阿帕尔塔克露天煤矿生产系统相关设备选型设计

韩太明

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）

生产系统是露天煤矿的重要生产环节，主要由剥离系统和采煤系统组成，生产系统的设备选型对露天煤矿的建设和运营至关重要。阿帕尔塔克露天煤矿位于乌兹别克斯坦东部，其剥离和采煤生产系统均设计采用单斗-卡车＋半移动式破碎机-带式输送机半连续开采工艺。半连续开采工艺是在连续开采工艺和间断开采工艺2 种基本方式基础上发展起来的，单斗-卡车＋半移动式破碎机-带式输送机工艺作为半连续开采工艺的2 种主要形式之一，目前已被国内外大型露天煤矿广泛应用，节能、环保、高效、经济始终是其设备选型的基本要求[1]。

1 剥离生产系统设备选型设计

针对阿帕尔塔克露天煤矿的剥离物，设计由斗容6.5 m3液压反铲采装，由载重70 t 自卸卡车经工作帮移动坑线运至地面剥离破碎站，破碎后物料经地面带式输送机、出入沟带式输送机运至排土场排弃。

剥离系统的年剥离量实方为1 899×104 m3/a，实方密度为2.22 t/m3，松散系数为1.3，工作制度考虑年工作日数为330 d，每天有效的工作小时数为16 h。根据露天采矿设计，剥离系统采用4 套半移动式破碎站和1 套带式输送机+排土机系统。

计算得出阿帕尔塔克露天矿的剥离年产量为4 216×104t/a，松散密度1.7 t/m3，确定剥离系统生产能力为10 400 t/h，每套破碎站的生产能力为2 600 t/h，带式输送机及排土机的生产能力为10 400 t/h。

1.1 剥离系统工艺布置

阿帕尔塔克露天矿在首采区西出入沟附近地面设置2 套半移动式破碎机，在首采区北出入沟口附近地面设置2 套半移动式破碎机。剥离生产采用单斗挖掘机采掘，由自卸卡车将剥离物分别运至4 座破碎站，将剥离物破碎至400 mm×400 mm×400 mm以下。西出入沟附近的2 座破碎站将剥离物破碎后，通过排料带式输送机B-1、B-2、B-3 将剥离物转载至B-4 带式输送机；北出入沟附近的2 座破碎站将剥离物破碎后，通过排料带式输送机B-4、B-5 运至排土场，转载给布置在排土工作面上的B-6 移动式带式输送机，经卸料车转载，由排土机排弃[2]。

1.2 剥离系统破碎站

剥离系统破碎站的作用是将单斗挖掘机开采的剥离物破碎至适合带式输送机运输的粒度，并通过带式输送机实现连续运输。根据露天采矿设计，4 台1 次破碎站均设置在地面，随着开采工作面向前推进作业的实际情况，破碎站选择适当的时间搬迁移设到合适的位置。为适应破碎站搬迁移设的要求，确保移设方便快捷，尽量减少移设工作量对露天矿生产作业时间的影响，设计采用物料堆积形成卸车平台和简易受料仓的半移动式破碎机，主要由简易受料仓、刮板给料机、破碎机、排料带式输送机、电气控制设备、支撑结构和司机室等组成[3]。破碎站卸车台位的数量是根据自卸卡车的载重量、卸车次数和时间以及破碎机的破碎能力等因素综合考虑确定的，使自卸卡车的间断作业能满足破碎机连续作业的要求，确保生产系统设备充分地发挥生产作业效益。破碎机生产能力设计为2 600 t/h，破碎站平均每小时卸车37 次。为满足破碎机连续作业要求，每台破碎机设3 个卸车台位。考虑露天矿岩石最大抗压强度，破碎机设计采用双齿辊破碎机，入料粒度设计为0～1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm，排料粒度为0～400 m×400 m×400 m，松散密度为1.7 t/m3，受料仓容积为150 m3。破碎机移设方式主要有履带运输车驮运搬迁和推土机拖牵搬迁2 种。履带运输车移设方式搬迁移设半移动式破碎机方便快捷，但价格较高。因移设周期较长，利用率低，对阿帕尔塔克露天矿设计采用推土机拖牵搬迁半移动式破碎机[4]。

1.3 剥离系统带式输送机

剥离系统带式输送机设计考虑尽可能减少驱动装置规格，便于维护及备件的更换，全部采用钢绳芯输送带，尽可能减少各类部件的规格和型号，力求驱动单元、托辊组和输送带等型号统一，减少备品备件，便于维护和更换[5]。剥离生产系统带式输送机采用不同的结构形式，为满足一次破碎站搬迁移设需要，B-1、B-2、B-4、B-5 带式输送机采用半固定式结构，沿地面敷设。为满足排土工艺需要，排土工作面B-6 带式输送机采用移动式结构，随着排土推进方向扇形移动。带式输送机配置打滑检测装置、拉线保护装置、防跑偏装置、料流检测装置、纵向撕裂保护装置、溜槽堵塞检测器装置等保护装置，确保运行安全。带式输送机参数的设计如下：其中B-1、B-2、B-3 带式输送机输送能力为5 200 t/h，带宽为1 600 mm，带速为4.5 m/s；B-4、B-5、B-6 带式输送机输送能力为10 400 t/h，带宽为1 800 mm，带速为6.3 m/s。

