平朔东露天矿半连续工艺系统后续应用研究

张 岩，赵登娟

（中煤平朔煤业有限责任公司 东露天矿，山西 朔州 036006）

平朔东露天矿半连续工艺系统后续应用研究

张 岩，赵登娟

（中煤平朔煤业有限责任公司 东露天矿，山西 朔州 036006）

平朔东露天矿为更好控制生产成本，现对其前期及后续使用成本分析，得出排除客观条件后，半连续工艺系统与卡车间断工艺系统的平均生产成本将趋近或低于卡车间断工艺成本。

露天矿；半连续工艺；间断工艺；成本

0 引言

平朔东露天矿半连续工艺系统主要由单斗挖掘机、自移式破碎机、皮带桥、卸料小车、排土机、5条胶带机及辅助设备组成，采装的物料由自移式破碎机破碎后，经水平胶带机与提升胶带运输至外排土场，通过排土机进行上排与下排，完成物料外排。现由于征地问题，导致东露天矿工作面工作线长度不断缩短以及外排土场无剩余空间，因此半连续工艺系统于2016年10月中旬暂且停止作业。

半连续工艺系统于2013年10月投入使用，经1个月调试，2013年11月正式开始生产，截止2016年10月中旬停止运行，生产月为36个月，总开采量为1494.27万m3，期间对系统开采参数与开采程序进行了优化[1-3]，对设备进行了改造，经过改造后的破碎站处理能力及运行稳定性有了较大的提升，系统设备整体完好率达到了92.25%，破碎站最大瞬时处理能力由改造前的10 375 t/h左右提高到12 500 t/h左右，单日最大产量由125 619 t（50 247.6 m3）提高到139 836 t（55 934.4 m3）。最高单月产量由252万t（101万m3）提高到280万t（112万m3）。

1 前期使用成本分析

半连续工艺系统属于新工艺，评价其应用价值最直接的方法就是与传统工艺系统成本对比，通过与卡车间断工艺成本分析得到，半连续工艺系统2016年1—10月平均生产成本为24.65元/m3（半连续工艺系统外排成本），较相对应卡车间断工艺平均生产成本为13.77元/m3（卡车间断工艺内排成本）增加10.88元/m3。

待东露天矿完成征地后，半连续工艺系统将进行内排作业，将排土机布置于内排土场1290平盘及采运排位于同一水平，相对系统外排作业，减少了爬坡胶带机运输成本。前期东露天矿半连续工艺系统只有1401胶带机爬坡，根据数据统计，1401胶带机2016年 1—9月用电 1 036万kW·h，运输物料432.96万m3，如电费按0.6元/（kW·h）计算，当半连续工艺系统恢复运行时，所有胶带机呈水平运输，此时水平胶带机总长度与之前处于水平胶带机的总长度相差不大，因此将半连续工艺系统前期平均生产成本去除爬坡1401胶带机的平均生产成本则近似为恢复后半连续工艺系统的平均生产成本，为23.21元/m3。

2 后续工作面胶带机布置情况

初设半连续工艺系统在工作面1290与1275平盘分别布置1条胶带机，由1台P&H4100电铲进行开采，1台电铲服务2个台阶，在尽量减少压煤的基础上，下部煤层出露速度将决定半连续工艺系统能否同时布置2条工作面胶带机。

2.1 电铲跨台阶开采间隔时间

1）1275平盘不预留采宽。如1275平盘不预留宽，可减少压煤，当工作面布置2条胶带机时，电铲在1290平盘开采80 m后进行胶带机移设，移设完成后对1275平盘进行平整、穿孔、爆破，此工程中半连续工艺系统处于待机状态，当1275平盘完成爆量接续后，对1275平盘进行开采，双工作面胶带机布置示意如图1（a），为了缩短半连续工艺系统非工作时间，初期对1275平盘进行平整、穿孔、爆破时，尽量减少一次性穿爆工程量，但又要保证开采完初期爆量之后，接续爆量已完成，同时考虑到钻机作业空间与安全性，因此不宜同时布置多台钻机在同一工作面同时作业[4-5]。按半连续工艺系统日产量3万m3计算，初期1275平盘爆破区域为40 m×490 m，对该区域进行平整、穿孔、爆破时间共为10 d，开采该区域量29.4万m3需10 d，1275平盘接续爆量区域也为40 m×490 m，平整与穿爆时间为10 d，刚好在半连续工艺系统开采完初期爆量时完成接续工程量，为了缩短半连续工系统非工作时间，当1290平盘胶带机移设50 m后（移设时间为5 d），就对1275平盘初期爆量区域进行平整与穿爆，因此由1290平盘转至1275平盘开始作业间隔时间为15 d。

