抚顺东露天矿工艺改造的方案探讨

霍明亮

（抚顺矿业集团设计院有限责任公司，辽宁抚顺113017）

抚顺东露天矿工艺改造的方案探讨

霍明亮

（抚顺矿业集团设计院有限责任公司，辽宁抚顺113017）

抚顺东露天矿采用电铲-电铁为主、电铲-采矿汽车为辅的生产工艺。随着时代的发展，电铁开采工艺并没有得到大的发展，设备基本没有更新，致使现在存在劳动强度大，招工难，生产人数多，生产成本高等弊端。特别是排土环节存在突出问题。针对这种情况，提出了工艺改造的方案。

工艺改造；半连续；间断；成本

1 东露天矿概况

东露天矿隶属抚顺矿业集团，位于抚顺煤田的东部，东西长6 km，南北宽2.5 km，面积约12 km2。现已探明煤炭储量9 000万t，油母页岩储量10亿t，油母页岩富矿平均厚度94.24 m，平均含油率为7.26%，最高达15.23%，开采年限近60 a。

东露天矿最早开采于1924年，建国后被列为国家“一五”计划156项重点建设项目之一，曾3次开采、停产。1997年，抚顺矿务局编制了以东露天矿恢复为龙头、以油母页岩开发利用为主的转产规划。2004年9月28日国家发改委批复东露天矿恢复工程项目，2006年4月26日成立东露天矿，2009年9月29日正式投产，2013年达产，形成了以电铲-电机车为主、电铲-采矿汽车为辅的生产工艺，生产范围拓展到了西露天矿内排土场和东舍场。目前，电铁线路总延长180 km，接触网201 km，输配电线路271 km，拥有电铲33台、电机车48台、钻机11台，以及载重汽车81台、挖沟机25台、推土机17台、铲车38台等大型工程机械设备200余台，年产煤炭70万t、油母页岩富矿1 190万t，主要担负集团公司页岩油生产的富矿供应任务。

2 东露天矿现有工艺

东露天矿建设初期开采工艺的选择，主要有以下因素：

1）自然条件。东露天矿的油母页岩属中硬岩石，f=2.6～4.5。富矿矿层厚度大、易开采，但煤层结构复杂，必须选采。矿层倾角30°～40°，属于比较典型的倾斜煤层，随着开采时间的推移，采掘重心会逐渐下移，运距逐渐增大。

2）设备条件。无论哪一种开采工艺，一般设备投资要占建设总投资的50%～70%，减少设备投资是降低项目初期资金投入，提高经济效益的有效途径。

西露天矿已进入产量衰减期，有闲置的单斗-铁道工艺专用设备（单斗挖掘机、电机车、自翻车、电铁线路材料等）可调给东露天矿。另外，集团公司运输部也有大量闲置的电机车、自翻车可调给东露天矿。这部分设备可满足东露天矿生产的需要。矿区已有的单斗的挖掘机、电机车、自翻车及辅助设备的维修保养设施比较齐全完善。

3）排土条件。作为倾斜矿层的露天矿，初期不具备内排的条件，大量的剥离物需要外排。排土场主要有2处，一处是现有的东舍场，属于外排土场，容量有限，距离东露天矿首采区16.3 km；另一处是西露天矿内排土场，将是东露天矿达产后唯一的永久排土场。容量超过1.0 Gm3，运距更大。

从东露天矿的开发条件和矿区的实际情况看，东露天矿开采工艺采用单斗-铁道工艺是合适的，其理由是：①矿层赋存条件、岩性、采区规格适合单斗-铁道工艺的基本条件，在技术上可行；②西露天一直用单斗-铁道工艺，积累了丰富的实际生产经验，不需要专门培训管理人员和技术工人；③可利用矿区闲置的设备和配套机修等设施，既盘活了矿区存量资产，又节省了巨额设备购置费，降低了项目的资金投入。

