相邻露天矿协调开采中设备的协调配置

曾祥玉，王忠鑫，苏迁军，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.神华准格尔能源有限责任公司，内蒙古薛家湾010300）

相邻露天矿协调开采中设备的协调配置

曾祥玉1，王忠鑫1，苏迁军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.神华准格尔能源有限责任公司，内蒙古薛家湾010300）

准格尔矿区黑岱沟、哈尔乌素露天矿协调开采能实现相邻露天矿综合效益最大化的目的。设备协调配置是两矿协调开采过程中的重要环节，做好设备协调配置优化分析可以使露天矿所有设备能力得到合理有效的利用，最大限度提高露天矿整体经济效益。

露天矿；协调开采；优化；设备；协调配置

0 引言

两相邻露天矿协调开采不仅要求在空间上实现协调，还要求在时间上统一，即两矿的采掘场和排土场在时空上实现协调同步，同时还要最大限度地实现两矿的资源量、设备、空间、时间、数据、人才、技术、经验等资源的最优配置和综合利用[1]。

准格尔矿区有黑岱沟、哈尔乌素露天矿，两矿南北相邻，煤层赋存条件相近，但在工作线推进方向上的变化情况并不完全相同，两矿具备协调开采的条件。在协调开采期间，两矿的推进方向、推进速度是相同的，进而导致两矿的生产规模、设备、人员、空间等均会发生变化。主要研究协调开采过程中两矿设备的协调配置关系，指导两矿未来10 a（2018—2027年）的设备生产管理。

1 准格尔矿区开采现状

1.1 黑岱沟露天矿开采现状

黑岱沟露天矿生产规模34.0 Mt/a，主要可采煤层为6号复煤层，煤层平均厚度约为30 m，煤层倾角＜10°。目前，黑岱沟露天矿由首采区向二采区转向已经基本完成[2]，工作线将整体向东推进。

1.1.1 开采工艺

黑岱沟露天矿现采用综合开采工艺：上部黄土层采用单斗－卡车开采工艺；煤层以上平均厚度45 m岩层采用抛掷爆破+吊斗铲倒堆联合开采工艺[3]；其余岩石层采用单斗－卡车开采工艺；煤层采用单斗－卡车－地面半固定破碎站半连续开采工艺。

1.1.2 设备配置

黑岱沟露天矿原有设备配置是根据该矿的开采工艺和生产规模进行设备选型和数量配比[4]，经优化后得出的结果。当前设备配置见表1，其能力可以满足黑岱沟露天矿独立开采的需求。

1.2 哈尔乌素露天矿开采现状

哈尔乌素露天矿，生产规模为35.0 Mt/a，是目前国内单坑生产能力最大的露天煤矿。哈尔乌素露天矿主要可采煤层为6号复煤层，煤层平均厚度约为28 m，煤层倾角＜10°。目前，哈尔乌素露天矿正在开采首采区，工作线将整体向东推进。

表1 黑岱沟露天矿当前设备配置

1.2.1 开采工艺

哈尔乌素露天矿现采用综合开采工艺：黄土层和岩石层采用单斗－卡车开采工艺；煤层采用单斗－卡车－地面半固定破碎站半连续开采工艺。

1.2.2 设备配置

哈尔乌素露天矿原有设备配置是根据该矿的开采工艺和生产规模进行设备选型和数量配比，经优化后得出的结果。当前设备配置见表2，其能力可以满足哈尔乌素露天矿独立开采的需求。

表2 哈尔乌素露天矿当前设备配置

1.3 准格尔矿区设备能力核算

根据现场提供验收资料，经详细统计汇总并与现场核对确认，最终得出准格尔矿区黑岱沟、哈尔乌素露天矿设备能力见表3。

表3 准格尔矿区设备能力统计

1.4 两矿协调开采

目前，黑岱沟露天矿由首采区向二采区转向过渡基本完成，未来14～15 a，黑岱沟露天矿的采掘场工作线将整体向东推进开采二采区。哈尔乌素露天矿在未来12～13 a，采掘场工作线将整体向东推进开采首采区。目前，哈尔乌素露天矿采煤工作线超前黑岱沟露天矿约1.2 km，两矿的采运排系统保持相对独立。2017年以后的10余年内，两矿将一直相邻并行向东推进，长期处于“空间上相邻、方向上同向、时间上同步、开采上独立、系统存在交叉”的局面，在此情况下提出了协调开采的思路，并作出相应的开采进度计划，逐年煤岩量情况见表4。