2）1275平盘预留一幅采宽。在减少压煤的基础上，为避免电铲换台阶开采等待时间，1275平盘预留一幅采宽（双工作面胶带机布置示意如图1中图b），当电铲对1290平盘开采结束前，完成1275平盘预留一幅采宽的爆破，开采1275平盘预留爆破量时移设1290平盘工作面胶带机。

2.2 双胶带机与单胶带机对煤层出露影响

在不考虑采空区影响时，当矿坑呈矩形进行开采时，1290平盘及以下平盘，南帮设计1275平盘干道与1245平盘干道，北帮设计1290平盘干道、1260平盘干道与4下1平盘干道，干道宽度为40 m，保安平盘宽度5 m，则各工作线长度关系见表1。

1290平盘工作线长度不同时，工作面采取双胶带机与单胶带机对应的原煤年平均产量如图2，不同工作线长度与工作面胶带机布置对应的产量见表2。

图1 双工作面胶带机布置示意

表 1 1290平盘及以下平盘工作线长度关系

图 2 不同工作线长度与工作面胶带机布置对应的产量

在其他条件相同时，1290平盘工作线越长，工作面单胶带机布置与双胶带机布置产量差值越大，如采用工作面双胶带机布置，要达到年产量2 000万t，需工作面工作线太长，以东露天矿采区划分计划根本无法满足。

当东露天矿所有煤层刚通过榆岭矿采空区后，地表线、1290平盘工作线、4煤、9煤、11煤工作线位置如图3。

煤层通过榆岭矿采空区后，相对矿坑矩形推进，此时矿坑呈喇叭口，对产量影响更大，具体数据见表3。

在不考虑采空区影响时，当征地得到解决后，要达到东露天矿原煤年产量2 000万t，工作面只能布置单胶带机，如在采空区布置半连续工艺系统作业，要保证年产量2 000万t，要求矿坑年推进度更大，不适合工作面双胶带机布置。

表2 不同工作线长度与工作面胶带机布置对应的产量

图 3 矿坑各煤层通过榆岭矿采空区后工作线位置示意图

表 3 矿坑煤层通过榆岭矿采空区后工作帮工作线长度及产量

3 后续使用成本分析

当半连续工艺系统恢复运行后，如单从生产成本考虑，只有生产成本小于或等于卡车生产成本时才具备继续使用价值，鉴于前期运行成本，半连续工艺系统恢复后的平均生产成本为23.21元/m3，卡车平均运行成本为13.77元/m3，分析当2种工艺系统平均生产成本相等时胶带机最小总长度。

首先计算由于增加胶带机长度而系统相对应增加的成本。水平胶带机半连续工艺系统前期使用过程中，1501胶带机长度保持1 484 m，配备3个驱动，从开始使用到2016年9月，1501胶带机用电900万kW·h，完成运输量1 462.13万m3，电费按0.6元/（kW·h）计算，则1501胶带机每个驱动平均生产成本为0.123元/m3，由于1501胶带机处于排土场工作面，工作状态处于排土机前段有物料而后段无物料运行，因此胶带机在使用过程中相当于一半时间处于满物料作业，在计算胶带机满物料运行时每个驱动平均成本按1501胶带机每个驱动成本增加10%计算，为0.135元/m3，水平胶带机每增加500 m增加一个驱动。2016年1—10月卡车间断工艺平均生产成本建立于卡车平均加权运距为2.5 km、高差为20.22 m的基础上，通过前期对卡车油耗的统计，油耗与卡车运距与高差关系为：

式中：F为增加油耗，kg/m3；S为运距，km；H为高差，m。

柴油价格参考2016年1—9月平均价4 800元/ t，由此得到半连续工艺系统转内排后生产成本与卡车间断工艺成本相等时其胶带机最小总长度：

式中：L为胶带机总长度，km；H为高差，为0m；半连续工艺系统恢复后胶带机总长度为4.13 km，卡车双环运输距离较胶带机总长度减少2.175 km（半连续工艺系统胶带机长度与卡车双环运输运距关系示意图如图4）。