1.4 剥离系统排土机和卸料车

根据排土剥离系统的生产能力和排土场的排土参数，设计选型排土机和卸料车。排土机设计采用紧凑型，主要由受料臂、排料臂、上部结构、下部结构和履带行走装置组成[6]，生产能力为10 400 t/h，粒度为0～400 mm×400 mm×400 mm，松散密度1.7 t/m3，受料和排料臂长均为55 mm，装机功率为1 800 kW，设备数量考虑1 台。卸料车在排土场工作面带式输送机的轨道上行走作业，将带式输送机的物料转运到排土机受料臂上，满足排土机的排土作业要求。卸料车主要由轨道行走装置、卸料改向滚筒、拉紧装置以及相应的钢结构等组成，生产能力10 400 t/h，带速为6.3 m/s，带宽为1 800 mm，设备数量考虑1 台。

2 采煤生产系统

针对阿帕尔塔克露天煤矿的煤，设计由斗容6.5 m3的液压反铲（主采）配合1.6 m3的液压反铲（薄煤层选采）采装，由载重70 t 自卸卡车经工作帮移动坑线运往地面煤破碎站，破碎后的煤经带式输送机运至储煤场或快速装车站外运。

煤生产系统建设规模为3.0 Mt/a，煤密度为1.22 t/m3，松散系数为1.3。工作制度考虑年工作日数330 d，每天有效工作小时数16 h。根据采矿设计，煤系统采用单套系统布置。基于上述设计原则，计算得出采煤系统生产能力为800 t/h。

2.1 采煤系统破碎站

一次破碎站的作用除使原煤粒度加工满足带式输送机运输条件外，也为原煤后续加工创造条件。为保证自卸卡车在合理的运距范围内作业运行，降低生产作业成本，提高经济效益，初期考虑将破碎站设置在露天矿坑上，随着开采工作面向前推进作业的实际情况，破碎站选择适当的时间搬迁移设到合适的位置。为适应破碎站搬迁移设的要求，确保移设方便快捷，尽量减少移设工作量和对露天矿生产作业时间的影响程度，考虑其移设周期较长，设计采用半移动式破碎机。考虑到露天矿年产量为3.0 Mt/a，自卸卡车载重量为70 t，计算卸车次数和时间，为尽可能的减少工程建设投资和生产作业成本，提高经济效益。设计采用不带挡墙形式的半移动式破碎机。半移动式破碎机坐落在夯实基础上，通过现场施工将剥离物沿破碎机受料斗周围堆积形成1 个卸车平台，汽车爬升至卸车平台上将煤卸至破碎机受料斗内。半移动式破碎机主要由受料斗、刮板给料机、破碎机、排料带式输送机、电气控制设备、支撑结构和司机室等组成。露天矿的毛煤由自卸卡车运至堆积而成的卸车平台，将物料卸入受料斗内并通过受料斗下的刮板给料机均匀给入1 次破碎机破碎。破碎后的原煤，通过排料带式输送机M-1 和M-2 运往二次破碎车间。卸车台位的数量根据自卸卡车的载重量、卸车次数和时间，破碎机的破碎能力等因素综合考虑确定，使自卸卡车的间断作业能满足破碎机连续作业的要求，确保生产系统设备充分地发挥生产作业效益[7]。通过计算和综合分析考虑，破碎机设1 个卸车台位。考虑露天矿毛煤的最大抗压强度，设计采用单齿辊破碎机，额定生产能力为800 t/h，入料粒度为0～1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm，排料粒度为0～300 mm×300 mm×300 mm，收料斗容积为105 m3，松散密度为0.94 t/m3，设备数量考虑1 台。

露天矿产品煤为0～50 mm×50 mm×50 mm 粒度的混煤，将0～300 mm×300 mm×300 mm 粒度的原煤进行二次破碎，二次破碎是在二次破碎车间内由二次破碎机实现。根据类似条件的使用经验，设计选用双齿辊二次破碎机，生产能力为800 t/h，入料粒度为0～300 mm×300 mm×300 mm，排料粒度为0～50 mm×50 mm×50 mm，电动机功率为2×200 kW，设备数量考虑1 台。

2.2 采煤系统带式输送机

考虑到露天矿汽车来煤的不均衡性，设计储煤场前系统能力为800 t/h，带式输送机输送能力800 t/h、带宽为1 000 mm、带速为3.15 m/s。未匹配装车系统能力，储煤场后带式输送机输送能力为5 000 t/h、带宽为2 000 mm、带速为4.5 m/s。根据气候条件和使用要求，采煤生产系统带式输送机采用不同的结构形式。M-1 带式输送机远离工业场地，运输距离长，供热和给排水条件差，受料点位置和安装位置随露天矿的开采推进和破碎站的移设在不同时期有变化，设计采用半固定式结构，露天安装。M-2 带式输送机采用机头及中间架固定式，机尾站半固定式结构，固定部分采用封闭式采暖走廊内安装。其余带式输送机采用固定式结构，封闭式采暖走廊内安装的形式。M-3 带式输送机机头为机头站的形式，拉紧装置设置在机头站内，采用液压自动拉紧。其余带式输送机拉紧装置采用重锤拉紧的形式。带式输送机配置打滑检测装置、拉线保护装置、防跑偏装置、料流检测装置、纵向撕裂保护装置、溜槽堵塞检测器装置等保护装置，确保运行安全[8]。

3 结语

对于阿帕尔塔克露天煤矿来说，采用小型采掘设备更具有优势。考虑到乌兹别克斯坦当地燃油供应十分紧张，生产系统工艺选择以用电设备为主，相关设备的选型，性能匹配最优，投资较少，既能够满足露天煤矿的实际生产要求，又可保障露天煤矿设备的作业安全。