哈尔乌素露天煤矿破碎站移设规划研究

刘玲，王忠鑫，董涛，杨汉宏，翟正江

（1.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015；2.神华准能集团有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017000）

哈尔乌素露天煤矿破碎站移设规划研究

刘玲1，王忠鑫1，董涛1，杨汉宏2，翟正江2

（1.中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳110015；2.神华准能集团有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017000）

根据生产现状，进行移设规划研究。提出了横向和纵向上技术可行的多个布置方案，建立数学模型，并对各方案的技术可行性、经济合理性和对远期的影响进行了研究论证，最终确定了破碎站下一个合理布置位置为地表境界南部+1 075 m水平南坪沟附近，最优移设步距为2.05 km，移设周期为5 a左右。

破碎站；移设规划；移设步距

0 引言

近年来，单斗-卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺广泛应用于各大露天矿，半连续系统及装备制造技术得到了长足发展，系统可靠性不断提高，以电代油和减少环境污染等优越性突出。随着采剥工程位置的推进，破碎站会逐渐出现滞后生产的局面，导致卡车运距增加，卡车数量增多，生产成本随之增大，破碎站布置的合理性直接影响露天矿的经济效益和生产组织管理。结合露天矿具体情况研究半移动破碎站的布设位置及移设周期和步距，建立破碎站移设规划的优化模型和计算方法具有重要的理论及现实意义，国内学者在这方面也做了大量的研究并取得一定成果[1-6]。对哈尔乌素露天矿既有的一、二号煤破碎站的下一个布置位置方案及定期移设规划进行了系统的研究。

1 哈尔乌素露天矿概况

哈尔乌素露天煤矿位于准格尔煤田中部，与黑岱沟露天煤矿相邻。矿区为黄土丘陵地貌，冲沟发育，主要可采煤层为6#煤层。露天矿生产规模为35.00 Mt/a，剥离采用单斗-卡车开采工艺，采煤采用单斗-卡车-半移动式破碎站-带式输送机半连续开采工艺。

哈矿共有3套煤破碎系统，全部位于首采区的南侧地表位置，一、二号破碎站于达产时期投入使用，目前即将面临移设。黑岱沟、哈尔乌素露天矿的开采现状如图1。

2 一、二号破碎站移设位置确定

2.1 移设规划方案

图1 两矿开采现状示意图

2.1.1 坑下破碎站

考虑基底的稳定性，内排台阶上不宜布置破碎站，坑下破碎站可布置在煤层顶、底板及端帮基岩上。优点是可减少土方工程量，缩短卡车运距，节省卡车运费。缺点是剥、采、排运输系统受到制约，需留沟内排，剥离物的运距和排弃位置发生变化，运输费用增加。另外，破碎站和带式输送机移设会相对频繁。

2.1.2 地面破碎站

地面破碎站的优点是不影响剥、采、排运输系统。缺点是运煤卡车的运距增加，运输费用增大；受地形地貌影响，破碎站场地平场时会发生一定的土方工程量。

综上所述，各方案在技术上均可行，为了确定最佳方案，还需要进行经济可行性论证。

2.2 各方案经济对比分析

2.2.1 坑下破碎站方案

坑下破碎站位置的选择主要为横向和纵向。横向即首采区的南部和北部，纵向即煤层的顶板、底板和端帮。

1）横向布置方案技术分析。破碎站位于坑下均需留沟排弃，煤车运距在南部和北部是相同的。黑、哈两矿推进方向一致，哈矿超前，黑矿推进时对哈矿回填区进行二次剥离，如果破碎站位于北侧，留沟排弃部分有益于减少黑矿的二次剥离量，不足之处是带式输送机布置由北至南横跨整个工作面，增加了带式输送机长度。

以破碎站位于煤层底板为基础，分析破碎站位于南部（方案1）和位于北部（方案2）所产生的效益及对生产带来的影响。两方案位置如图2和图3。

横向布置方案存在差异的主要技术指标见表1。

图2 破碎站位于南部煤层底板位置示意图

图3 破碎站位于北部煤层底板位置示意图

表1 横向布置方案受影响的技术指标

式中：N为费用差值，万元；N1为方案1增加费用总计，万元；N2为方案2增加费用总计，万元；Q为受影响内排工程量，万m3；K为增加运距，km；G为带式输送机长度，m；Y为卡车单位运输成本，取2.2元/m3·km；F为每延米带式输送机投资，取0.5万元/m；E为黑矿减少的二次剥离工程量，万m3；j为黑矿剥离单价，取2.0元/m3·km，运距为2.0 km；QM为运煤量，取19.5 5 Mt；d为胶带单位运输成本，取0.125元/t·km。两方案各项费用计算结果见表2。

破碎站位于坑下时，如不增加额外投资建设钢桥[7]，方案1剥离物双环运输通路被切断，运距增大，根据表2可知，方案2比方案1节省12 453.94万元。因此，坑下破碎站从横向角度分析方案2的经济性优于方案1。

