神华宝日希勒一号矿原煤破碎站移设步距优化研究

李雁飞，何莎，周志伟

（神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔021025）

神华宝日希勒一号矿原煤破碎站移设步距优化研究

李雁飞，何莎，周志伟

（神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔021025）

从宝日希勒一号矿破碎站移设步距优化模型入手，通过经济敏感指标计算给出敏感指标的移设步距动态变化关系，提出1#原煤破碎站的移设位置优化方案，将原煤破碎站移设费用及成本计算作为境界对比指标，综合对比确定移设位置最优方案；为进一步确定地面筛分系统移设及合理运输系统布置的方案可行性提供了指导基础。

破碎站；移设步距；优化方案；工程推演

0 引言

神华宝日希勒一号矿1#原煤破碎站长期存在移设问题，对于整个矿山生产造成了严重的影响。对于破碎站移设问题的研究国内外均较多，形成统一规律性的移设安排均无法保证。因此，针对该问题研究，面向具体矿山条件的破碎站移设方案对于指导工程实践具有较大的工程意义。近年来，国内针对于破碎站移设步距优化研究成果较为丰富[1-2]，对于实际生产也起到了重要的推动作用。

以神华宝日希勒一号露天矿为破碎站移设问题研究原型，提出不同的破碎站移设方案并从移设费用及生产成本最小化2个角度出发，通过进一步构建优化模型，建立数学求解费用经济模型，对比分析各方案内容，形成经济合理的优化模型，试图通过1#原煤破碎站移设步距优化解决当前宝日希勒一号矿南帮破碎站移设迟缓等问题，并对该矿全部破碎站移设工程提供生产指导。

1 破碎站移设步距优化模型构建

宝日希勒一号露天矿影响原煤破碎站移设位置的主要因素包括经济条件、开拓方式、矿山工程位置、边坡稳定条件等。首先建立破碎站移设步距优化的经济模型，得到经济上合理的破碎站移设位置作为下一步研究的基础；然后针对“神宝矿”具体条件，考虑边坡稳定、矿山工程位置等因素提出可行的破碎站位置方案进行全面对比分析。

宝日希勒一号露天矿地面生产系统的原煤破碎站现均布置于南端帮地表水平，可使用露天矿端帮破碎站移设优化模型。水平方向上破碎站每移设一次服务于一个块段的采掘量，破碎站移设步距优化的目的就是要让该矿段内的总开采费用最低。

2 1#原煤破碎站移设费用及成本计算

结合矿区条件引入移设费用计算模型及成本计算模型，当采用移设费用补偿法时，经济计算模型如下：

其中：

式中：Y为破碎站移设费用的补偿效果，元；CQ为不移设破碎站时系统总运输费用，元；Ch为移设破碎站后的系统总运输费用，元；CY为破碎站的移设费用，元；CJQ为移设前服务Msi总和块段量时带式输送机运输费用，元；CQQ为移设前服务Msi总和块段量时汽车运输费用，元；CJh为带式输送机运输单价，元/（m3·km）；LO为带式输送机的起始运输距离，km；Msi为第i水平的块段物料量，m3；cq为破碎站服务范围内汽车运送各水平块段时的加权平均单位运输费用，元/（m3·km）；S为破碎站移设距离，km；Lg为汽车在工作帮上运行时的加权平均运距，km；a为破碎站初始安装位置距工作帮的距离，km；CJh为移设后服务Msi总和块段量时带式输送机运输费用，元；CQh为移设后服务Msi总和块段量时汽车运输费用，元；Cja为破碎站移设至新位置时的拆卸费、基础建设费、设备移设费、安装调试费等，元；CJ为破碎站移设S距离时的带式输送机购置费、机架购置费、供电及安装费等，元；co为带式输送机的单位延长费，元/km；Cf为破碎站移设时的附加费用，包括对露天矿生产造成的停产损失费、管理费等，元。

将式（3）和（4）带入式（1）整理得：

将块段量∑Msi表示成破碎站移设步距S的函数：

式中：li为第i水平的工作线长度，m；Hi为第i水平的台阶高度，m。

设破碎站年生产能力为Q（m3/a），工作帮推进速度v（m/a），则：

带入式（5）得：

由此可得，破碎站移设步距只有满足

条件时移设费用才能得到补偿，否则将发生移设费用沉淀。

根据一元二次方程求根公式对式（9）求解得：

当采用最小成本法计算该矿移设步距时，主要考虑破碎站移设时，移设费用分摊到服务块段中的单位成本随破碎站移设步距的增大而减小；而原煤汽车运距随破碎站移设步距的增大而增大，因而总运输成本增加。据此得半连续工艺系统运输环节的总费用为：

式中：CZ为破碎站所在位置服务块段量的总运输费用，元；CJY为带式输送机运输费用，元；CqY为汽车运输费用，元；CP为破碎费用，元；Ct为排土机排弃费用，元。

将式（12）和式（13）带入式（11）整理得：

两侧同时除以∑Msi得运输∑Msi块段内物料的单位费用cZ为：

式中：cZ为块段内的单位物料总运输环节费用，元/m3；cp为块段内的单位物料破碎费用，元/m3；ct为块段内单位物料的排土机排弃费用，元/m3。

所以：

将式（17）对S求一阶导数，并令cZ′=0，求解可得：

由式（17）可以看出，破碎站的最优移设步距随移设费用和露天矿工作帮年推进速度增大而增大，随破碎站年生产能力的增大而减小，随汽车加权平均单位运输费用的增大而减小[3-5]。