图4 半连续工艺系统胶带机长度与卡车双环运输运距关系示意图

2种工艺系统平均生产成本相等时胶带机最小总长度为：

电费与柴油价格对胶带机最小总长度有影响，现分别分析其中一价位固定时另一价位对胶带机长度的影响（电费与胶带机长度关系如图5与柴油单价与胶带机长度关系如图6）。

在柴油价格固定时，胶带机长度随着电费单价的增加而增加，反之，在电费价格固定时，胶带机长度随着柴油单价的增加而减短，但在电费与柴油价格处于正常波动范围内时，胶带机长度始终较长，当电费为0.6元/（kW·h）、柴油4 800元/t时，当卡车间断工艺与半连续工艺系统生产成本相等时，胶带机最小总长度为33.9 km，造成胶带机总长度较长主要是由于2种工艺系统生产成本差距较大。由于东露天矿是国内首家应用自移式破碎机工艺系统进行岩石剥离的露天矿，并无可借鉴经验，同时由于破碎岩石挑战性较大[6-8]，只有通过不断的积累现场经验，不断对系统进行创新改造、开采参数优化，整体系统达到了较好的应用效果。

当半连续工艺系统内排恢复运行时，2种工艺系统生产成本总体相差9.44元/m3，由于半连续工艺系统前提实际投资7.3亿元，2016年1—10月系统折旧费用为7.39元/m3，相对应卡车间断工艺系统折旧费为1.63元/m3，同时由于半连续工艺系统备件与其他系统通用性差及前期磨合期应用过程中的改装，导致耗材备件额度消耗较多，2016年1—10月费用达2.53元/m3，因此2种工艺系统平均生产成本相差主要存在于客观差值。目前半连续工艺系统设备已购买，无论系统运行与否，折旧费依旧产生，因此撇开设备折旧费用，通过后续不断对半连续工艺系统进行完善，在半连续工艺系统不受征地的影响下，设备效率得以有效发挥，半连续工艺系统与卡车间断工艺系统的平均生产成本将趋近或低于卡车间断工艺成本。

图 5 电费与胶带机长度关系

图 6 柴油单价与胶带机长度关系

4 结 论

1）通过对比前期半连续工艺系统与卡车间断工艺系统的成本，得出前者较后者增加了10.88元/m3；

2）分别分析工作面双胶带机与单胶带机布置对东露天矿原煤产量的影响，得出当半连续工艺系统恢复运行后，工作面将继续采用单胶带机布置；

3）通过对后期半连续工艺系统运行成本分析，得出要使半连续工艺系统与卡车间断工艺系统成本相等，胶带机总长度较大，鉴于折旧费已固定，因此可通过不断对半连续工艺系统进行完善，使2种工艺系统平均生产成本趋近。

［1］ 尚涛，才庆祥，陈树召，等.带自移式破碎机半连续工艺系统工作面参数优化［J］.中国矿业大学学报，2010（6）：820-825.

［2］ 王喜富，彭世济，张达贤.矿山半连续工艺系统可靠性研究［J］.有色金属，1995（3）：6-11.

［3］ 张瑞强，董志龙.大型自移式破碎机在露天矿的应用［J］.矿山机械，2012，40（2）：54-57.

［4］ 车兆学，才庆祥，刘勇．露天煤矿半连开采工艺及应用技术研究［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2006.

［5］ 王博文，才庆祥，陈彦龙，等.露天矿带式输送机移设方式研究［J］.金属矿山，2010（7）：113-115.

［6］ 王喜富，李仲学，任占营.露天矿半连续工艺破碎转载站参数设置及优化［J］.金属矿山，2001（12）：22-24.

［7］ 果晓明．露天矿破碎-胶带半连续运输工艺的研究与实践［J］．首钢科技，2005（6）：1-7.

［8］ 刘昱.全移动破碎机半连续工艺系统类型的优化选择［J］.露天采矿技术，2012（1）：17-20.

【责任编辑：解连江】

Research on semi-continuous process system follow-up application in Pingshuo East Open-pit Mine

ZHANG Yan,ZHAO Dengjuan
(East Open-pit Mine,China Coal Pingshuo Coal Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

In order to better control the production cost,the article analyzes preliminary and subsequent use cost,and obtains that the average production cost of the semi-continuous process and truck intermittent process system will approach or be below the cost of the truck intermittent process after excluding the objective condition.

open-pit mine;semi-continuous process;intermittent process;cost

TD824

B

1671－9816（2017）06－0037－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.011

张岩，赵登娟.平朔东露天矿半连续工艺系统后续应用研究［J］.露天采矿技术，2017，32（6）：37-40.

2017-02-08

张 岩（1990—），男，学士，2014年毕业于辽宁工程技术大学露天开采专业，现在中煤平朔东露天矿生产技术部工作。