布沼坝露天矿采剥工艺优化实践与提高

王堂娃，徐振尧，王刚波

（云南省小龙潭矿务局，云南 开远 661699）

布沼坝露天矿采剥工艺优化实践与提高

王堂娃，徐振尧，王刚波

（云南省小龙潭矿务局，云南 开远 661699）

云南省小龙潭矿务局五期扩建后布沼坝露天矿采剥需新增生产能力，根据生产系统实际情况进行采剥工艺系统优化成为必然。布沼坝露天矿通过采剥工艺系统废、改、建的实践，实现生产工艺与技术优胜劣汰，使采剥工艺优化取得了丰硕成果，从根本上转变矿业发展建设的方式。

露天矿；采剥工艺；优化实践；提高

0 引 言

布沼坝露天矿隶属于云南省小龙潭矿务局，位于云南省红河州开远市小龙潭镇，创建于1953年，属国有煤炭生产企业，是国家批准建设的13个大型煤炭基地—云贵基地的重点矿区之一，是云南省重要的能源生产基地。布沼坝露天矿煤层为单一巨厚煤层，单一向斜构造，结构简单，上覆第四系表土及第三系泥灰岩，主煤段平均厚度约72 m，目前开采面积为 5.4 km2，截至 2015年底设计可采储量495.78 Mt，平均剥采比0.87 m3/t。

布沼坝露天矿历经5次扩建，正在进行的五期扩建工程设计能力由四期扩建年设计能力的480万t提高至1 300万t，新增生产能力820万t/a，2010年生产能力核定为1 000万t/a。

1 四期扩建后期采剥工艺现状

布沼坝露天矿原有采、剥工艺系统虽然经过多次改造和补充，生产能力达到了四期扩建的规模，但由于作为四期主要工艺的轮斗连续系统能力不足，现有半连续系统的能力有限，必须优化采剥工艺。

1.1 生产工艺及产量规模概况

布沼坝露天矿五期扩建规模为采煤生产能力13 Mt/a、剥离生产能力首期18.59×106m3/a（剥采比1.43 m3/t）。五期初步设计中布沼坝露天矿2006年接近剥离最大发展时期。剥采比均衡结果见表1。

四期工程建成后，由于地质条件等多方面原因，采、剥连续系统均达不到设计生产能力，生产中陆续作了较大的调整，采剥工艺增加了间断和半连续生产工艺。采煤半连续工艺由单斗挖掘机采装，平盘自卸汽车运输，经转载栈桥，由M301、M302主提升胶带机运至地面缓冲仓，经中段地面筛分捡矸系统至电厂及铁路销售用户；间断工艺由用户自卸汽车自行下坑运输。2007年原采煤工艺系统流程如图1。

图1 采煤工艺系统流程

1.2 原有采剥工艺系统问题

四期布沼坝露天矿原有采、剥工艺系统主要存在以下问题：

1）设备老化。四期设备1990年前后开始使用，截止2006年已服务15 a以上，部分设备已经报废仍在使用故障率很高，停产检修时间长，尤其连续系统生产能力很难得到保证。

2）工艺环节缺陷。采煤半连续系统中原M301、M302带式输送机距离运输中心较远，且M301、M302带式输送机道所处北帮边坡不稳定，2006年以来北帮边坡变形加剧，影响主提升带式输送机道的安全和坑底原煤的运输。原设计连续系统没有破碎环节，物料块度大，常发生堵料、带式输送机欠载、跑偏、运行不正常现象；剥离连续工艺中表土含水量大，胶带运输引起震动液化。增加间断工艺后，排土运距长，剥离成本增加。

3）工艺系统复杂。采煤工艺中增加半连续工艺是在原连续工艺达不到设计能力情况下被迫增加的，其工作面布置、运输系统等与连续工艺存在干扰，给生产管理带来许多不便。加之半煤岩台阶较多，不利于工艺系统的调动和设备效率的发挥。

4）剥离工作面不足。五期扩建产量增加幅度很大，采场剥离工作面严重不足，限制了产量的增加。2 采剥工艺系统优化必要性及目标

2.1 采剥系统工艺优化的必要性

为落实西部大开发战略，满足国民经济快速发展对煤炭的需求，缓解云南省煤炭及电力供需紧张的局面，同时按照云南省“西电东送”工程实施计划及云南省电力发展规划，按照省政府的部署小龙潭矿务局进行五期扩建工程。随着矿山工程的发展和市场情况的变化，原有采剥系统不能满足五期生产能力的要求，必须对采剥系统进行技术改造。采剥工艺系统技术改造项目是五期扩建工程的核心内容之一。