协调开采是将两矿采区合并，在总生产规模不变的前提下保持两采区具有相同的推进速度[5]，实现两矿的资源量、设备、空间、时间、数据、人才、技术、经验等资源的共享和优化。但由于两采区煤层厚度不同，工作线长度不同，进而导致协调开采后两矿的生产规模与原来不同，这种变化必然会造成两矿现有设备与协调开采后各采区的生产规模不符，会出现设备的富余或不足现象。此时，做好设备协调配置显得尤为重要，即在保证满足本采区生产能力的条件下，避免设备闲置，将生产能力富余的设备调配到生产能力缺欠的采区中，使露天矿所有设备能力得到合理有效的利用，最大限度提高露天矿整体经济效益。

2 两矿设备生产能力协调规划

基于以上黑岱沟、哈尔乌素露天矿采、剥设备及运输设备的能力统计及两矿采、剥系统的生产能力和运输能力，以及协调开采后各年的开采进度计划，对2018—2027年露天矿主要生产设备进行协调配置规划。

表4 开采进度计划

2.1 采煤设备生产能力协调规划

结合年度开采进度计划得出相应年份采煤设备生产能力富余（欠缺）情况，露天矿采煤设备生产能力各年协调规划分析图如图1。根据两采区采煤设备工艺匹配特点及已核算的设备生产能力进行调配。

图1 露天矿采煤设备生产能力各年协调规划分析图

1）2018-2023年（稳定生产期），将哈尔乌素采区的1台WK-35型单斗挖掘机（斗容49.2 m3）与黑岱沟采区1台L1350轮式装载机（斗容30 m3）进行调配。

2）2024年，将哈尔乌素采区的1台WK-35型单斗挖掘机（斗容49.2 m3）与黑岱沟采区1台L1350轮式装载机（斗容30 m3）进行调配；

3）2025年，将哈尔乌素采区的1台WK-35型单斗挖掘机（斗容49.2 m3）、1台L2350型轮式装载机与黑岱沟采区1台L1350轮式装载机（斗容30 m3）、1台992G型轮式装载机进行调配；

4）2026年，将哈尔乌素采区的1台WK-35型单斗挖掘机（斗容49.2 m3）、1台L2350型轮式装载机与黑岱沟采区1台L1350轮式装载机（斗容30 m3）、1台992G型轮式装载机进行调配；

5）2027年，将哈尔乌素采区的1台WK-35型单斗挖掘机（斗容49.2 m3）、2台L2350型轮式装载机与黑岱沟采区1台L1350轮式装载机（斗容30 m3）、2台992G型轮式装载机进行调配。

2.2 剥离设备生产能力协调规划

结合年度开采进度计划得出相应年份剥离设备生产能力富余（欠缺）情况，露天矿剥离设备生产能力各年协调规划分析图如图2。

图2 露天矿剥离设备生产能力各年协调规划分析图

1）2018—2027年，随着采煤量及剥采比的增大，黑岱沟、哈尔乌素两采区各年剥离设备同时存在生产能力欠缺问题。

两矿采煤设备调配后，均有一定富余能力，但富余量不大，为了保证露天矿稳定生产，采煤设备保留一定的富余能力是必要的，所以不能将富余的采煤设备调配到剥离作业中。那么为了弥补生产能力的欠缺建议采取部分外包的运营模式[6]。

2）2026年以后，露天矿将进入下一阶段生产均衡期，突出特点为煤层赋存降深，黑岱沟、哈尔乌素两采区总剥离量及剥采比突增[7]，现有剥离设备能力及有限的外包量将无法满足此阶段剥离生产需要，露天矿将追加新设备投入，具体设备追加投入计划还需结合露天矿未来建设情况来详细分析。

2.3 运煤设备生产能力协调规划

结合年度开采进度计划得出相应年份运煤设备生产能力富余（欠缺）情况，露天矿运煤设备生产能力各年协调规划分析图如图3。

图3 露天矿运煤设备生产能力各年协调规划分析图

黑岱沟采区运煤设备能力除2020、2021年略有富余外，其余各年运煤卡车均存在能力欠缺问题。哈尔乌素采区运煤设备能力整体富余。针对此情况，需要作出如下协调规划：除2020、2021年无需设备调配外，其他生产年份中分别调配哈尔乌素采区MT4400型自卸卡车1～6台可弥补黑岱沟采区欠缺的运煤能力。