但是单斗-电铁工艺也有其自身的不足，如机动灵活性差，选采能力较差、运输设备爬坡能力低、采深较大时电铁线路不能继续下延和西区贫矿、煤炭无法开采等[1]。最终东露天矿形成了以电铲-电铁为主、电铲-采矿汽车为辅的生产工艺。北帮富矿采区采用单斗-电铁工艺，南帮煤炭采区采用单斗-汽车工艺，排土工艺采用单斗-电铁的方式。

3 存在的问题

采用单斗-电铁工艺是符合东露天矿实际情况的，随着时代发展，电铁开采工艺并没有得到大的发展，设备基本没有更新，致使存在一些问题。

1）生产成本高。随着开采不断降深，电铁系统不断下延，铁道不断延长，站房增加，生产投入加大。近些年人工成本大幅提高，电铁工艺从业人数多，人工成本加大。导致现在东露天矿整体生产成本高。

2）从业人员多。东露天矿采用150 t电机车，标准化的电气化铁路，工务、机务从业人员众多，仅电机车作业人员就高达500余名作业人员。现全矿作业人员近3 000人，完全达产时期，预计作业人数高达5 000人。

3）劳动强度大。铁路工艺移路频繁，目前移路、铺轨、维护等很多工作还需人工完成，劳动强度大。

4）招工难。矿业工程本身就是艰苦工作，电铁工艺劳动强大，导致年轻人不愿意从事煤矿生产工作，存在招工难的问题。

5）安全隐患大。东露天矿从业人数众多，不确定性因素多，导致安全隐患大。

6）排土问题突出。东露天矿主要的排土场为西露天内排土场和东舍场。现在存在东舍场排土能力有限，内排土场无法继续发展的问题。

4 工艺改造方案探讨

4.1 改造排土工艺系统，解决排土难题

首先对排土工艺系统进行改造。改造后，可减少电铁运距，集中翻车，提高翻车效率，减少运行周期时分，提高运输效率。

4.1.1 东露天矿既有剥离排土工艺系统

东露天矿既有的排土工艺为电铲排土，剥离物通过电铁系统运至西露天矿内排土场后，经过电铲进行排弃。

东露天矿内排土场位于西露天矿开采到界范围内，分布于其采掘场内的东、西两端帮，分别为东区排土场和西区排土场，现共有电铁排土线11条，其中东区排土场有36-1、36-2两条电铁排土线；西区排土场有28-3、28-2、28-1、28-0、12段、14-3、14-2、14-1、14-0共9条电铁排土线。剥离列车经过折返运输到达+48站，穿过隧道进入西露天矿，通过+43站、+20站、正负零站、-16站、-26站及-36站将剥离物运至各排土水平进行排弃。

4.1.2 改造方案

工艺系统改造为东露天矿剥离进入内排土场后，首先经铁道自翻车将剥离卸载进入受料仓，破碎后通过带式输送机转载至工作面排土机，通过排土机进行排弃。工艺路线为电铁-受料仓+破碎-带式输送机-排土机。

设计将排土工作线布置在西露天矿的西侧、既有排土线的最下部，位于W200线和W600线之间。通过对既有排土工作线进行改造，满足排土机的排土要求。排弃方向由西向东进行排弃。

根据东露天矿排弃量确定排土系统工艺改造工程设计规模为18.0 Mm3/a，剥离物由东露天矿经铁路（共8条铁路线）运至西露天矿的西侧既有内排土场，剥离经设置在轨道侧下方的破碎系统（4套）破碎后由带式输送机转运至坑下排土工作面，经排土机进行排弃作业。设计采用2套排土系统，按年8 400 h的工作时数核算工作能力，考虑生产的不均衡性，确定每套系统的生产能力为3 600 t/h（2 000 m3/h）[2-3]。

改造后，增加了破碎环节，可减少11台电铲设备及配套人员，电铁运距也可减少，极大地提升了排土效率，解决了排土难题。

4.2 剥采排全系统改造

对东露天矿工艺系统进行总体改造，彻底改变东露天矿现有工艺系统。

4.2.1 东露天矿既有生产工艺系统

东露天矿采用电铲-电铁为主、电铲-采矿汽车为辅的生产工艺。北帮剥离采用电铁运输系统，南帮采用汽车、电铁联合运输系统。电铁剥离排弃路线2条，①采场-+48涵洞-西露天内排土场；②采场-东岗站-油厂-东舍场。