2.2 采剥工艺系统优化目标

布沼坝露天矿半连续系统改造工程，主体是工艺系统调整，包括增加破碎工艺环节，半连续采剥工作面和坑下运输通道，补充采运设备。辅助工程涉及到采场疏干、排水、供配电等。全部工程完成后，实现采煤半连续系统能力9.6 Mt/a、间断工艺系统能力达到3.4 Mt/a；剥离半连续改造能力4.6×106m3/a，间断工艺系统能力达到8.99×106m3/a，另有5.0× 106m3/a能力外委。

3 采剥工艺优化实践

2006年布沼坝露天矿达到四期扩建规模,采煤已延深至1 000 m水平以下，形成开采台阶20余个。露天矿剥离物全部外排至龙桥排土场，排土场下部以1 225 m等高线为界，截止2008年末，最上排土台阶排弃标高为1 415 m水平。

布沼坝矿煤系地层多赋存于山间向斜盆地内，煤系地层上部的覆盖层即露天矿的剥离层自上至下一般为第四系表土层、第三系泥灰岩层及煤系地层。工艺系统的选择是露天矿设计的核心，露天矿的其它决策均应以选定的生产工艺为中心。开采工艺的优化设计关系到项目合理的建设投资和产出，对投产后的高产、高效起着决定性的作用。

布沼坝露天矿地质条件和煤层赋存条件不宜采用单一的连续开采工艺，尤其表土不宜采用连续工艺，全部采用汽车运输也存在高差大、运距远、成本高的问题，因此半连续工艺比较适合该矿的开采条件，兼有单斗汽车的灵活性和胶带机运输克服高差能力强的优点。从长远看，布沼坝露天矿应采用以半连续工艺为主、单斗-卡车工艺为辅的开采工艺。

十一五期间影响采剥连续系统每班设备运行时间的原因：①系统生产环节多、运行设备多，设备使用年限较长，设备故障率高；②大块物料在带式输送机机头溜槽堵料、设备顺序开机、带式输送机输送带跑偏、带式输送机输送带打滑、交接班停机；③停电、下雨、放假。造成剥离连续系统设备运量小的原因首先是物料不均匀，大块物料在带式输送机上运行时，在溜槽口等处易撒料，需要减小设备运量，尽量避免撒料；④轮斗挖掘机开挖至剥离台阶边部时，轮斗装载量减小，轮斗挖掘机给料不均匀。

十二五期间通过设置破碎站，选用较大吨位的自卸汽车，加强维修管理，采用集中控制缩短顺序开机时间，加强交接班管理，提高交接效率等措施来增加半连续系统设备运行时间，提高半连续工艺生产能力。将半连续系统设备运行时间从原来的2.74 h/班增加到5.06 h/班，大大提高生产效率。

为使剥离半连续工艺生产能力匹配，2007年组织进行了剥离胶带机发展规划方案与龙桥排土场胶带机升段发展规划方案研究，委托昆明煤炭设计研究院进行半连续系统改造施工设计。2009年7月份进行剥离半连续工艺优化设计论证，提出了剥离半连续工艺建设的最终方案并实施半连续系统改造。2010年末基本完成剥离半连续系统改造403延伸、502延伸120 m、503、805-1、805建设，为剥离半连续后续改造优化404、504及912、913、913-1、913-2胶带机建设奠定基础。