2.4 剥离运输设备生产能力协调规划

结合年度开采进度计划得出相应年份运煤设备生产能力富余（欠缺）情况，露天矿剥离运输设备生产能力各年协调规划分析图如图4。

图4 露天矿剥离运输设备生产能力各年协调规划分析图

黑岱沟采区剥离运输设备能力大部分富余，除2026、2027年剥离运输能力存在一定欠缺外，其余各年剥离运输设备能力均有富余，哈尔乌素采区剥离运输设备能力整体富余。针对黑岱沟采区2026年以后剥离运输能力欠缺的问题，可做如下协调规划：在满足运煤能力及剥离运输能力条件下，将黑岱沟4台MT4400型运煤卡车及哈尔乌素13台MT5500型剥离运输卡车调配至黑岱沟剥离运输系统中，此时仍存在部分欠缺量需要追加设备投入，具体设备追加投入计划还需结合露天矿未来建设情况来详细分析。

3 结论

相邻露天矿的协调开采是露天采矿领域的突破，设备协调配置在协调开采过程中又是必不可少的一环，那么研究如何进行设备协调配置实现相邻露天矿综合效益最大化是至关重要的。在进行设备协调配置时应遵循以下原则：

1）以自营设备为主，将生产能力富余设备调入生产能力欠缺采区中；

2）以外包工程为辅，在充分满足外包作业条件（如剥离设备工作线布置、车流密度条件、采场内部外包卡车运输条件等）下，无法通过自营设备相互调配欠缺的剥离工程量全部由外包工程完成；

3）在自营设备与外包工程发挥最大生产能力条件下，仍旧欠缺一定的生产能力，此时需考虑适当追加新设备投入。

在协调开采条件下，黑岱沟、哈尔乌素两露天矿采煤工作线同步推进，后期随煤层及剥离层厚度变化，采剥重心逐渐移向黑岱沟采区，黑岱沟采区现有设备的生产能力将会出现不同程度欠缺问题，不能满足未来生产需求，通过合理的设备协调配置，将哈尔乌素生产能力富余的生产设备调配到黑岱沟采区补充生产，既有效解决了黑岱沟露天矿生产能力欠缺和哈尔乌素露天矿设备闲置浪费的问题，又避免了大量的新增设备投资，节约了成本。

［1］宋子岭，范军富，王来贵，等.露天煤矿开采现状及生态环境影响分析［J］.露天采矿技术，2016，31（9）：1-4.

［2］常全胜.露天煤矿采区转向接续研究现状综述［J］.露天采矿技术，2013（5）：6-9.

［3］李东，王启瑞.黑岱沟露天煤矿采用吊斗铲倒堆工艺的探讨［J］.露天采煤技术，2001（3）：12-14.

［4］贺顺吉.露天矿采剥工程设备的合理配置［J］.科技与企业，2013（6）：176+178.

［5］GB 50197—2015.煤炭工业露天矿设计规范.

［6］张明.建立矿山外包运营管理模式浅谈［J］.新疆钢铁，2010（3）：58-61.

［7］杨荣新.露天采矿学（下）.徐州：中国矿业大学出版社，1990.

【责任编辑：陈毓】

Equipment coordination configuration in coordinated mining of adjacent open-pit mine

ZENG Xiangyu1,WANG Zhongxin1,SU Qianjun1,YANG Hanhong2,ZHAI Zhengjiang2
(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design＆Research Institute,Shenyang 110015,China;2.Shenhua Zhunge'er Energy Co.,Ltd.,Xuejiawan 010300,China)

The purpose of maximizing the comprehensive benefit of adjacent open－pit mine can be achieved by coordinated mining in Heideigou and Ha'erwusu Open－pit Mine in Zhunge'er mining area.Equipment coordination configuration is an important part in the process of two mines coordinated mining.Doing the equipment coordinated allocation optimization analysis can make all the equipment capacity of open－pit mine reasonable and effective use and improve the overall economic efficiency of open－pit mine.

open－pit mine;coordinated mining;optimization;equipment;coordinate configuration

TD824

B

1671－9816（2017）08－0018－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.005

曾祥玉，王忠鑫，苏迁军，等.相邻露天矿协调开采中设备的协调配置［J］.露天采矿技术，2017，32（8）：18－21.

2017－03－15

曾祥玉（1990—），男，辽宁阜新人，助理工程师，2013年毕业于辽宁工程技术大学采矿专业，现就职于中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，主要从事露天煤矿设计工作。