表2 各项费用计算结果对比万元

3）纵向布置方案技术分析。纵向上可行的破碎站位置为煤层顶板、底板及端帮。位于煤层顶、底板均影响卡车提升高度。但是位于底板时，重车下运可降低卡车运输费用，且剥离和采煤工程不会受破碎站位置制约而滞后，对整个采、运、排生产环节影响最小。

破碎站位于端帮对内排留沟影响小，但煤的提升高度和运距较大。根据上述情况，提出以下4种可行的坑下破碎站位置方案。

方案1：煤层底板948 m水平。破碎站位于煤层底板948 m水平位置示意图如图4。内排土场全留沟排弃。带式输送机的布置考虑黑矿下一年的推进度，留出相应的推进距离和安全距离，带式输送机的爬升角度为11°，满足规范要求[8]。内排土场1 130 m及以上水平，受横贯整个工作面带式输送机影响，不能正常的跟进排弃，内排土场需排弃至1 235 m水平。

图4 破碎站位于煤层底板948 m水平位置示意图

方案2：端帮运输平盘1 055 m水平。破碎站位于端帮运输平盘1 055 m水平位置示意图如图5。安装破碎站时，需要扩帮保证卸载平台及维修作业的要求。内排土场半留沟排弃，带式输送机布置同样考虑黑矿下一年推进度，爬升角度较缓为5°，增加了带式输送机长度。内排土场1 130 m及以上水平受横贯整个工作面带式输送机影响，内排土场需排弃至1 235 m水平。

方案3：端帮运输平盘1 130 m水平。破碎站位于端帮运输平盘1 130 m水平位置示意图如图6。考虑两矿内排留沟现状，煤破碎站选定在与留沟平盘一致的标高，即位于北端帮1 130 m水平。破碎站布置时，需要扩帮保证卸载平台及维修作业的要求。带式输送机受黑矿下一年推进度影响，爬升角度较缓为3°。内排土场1 130 m及以上水平，不能正常的跟进排弃，需排弃至1 235 m水平。

图5 破碎站位于端帮运输平盘1 055 m水平位置示意图

图6 破碎站位于端帮运输平盘1 130 m水平位置示意图

方案4：煤层顶板986 m水平

积极拓宽渠道，打造多元、稳定的业务及市场链条。石羊河流域行业取耗水总量控制与地下水超采区管理方案研究、甘肃省水利水电工程计价依据修编主要问题研究，均获甘肃省水利科技进步奖一等奖。宁夏盐环定扬黄工程受水区城乡水务一体化方案及工程水价测算有关成果被地方政府采用。开展广东省现代水利发展战略、引汉济渭水权置换、南水北调东中线一期工程两部制水价、西藏水生态补偿实施方案、引黄入晋供水管理体制、广西病险水库综合效益拓展等项目研究，取得了良好的社会、经济和生态效益，得到充分肯定和欢迎。

破碎站位于煤层顶板986 m水平位置示意图如图7。压煤量约330万m3。内排土场全留沟排弃。带式输送机受黑矿下一年推进度影响，爬升角度为8°。内排1 130 m以上水平排土受限，需排弃至1 235 m水平。纵向布置方案受影响的技术指标见表3。

图7 破碎站位于煤层顶板986 m水平位置示意图

4）纵向布置方案经济分析

表3 纵向布置方案受影响的技术指标

①受影响内排量增加的费用：

式中:NB为受影响内排工程增加费用，万元；T为剥离提升高度增加值，m；V为提升高度每增加1 m运输成本增加值，取0.024元/m3·m。

②扩帮量增加的费用：

扩帮部分工程量运输至内排土场，运输距离和提升高度不受煤破碎系统影响，只考虑增加的剥离费用。

式中:Nk为扩帮工程增加费用，万元；QK为扩帮工程量，万m3。

③黑矿减少二次剥离工程费用：

④运煤系统增加费用：

式中：NM为运煤系统增加费用，万元；KM为煤车运输距离，km；TM为运煤提升高度增加值，m。

根据公式（2）、（3）、（4）和（5）计算得出各个方案增加费用见表4。根据表4可知，方案3增加费用相对最少为30 124.72万元，方案3最优。

表4 各方案增加费用计算表万元

2.2.2 地面破碎站

1）位置确定。

首采区南部地势低于北部，且本矿生产系统位于首采区南侧，故地面破碎站可选择在南部合适的水平，2018年末剥采排工程位置如图8所示。

由图8可知,南部端帮工程位置受南坪沟影响，最上面一个台阶标高为+1 055～+1 070 m水平，上部+1 100 m水平台阶在南坪沟处已经尖灭，尖灭距离约210 m，运煤出口从南坪沟处运至地面，可降低煤的提升高度。根据采掘台阶分布，破碎站卸载平台标高确定为+1 075 m较为合理。