3.1 间断工艺优化

“十一五”、“十二五”期间为矿务局大发展、大转型、大建设时期，国家发展改革委2006年4月13日以发改能源[2006]614号《国家发展改革委关于云南省小龙潭矿务局露天煤矿扩建项目核准的批复》核准了五期扩建项目。五期扩建工程矿务局高度重视、抢抓机遇，抓紧设施建设。新磅秤房建设完成并投入使用，大唐电厂车辆直接进坑拉煤，2008年解化运煤专线通车，解化厂车辆直接进坑拉煤;为满足用户装煤需求，“十一五”期间，引进3台小松PC400、4台小松PC450型液压挖掘机和四川邦立公司的CED1250-7电动液压铲、太原重工WK-10B型电铲各1台参与采煤生产，大大提升了煤炭采装能力；“十二五”期间，又引进1台小松PC850型、3台小松PC450型、2台小松PC650型共计6台液压挖掘机参与装煤生产，有效提升大用户煤量供应和零星用户点多、面广的装煤格局。另外在采剥生产投入了D85、D275推土机、电煤钻、阿特拉斯液压钻机等新的生产辅助设备，提高生产效率；新建新邓耳排土场2010年11月30日正式启用，实现五期扩建两排土场共用，车辆分流；完善新邓耳排土场、龙桥排土场、采场防排水系统建设；新村变电站、龙桥变电站改造完成，供电可靠性进一步提高。生产含水量大的表土，采用单斗-汽车间断工艺，与泥灰岩混合排土，龙桥排土场运距相对近的留给间断工艺。

3.2 采煤半连续优化

2007年雨季期间，布沼坝露天矿北帮边坡变形加速，矿务局领导高度重视，组织局技术人员进行了研究，并委托昆明煤炭设计研究院进行了边坡安全与稳定性分析评价，提出了Ⅷ305带式输送机出入沟方案，布置于距M301、M302带式输送机机道中心线135 m的钻孔8线的基岩上，保证系统运行的安全和稳定。

露天矿2010年以前采煤生产为斗轮连续、半连续、间断工艺相结合的综合开采工艺。随着采煤生产的发展，产能的不断扩大，原有2条连续采煤工艺系统环节过多，效率低，而且由于系统的布置对间断和半连续生产工艺之间的衔接影响突出。根据生产规模、工艺发展要求，2010年以后对工艺进行调整，取消了连续工艺，通过新建破碎站、Ⅷ线主提升胶带机至地面后由M304带式输送机搭接M303带式输送机至电厂煤仓形成半连续生产系统，于2010年5月初投入生产并对采煤老系统（205-2#、105-2#、301#、302#、中段地面系统、大型设备WD520型、VABE550型斗轮机）全部停止生产并拆除设备、铁路销售设施交小龙潭矿使用，采煤斗轮连续工艺全部停用。

采煤3#破碎站建于采场北帮下部1 010 m水平，破碎站选用SB1521R型锤式滚轴破碎机。破碎站生产能力1 800 t/h，入料粒度2 050 mm×1 100 mm，出料粒度<300 mm。使系统胶带由原来的几十条减少到4条，物料经破碎后均匀运输，生产系统简单而高效，有效提高了煤炭的运输能力。改造后采煤半连续工艺系统如图2所示。

图2 采煤半连续工艺系统图

3.3 剥离半连续系统优化

根据五期扩建设计，布沼坝露天矿泥灰岩剥离系统包括103连续工艺系统、单斗-汽车-破碎站-带式输送机-排土机半连续工艺系统和间断工艺系统。布沼坝露天矿煤层开采深度大，五期扩建最终开采至810 m水平采深达350 m，为缓倾斜矿床。截至2008年底，布沼坝露天煤矿泥灰岩至龙桥排土场的卡车运距已超过7 km，剥离成本达22.94元/m3，存在运距远、提升高程大、成本高、占用设备人员多等问题。随着矿区剥离不断向东南延伸，排土场不断升高，汽车运距和提升高度不断增加。2008年剥离半连续工艺系统布置如图3所示。

图3 2008年剥离半连续工艺系统布置

2008年的应用中该系统存在以下主要问题：

1）系统生产能力不足。半连续工艺系统的小时生产能力远未达到破碎站设计的2 200 m3/h（松方）的生产能力，也远小于连续工艺系统达到的最大生产能力1 431 m3/h（实方）。

2）系统可靠性低。原系统环节多，设备老化、故障率高，导致系统可靠性低。

3）年作业时间短。由于排土场台阶容量小、系统移设频繁等因素影响，半连续工艺系统2008年实际开机运行1 803 h，给料1 719 h，分别为日历时间的20.53%和19.57%。