将式（10）和式（17）代入式（1）整理得破碎站移设步距应满足：

由此可见，破碎站移设步距与露天矿推进度和破碎站移设费用成正比，与露天矿破碎站生产能力成反比。结合矿山数据验算后可进一步得到该矿破碎站移设计算结果，如图1所示。

图1 破碎站移设经济指标

3 1#原煤破碎站移设位置优化

3.1 优化方案设计

针对宝日希勒一号矿1#破碎站3种移设方案，从3个不同的优势因素考虑，兼顾安全、经济等重要指标，具体方案布置如下：

坐标为（X=482 795，Y=5 471 205，Z=+ 665）。现有勘探资料显示，该位置未发现采空区，破碎站地基基础稳定，最优经济位置位于西南方向约300 m处。

考虑到“神宝矿”资源开发的远期效益（即露天矿生产后期的原煤运距），提出将破碎站布置于最优位置以东的方案。从安全角度考虑，现阶段的勘探结果表明现东排土场以东区域采空区较少。综合考虑安全及经济方面因素，推荐破碎站坐标为东排土场东北角坐标为（X=483 972，Y=54 71 600，Z= 670）。

根据露天矿生产系统布置，初步优化确定将1#原煤破碎站移设至现观礼台附近，布置于+640 m水平，破碎站中心位置坐标为（X=481 388，Y=5 471 820，Z=+640）。

3.2 1#原煤破碎站移设位置优化

根据露天矿开拓运输系统布置，12#煤层通过工作帮移动坑线运出，因此1#原煤破碎站移设后与4#原煤破碎站一齐服务于12#煤层的开采，据此对上述3个原煤破碎站移设方案的经济指标进行对比，并结合系统安全等因素优选破碎站移设方案[6-8]。

3.2.1 原煤运输费用

以1#原煤破碎站2016年7月末移设到位为基础，分析1#原煤破碎站移设后一段时期内12#煤层经1#原煤破碎站至一号快装系统的原煤运距，并计算未来10年（2016—2025年）内12#煤层经1#原煤破碎站至一号快装系统的原煤运输费用如图2所示。

图2 原煤运输费用

由此可见，方案1和方案3的运输费用呈逐年上升趋势，两者近乎平行，其中前7年方案3低于方案1。与之相比，方案2前3年的运输费用较高，后7年的生产费用显著较低。计算和对比10年内3个方案的平均原煤运输费用见表1。

表1 平均原煤运输费用对比

3.2.2 破碎站移设投资

破碎站移设投资主要由3部分构成：①破碎站移设费用，即1#原煤破碎站的搬迁费用，已知本项目取1#原煤破碎站移设费用670万元（3个方案移设的破碎站是相同的，因此所取破碎站移设费用相同）；②破碎站移设后的带式输送机延长等设备费用，可以根据3个方案所需购置的带式输送机长度、能力等估算；③破碎站移设所需的工程费用，如修建带式输送机基础、转载站、矿山道路、露天矿扩帮等费用。3个方案的破碎站移设投资对比见表2。

表2 投资对比

3.2.3 附加费用

此处所指附加费用主要是指系统停产损失以及方案3因布置破碎站而增加的剥离物内排运输费用和系统占用内排空间造成的费用增加。

由方案3的破碎站位置可知，破碎站布置造成+ 640 m以上各水平剥离物内排运距增大，因此增加的剥离物内排费用见表3。

表3 剥离物内排费用增加

根据模型估算，方案3布置破碎站预计占用内排空间1.21 Mm3，随着采剥工程推进以后还将占用1.17 Mm3/a。假设该部分剥离物被迫排弃至更高的内排土场水平+685 m，按提升高程和运距增加计算该方案的附加费用为590万元

根据以上分析计算3个方案的附加费用见表4。

表4 附加费用对比

3.2.4 方案比选

根据以上分析对未来5年内3个原煤破碎站移设方案进行经济指标对比见表5。

由表5知，方案3的费用显著高于方案1，高约7%，因此予以排除。与方案1相比，方案2的投资虽然较大（原因是破碎站移设距离远，所需带式输送机长度大），但是总费用低3 829.94万元（原因是后几年卡车运距显著较短），单位成本可降低0.38元/t左右，整体差别不大（仅相差不到3.5%）。

Optimization study of moving distance of crushing station in Shenhua Baorixile No.1 Mine

LI Yanfei,HE Sha,ZHOU Zhiwei
(Shenhua Baorixile Energy Co.,Ltd.,Hulunbei'er 021025,China)

From the moving distance optimization model of crushing station,by calculating the economic sensitivity index,the relationship between the shift of the sensitivity index and the dynamic change of the step length will be given.The article further puts forward the optimization scheme of the moving position of 1#coal crushing station,and takes the moving cost and the cost calculation of crushing station as the realm contrast index.Through integrated comparison,the author determines the optimal scheme of moving position,which provides a guide for further determining the design feasibility of the ground screening system and the reasonable transportation system arrangement.

crushing station;moving distance;optimization scheme;engineering deduction

TD921

B

1671－9816（2017）02－0049－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.014

李雁飞，何莎，周志伟.神华宝日希勒一号矿原煤破碎站移设步距优化研究［J］.露天采矿技术，2017，32（2）：49-52.

2016-08-10

李雁飞（1983—），男，辽宁抚顺人，学士，毕业于辽宁工程技术大学矿业工程专业，现在神华宝日希勒能源有限公司露天煤矿工作。