图8 2018年末剥采排工程位置示意图

2）地面破碎站增加费用

式中：ND为地面破碎站增加费用，万元；其它符号含义同上。

破碎站场地平整挖方工程量约20万m3，该费用较少可计入破碎站移设费用。此时，运煤距离为2.5 km，提升高度为84 m。带式输送机增加长度为2.2 km，根据公式（6）可计算运煤费用为11 596.07万元。

坑下破碎站方案计算得出坑下北端帮+1 130 m水平方案最优，增加费用为30 124.72万元，对比分析可知，破碎站布置在地面的方案增加的费用最少，本研究推荐破碎站下一个移设位置位于首采区南帮地面+1 075 m水平，如图8所示。

3 一、二号破碎站移设步距

3.1 影响因素分析

3.1.1 煤系统运输费用。

1）提升高度。本矿煤层倾角10°，提升高度对运输费用的影响可忽略不计。

2）运输距离。运煤卡车从坑下经工作帮（或内排土场）移动坑线到达+1 075 m水平运输平盘，从坑下到地面垂直方向的运输距离是一定的，水平运输距离随着工作线推进逐年变化。

3.1.2 移设费用

主要考虑破碎站的拆装费、土建工程、胶带投资、设备改造、机电、地勘、购地等方面，计算得出单台破碎站移设整体费用为3 000万元/台。

3.2 移设步距

3.2.1 计算原则

根据本矿运输系统，破碎站的最大服务范围如图9所示。破碎站的移设步距应为工作帮方向确定合理步距的2倍。

图9 破碎站服务范围示意图

3.2.2 合理移设步距确定

破碎站在工作帮方向服务期分别取1～4 a不等，服务期小于4 a时，无需新增运煤设备。合理移设步距应为运输增加费用与破碎站移设费用相等时的步距。

经计算，运输增加费用和破碎站移设一次总费用净现值对比结果见表5。根据表5可知，卡车增加的运输费用与移设一次总费用的平衡点为3～4 a之间，所以工作帮方向破碎站最佳服务期为3 a，考虑内排土场以及两组破碎站的重心位置，服务年限基本可延长1～2 a，一、二号破碎站自2018年第一次移设后，以后年份较为合理的移设步距应为2.05 km，移设周期为5 a左右。

表5 运输增加费用和破碎站移设一次总费用净现值万元

4 结论

从横向和纵向2方面进行多方案比选，建立数学模型，确定技术可行经济合理的破碎站位置位于南部地表+1 075 m水平。移设周期因矿而已，以企业实现最大经济效益为基本点，通过净现值法确定本矿合理的移设步距为2.05 km，合理移设周期为5 a年左右。

［1］李新旺，段起超，张瑞新，等.安太堡露天矿半固定式破碎站布设水平的优化［J］.中国矿业大学学报，2006，35（6）：752-756.

［2］陈树召.大型露天煤矿他移式破碎站半连续工艺系统优化与应用研究［J］.煤炭学报，2012，37（3）：533-534.

［3］车兆学，翟正江，杨云浩.露天矿破碎站移设步距的研究［J］.中国矿业大学学报，2001，30（4）：399-402.

［4］孙金良.露天煤矿半固定破碎站移设方案［J］.露天采矿技术，2014（4）：34-37.

［5］滕文伟.露天矿坑内破碎站移设步距优化的研究［J］.露天采矿技术，2011（4）：7-8.

［6］刘勇.安太堡露天煤矿后期破碎站移设位置确定［J］.露天采矿技术，2006（3）：20-21.

［7］张庆民.2 500 t/h矿用半移动式破碎站总体钢结构的设计［J］.煤炭工程，2004（9）：24-26.

［8］GB 50197—2015.煤矿工业露天矿设计规范［S］.

【责任编辑：解连江】

Research on transfer plan of crushing station in Ha'erwusu Open-pit Coal Mine

LIU Ling1,WANG Zhongxin1,DONG Tao1,YANG Hanhong2,ZHAI Zhengjiang2
(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China；2.Shenhua Group Zhungeer Energy Co.,Ltd.,Ordos 017000,China.)

According to the production status,the article carries out transfer planning research,proposes a number of layout schemes which are feasible in the horizontal and vertical directions,and establishes mathematical model,studies and demonstrates the technical feasibility,economic rationality and long-term impact of the various programs.The final reasonable location of the crushing station is for the surface of the south+1 075 m level near Nanpinggou.The optimal shift step distance is 2.05 km,and the shift period is about 5 years.

crushing station;transfer planning;shift step distance

TD824

B

1671－9816（2017）08－0005－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.002

刘玲，王忠鑫，董涛，等.哈尔乌素露天煤矿破碎站移设规划研究［J］.露天采矿技术，2017，32（8）：5-9.

2017-03-13

中国煤炭科工集团科技创新基金面上项目资助（2016ZYMS019）；

刘玲（1986—），女，满族，辽宁人，工程师，学士，2009年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业，现就职于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司任项目总设计师，主要从事采矿工程设计与科研工作。