上述存在的问题为泥灰岩剥离半连续工艺系统改造提供了依据与契机。

2010年开始逐步对原生产系统进行改造，剥离破碎站采用2005年从德国引进的SB1521R型破碎机。初始位置布置于露天采场西南角高程1 060 m台阶，靠近高程1 068 m台阶。将岩石经破碎后进入胶带提升系统，物料块度均小于300 mm，使物流顺畅，减少了胶带跑偏物料撒落、胶带损伤及设备故障等。系统胶带由原来的十几条减少到6条（双系统交替生产后为8条胶带），系统环节减少后，各环节匹配效果较好，生产能力和效率得到大幅度提高。2011—2014年连续4 a剥离半连续系统突破325万m3，创历史最好水平（以往斗轮连续最高水平159万m3）。2015年剥离半连续系统改造404、504建设完成进行系统搭接和升段，系统进一步优化。为克服机头排土死区，研究实施小胶带配合排土机排土，建设913-2端帮胶带实现平行移设，减少移设次数。

由于半连续产量的大幅度增加，导致胶带移设频率增加，影响生产效率。为进一步提高半连续系统生产能力，研究制定了移动式胶带机串联生产工艺，使排土线从原来的900 m增加到1 900 m，减少了停产移设次数，为生产系统能力的进一步发挥打下了基础。研究实施了半连续胶带升段建设方案，改变了以往以汽车排土进行冲沟回填的升段方式，实现了半连续排土系统安全、经济、高效地升段，既为半连续排土系统的下一次升段提供了经验，也为其它矿山相类似的排土场发展方式提供了参考。2016年完成1 465 m水平805-1排土线建设，实现与1 440 m水平913排土线交替排土，减少移设对生产的影响。将下部运距近的排土量释放给间断工艺，降低了剥离生产成本。

1）下部系统优化。优化采场坑内运输环节，包括平行于西端帮布置的203-1和布置在西端帮上的402、403；采用带式输送机404平行于403方向，布置在境界外地质条件优良地段，拆除403、402带式输送机。

2）中部系统优化。从采场西端帮地表1 140 m水平至龙桥排土场境界附近1 265 m水平转载站，502带式输送机延伸120 m；在502带式输送机中部搭接1条503带式输送机至排土场1 415 m水平，然后设置805-1、805双轨移置式带式输送机。拆除603、604、704带式输送机等。

3）上部系统优化。从1 415 m水平转载站至排土场工作面带式输送机的整个提升系统504带式输送机，释放龙桥排土场的排弃空间。

2011年前完成系统改造新建503、延伸403等。2015年6—9月完成913、913-1、504、404、203-1、剥离破碎站迁移等系统搭接，2016年1月份龙桥排土场1 465 m水平新805-1带式输送机投入生产，913-2端帮带式输送机2016年10月底投入使用，实现平行移设。半连续工艺的排土系统目前有2条排土线1 440 m水平913排土线与1 465 m水平805-1排土线互为备用，保证剥离半连续系统能够交替作业，提高系统利用时间。

布沼坝露天煤矿泥灰岩剥离半连续工艺系统改造后，随着管理水平的提高，系统作业时间已达到5 000 h/a，有望实现设计生产能力4.6 Mm3/a，带来很大的经济效益。按剥离半连续系统改造后研究结论：系统直接运营成本较外包低10.316元/m3；考虑半连续工艺系统的折旧，改造后半连续工艺与外包的生产能力平衡点为3.62 Mm3/a，按系统生产能力4.6 Mm3/a计算，可节省生产费用1 006.77万元/a。原半连续工艺资产折旧结束后，半连续工艺与外包的生产能力平衡点降为1.73 Mm3/a，按系统生产能力4.6 Mm3/a计算，半连续工艺的直接生产成本仅为16.394元/m3，较外包剥离低6.546元/m3，可节省生产费用3 011.16万元/a。现改造完成的剥离半连续工艺系统如图4。