4.2.2 工艺改造路线

露天采矿按照开采工艺可分为：①间断工艺，其中包括单斗-铁道工艺和单斗-汽车工艺；②连续工艺；③半连续工艺；④无运输倒堆工艺。

东露天矿的矿层是倾斜矿层，在东露天矿的生产寿命期内，基本不能内排或内排量很小，东露天矿的剥离物只能排弃至西露天内排土场和东舍场，排土场距离采场远。因此，东露天矿不适合采用单斗-汽车的间断工艺，并且东露天矿岩石硬度较大，也不适合采用轮斗连续开采工艺，更不适合采用无运输倒堆工艺。所以东露天矿改造工艺的方向只能为半连续工艺。

东露天矿西端帮+48水平处涵洞与西露天矿相连，涵洞内仅能采用单斗-铁道工艺和使用带式输送机进行剥离物料的运输，这也就基本确定了东露天矿的运输方式为带式输送机。

但是富矿及部分剥离去往油厂、东舍场的路线，没有铺设带式输送机的条件。所以东露天矿工艺改造路线为油页岩以上采用半连续工艺，以下采用单斗-电铁间断工艺[4-6]。

4.2.3 采剥工艺系统改造

半连续工艺分为单斗-自移式破碎机+带式输送机半连续工艺和单斗-卡车+半移动式破碎站-带式输送机工艺两种。针对剥离和采矿工程，本方案对这2种工艺方案分别进行分析，分析如下：

1）方案1：单斗-自移式破碎机+带式输送机半连续工艺。为了不影响正常生产，现有的单斗-铁道工艺形成的工作面台阶必须自下而上逐步进行改造。目前，东露天矿年剥离量约为13.0 Mm3/a，至2020年将达到20.0 Mm3/a。现有电铲十几台，其中有8台10 m3斗容的单斗挖掘机，为使现有设备最大化利用，且由于露天矿工作面台阶也不适宜使用特大型的设备，设计确定10 m3斗容的单斗挖掘机为主要剥离和富矿采掘设备。煤炭的开采仍然使用原有设备。自移式破碎机的型号是根据电铲的能力确定的，相应的带式输送机也根据自移式破碎机的能力确定，设计确定带式输送机采用两采一移[7]。

露天矿的设备系统改造需要从露天矿最底部的台阶进行，从下逐步向上一个台阶一个台阶的进行改造，这样便不会影响露天矿现有的单斗-铁道正常生产，露天矿的生产在系统改造时才能不中断。

2）方案2：单斗-卡车+半移动式破碎站-带式输送机半连续工艺。采用单斗-卡车在工作面运行，工作面总长5.5 km，相对于卡车的合理运距太大，设计将半移动式破碎站分放于露天矿的西端帮和露天矿的中部，这样有利于缩短卡车的运距。鉴于东露天矿已有的电铲的型号和能力已经确定，其它设备也需根据电铲的大小进行匹配。

东露天矿现有十几台单斗挖掘机，其中有8台10 m3斗容的单斗挖掘机，为使现有设备利用最大化，且露天矿工作面台阶也不适宜使用特大型的设备，设计确定10 m3斗容的电铲为主要剥离和富矿采掘设备。煤炭的开采仍然使用原有设备。半移动式破碎站的型号是根据总的剥离量、富矿量和卡车数量来确定的，相应的带式输送机也根据总的剥离量、富矿量确定下来。

