带宽1 800 mm带式输送机15.6 km，能力10 000 t/h排土机及卸料车各4台，320HP带移设头胶带移设机4台，T500履带运输车1台。

由于本露天煤矿初期没有可靠的外部电源，因此除了上述4个方案的主要设备选型，每个方案还配备了相应的重油发电机系统。

3.4 各工艺方案生产成本

各剥离工艺方案投资及成本比较统计如图1。

图1 各剥离方案投资及成本比较统计

由此可见，方案1的初期投资最低，方案4的运营成本最低，综合考虑投资和成本，2个半连续工艺方案均不占优势。

3.5 单斗-卡车开采工艺设备选型方案对比

设备选型是一个复杂的系统决策过程，整个过程为了确定合适的设备型号，需要系统细致地分析和评价[6]。为了进一步对单斗-卡车开采工艺和轮斗开采工艺进行分析比较，对单斗-卡车开采工艺采装设备和运输设备的型号进行了系列匹配优化[7]，并对如下5种方案进行了投资和成本的分析，见表2和表3。

表2 单斗-卡车开采工艺9年生产期设备选型及投资汇总

表3 单斗-卡车开采工艺各设备选型方案投资及运行成本比较亿元

从表2和表3可看出，方案1初期投资优于其他方案仅运营成本略高于方案5。以方案1和方案5为例，初期投资方案1比方案5少78 225万元，运营费用每年多1 598万元，折旧期每年合计少7 094.14万元，从基建到生产第9年合计少63 847.23万元(不考虑初期利息)。单斗-卡车开采工艺年运营成本包含配件消耗、轮胎消耗、油料费用、人工成本、维修保养成本等。总投资的降低和生产期运营成本的降低，有效的降低了煤价基准，从而保证电价更有竞争力。因此，对于单斗-卡车开采工艺，选用小型设备的方案一比选用大型设备的方案5更有优势。

4 结论

单斗-卡车开采工艺初期投资要远远低于轮斗开采工艺，投资节省153 661.86万元，但是其年运行成本比轮斗工艺每年多8 094万元。对2方案生产期设备投资、运行成本进行财务净现值的比较，折现率取10%，按照生产期30年计算，同时考虑设备更新及追加，经计算小型单斗-卡车开采工艺方案的NPV要比轮斗开采工艺的NPV少45 055万元，经济方面有明显优势，同时单斗-卡车开采工艺可发挥其机动灵活的特点,可适应露天矿的不同环境。另外，初期投资太高不利于项目融资工作。

因此，通过综合比较分析，推荐剥离开采工艺为单斗-卡车开采工艺，设备选型为采用斗容7.0 m3的液压挖掘机配载重60 t的宽体卡车。

［1］塔尔Ⅰ区块露天煤矿可行性研究报告［R］.沈阳：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，2016.

［2］蔡忠超.塔尔露天煤矿开采工艺方案分析［J］.露天采矿技术，2016（6）：21-24.

［3］姬长生.露天采矿方法［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2014.

［4］张洪，贺永军，刘梅.露天矿剥离半连续开采工艺系统及其应用研究［J］.露天采矿技术，2013（1）：9-10.

［5］唐开杰，刘利杰.哈尔乌素露天煤矿单斗-卡车工艺采煤设备选型优化［J］.露天采矿技术，2007（4）：42.

［6］胡文亮.武钢乌龙泉矿西区矿用汽车运输设备选型研究［D］.武汉：武汉科技大学，2004.

［7］煤炭工业露天矿设计规范［S］.2015.

［8］陈光辅，王干汀，陈伟生.大宝山矿用汽车的现状及其改进［J］.中国矿业，2000（S1）：589-590.

【责任编辑：张东旭】

Stripping mining technology in Thar coalfield block I open-pit coal mine

CAI Zhongchao,ZHANG Hong
(China Coal Technology&Engineering Group Shenyang Design and Research Institute,Shenyang 110015,China)

To explore the optimal stripping mining technology and equipment selection in Thar coalfield block I open-pit coal mine,the article carries outcomparison and analysis from reasonable time of investment,the investment of main mining equipment,operation cost,recommends the optimal stripping mining technology and equipment selection suitable for the open-pit mine.

equipment selection;stripping mining technology;economic benefit;program analysis;open-pit mine

TD824.3

B

1671－9816（2017）01－0037－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.01.011

蔡忠超，张洪.塔尔煤田Ⅰ区块露天煤矿剥离开采工艺［J］.露天采矿技术，2017，32（1）：37-40.

2016-07-28

蔡忠超（1985—），男，吉林长春人，工程师，硕士，2010年毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，现在中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司从事露天开采设计工作。