图4 现剥离半连续工艺系统

3.4 新技术应用

带式输送机采用集中控制和变频控制技术，有效延长了胶带使用寿命；带式输送机增加除铁器和金属探测仪，保证了胶带机安全稳定运行、提高了煤炭输送能力。剥离半连续建立卡车调度系统，实现了生产调度管理现代化。广泛应用信息化、自动化及监测监控等先进实用的煤矿安全技术，发挥科学技术对提升煤矿安全保障水平的重要作用。建立完整的有线通信系统、无线对讲系统，将个人手机通信纳入矿山通信集群网络，投入使用“云南省小龙潭矿务局综合管理系统”网络系统，实现了网络化管理和网络化办公，提高了安全生产网络化、安全信息化管理水平；将网络管理应用到煤质管理中，实现煤质数据库管理，按质按量进行煤炭销售，得到各用户的好评，有效提高了露天矿整体管理水平。布沼坝露天矿属于深凹型露天矿，随着露天开采的进行，采场深度和排土场高度不断增加，滑坡地质灾害逐渐显现，边坡安全十分重要。为实现对边坡的动态监测，2011年投资558.11万元引进高大边坡监测网，及时地进行边坡监测和边坡管理，实现边坡监测数字化、自动化和精确化，有效提高了边坡管理的水平，2015年建设边坡监测预警可视系统，对一、二期边坡监测预警数据进行深度加工，使它变成直观的、可视化的显示，并在内外网上查看应用。

4 工艺优化后效果

采煤半连续单班生产即可满足小龙潭电厂用煤要求。2011年以来剥离半连续工艺系统环节减少后，系统故障率低，其作业时间每班由原来的3 h提高到5 h以上。系统改造后，破碎站采用视频监控，提升运输系统采用集控方式，环节大为简化，系统可靠性高，生产组织模式随之而变。优化工作面车铲配比及工作面布置，集控随时掌握生产动态，并可降低人工成本，有效提高了采剥半连续工艺系统的产量和效益。并有以下优点：

1）设备型号统一，备件、维护方便。

2）便于排土场发展。半连续工艺排土场布置于东北部，释放排土容量，与间断工艺排土场互不干扰。将运距近的排土工程位置留给间断工艺，利于环保和剥离运输道路车辆分流。

3）减少移设次数，增加系统有效作业时间。排土场采用805、905串联及913-2端帮带式输送机实现913带式输送机平行移设模式，可有效增加单次排土容积，减少移设次数，增加系统有效作业时间。改造效果对比见表2。

表2 采剥系统历年产量情况

由表2可以看出，十二五期间采煤胶带系统产量比十一五产量有大幅下降，主要受国家节能减排政策实施导致电煤市场萎缩，但半连续系统小时能力还是大幅提高。十二五期间剥离胶带系统产量比十一五产量有大幅增长。

5 结 语

从经济角度考虑，破碎站的布置水平应综合考虑降低煤炭、泥灰岩的卡车运输费用和带式输送机运输费用。

采煤半连续系统根据电厂需煤情况和煤炭赋存重心进行M305带式输送机延伸及破碎站迁移。

剥离破碎站布置水平近期为西帮1 060 m水平，系统改造后期进一步优化考虑至1 020 m水平。坑内延伸根据南帮剥离推进新建405带式输送机及迁移破碎站，服务泥灰岩剥离水平的重心。上部系统504带式输送机从1 440 m水平延伸至1 490 m水平、1 515 m水平接排土端帮带式输送机，满足排土工艺升段发展，将运距近的排土位置留给单斗-汽车工艺。

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

［2］云南省小龙潭矿务局五期扩建工程初步设计［R］.昆明：昆明煤炭设计研究院，2008．

［3］小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿泥灰岩剥离半连续工艺优化设置研究［R］.徐州：中国矿业大学，2010．

［4］云南省小龙潭矿务局五期扩建布沼坝露天矿半连续系统改造可行性研究报告［R］.昆明：昆明煤炭设计研究院，2010.

【责任编辑：陈 毓】

M ining and stripping technology optim ization practice and improvement in Buzhaoba Open-pit M ine

WANG Tangwa,XU Zhenyao,WANG Gangbo
(Yunnan Province Xiaolongtan Mining Bureau,Kaiyuan 661699,China)

After the extension of the five stage of Yunnan Longtan Mining Bureau,new production capacity is needed for the stripping and mining.It is necessary to optimize the mining and stripping system according to the actual production system. Through the practice of stripping technology system waste,change,construction,the mine implements the fittest survival of production process and technology,makes the stripping process optimization achieved fruitful results,and changes the mining development construction.

open-pitmine;mining and stripping technology;optimization practice;improvement

TD824

B

1671－9816（2017）09－0043－06

2017-06-20

王堂娃（1974—），男，毕业于中国矿业大学露天采矿专业，现任云南省小龙潭矿务局生产技术部副主任。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.011

王堂娃，徐振尧，王刚波.布沼坝露天矿采剥工艺优化实践与提高［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：43-48.