3）方案比选。方案1中由于电铲斗容为10 m3，相应的挖掘能力较小，所使用的自移式破碎机和带式输送机也较小，这就导致自移式破碎机和带式输送机要布置到每个台阶，不能使用组合台阶，而东露天矿是急倾斜矿，随着工作帮向前推进，露天矿底部需要不断的拓展，而根据每年的剥采量一定和单斗-自移式破碎机自身的状况，露天矿不需再增加设备，这样就不能兼顾开拓和下延。除非工作帮上部台阶增加超前剥离急速推至地表境界，然后将设备移设至露天矿底部进行下延剥离，但这样就增加了投入，使得露天矿不能均衡发展。

方案2由于将破碎站分置于露天矿的西、中2个部分，合理的解决了卡车运距大的问题，从而减少了生产成本。卡车灵活，易于管理，正适合急倾斜的露天矿的生产[8]。

经比选方案2优于方案1。但是无论哪种方案都存在上部汽车工艺与下部电铁工艺交叉的问题。并且卡车在东露天矿的日常生产会产生烟尘和尾气，而东露天矿位于抚顺市区，会严重的影响环境。

4.2.4 排土工艺系统改造

排土工艺系统改造为带式输送机进行物料运输，这样与之匹配的排弃机械为排土机。排土机布置位置及排弃能力与4.1一致，只是取消了受料仓和破碎环节，带式输送机将排弃物料直接由北帮运至W200线和W600线之间。东露天矿西端帮+48水平处涵洞与西露天矿相连，根据现有技术需要占用一个隧道将铁道改造成带式输送机来运输剥离物。其改造时会影响生产。

5 结语

东露天矿剥采排生产系统由单斗-铁道工艺改为单斗-卡车+半移动式破碎站-带式输送机系统在技术实现上是可行的，但东露天矿位于抚顺市市区，卡车运输过程中所产生的环境污染不能很好的处理问题。另外，露天矿系统改造需要1～2 a的时间，在改造过程中，会影响露天矿的生产，导致富矿供应不足，这使得东露天矿改造目前不能很好的实现。并且改造费用高，煤炭及油页岩市场价格走低，全系统改造不经济。

目前通过改造西露天矿的排土工程可解决东露天矿的剥离物排弃困难。工艺系统升级改造最终解决了排土的瓶颈问题。并且工艺改造后，可减少部分采矿、运输设备及人员，节约了生产成本，排土工艺改造后，排土成本较原铁路工艺有优势。

［1］抚顺矿业集团设计院有限责任公司.抚顺矿业集团东露天矿恢复工程初步设计说明书［R］.抚顺：抚顺矿业集团设计院有限责任公司，2006.

［2］中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司.抚顺矿业集团有限责任公司东露天矿排土系统工艺改造方案［R］.沈阳：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，2016.

［3］抚顺矿业集团东露天矿.东露天矿2017年年度生产设计说明书［R］.抚顺：抚顺矿业集团东露天矿，2016.

［4］骆中洲.露天采矿学上册［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［5］杨荣新.露天采矿学下册［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1986.

［6］徐永圻.煤矿开采学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1999.

［7］GB 50197—2015.煤炭工业露天矿设计规范［S］.

［8］中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司.抚顺矿业集团东露天矿开采工艺系统改造方案说明书［R］.沈阳：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，2015.

【责任编辑：解连江】

Discussion on technological transformation project of Fushun East Open-pit Mine

HUO Mingliang
(Designing Institute,Fushun Mining Group Co.,Ltd.,Fushun113017,China)

Fushun East Open-pit Mine adopts the production process of shovel-electric iron as primary,shovel-mining car as supplemented.With the development of mine,electric iron mining technology has not been greatly developed,the basic equipment is not updated,which cause large labor intensity,recruitment difficulties,production number,production cost higher.In particular,there are outstanding problems in soil drainage.In view of this situation,this article puts forward the scheme of technological transformation.

technological transformation;semi continuous;discontinuous;cost

TD824

B

1671－9816（2017）08－0022－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.006

霍明亮.抚顺东露天矿工艺改造的方案探讨［J］.露天采矿技术，2017，32（8）：22-25.

2017-03-14

霍明亮（1985—），男，辽宁鞍山人，学士，毕业于河北工程大学采矿工程专业，从事露天采矿设计工作。