中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)bookmark0安太堡露天礦半固定式破碎站布設(shè)水平的優(yōu)化李新旺、段起超2，張瑞新S劉憲權(quán)2，李志英1（1.中國礦業(yè)大學(xué)資源與安全工程學(xué)院。北京100083，2.平朔煤炭工業(yè)公司，山西朔州036006）摘*：半固定式破碎站布設(shè)水平的優(yōu)化是半連續(xù)運(yùn)煤系統(tǒng)能否取得更大效益的關(guān)嬪因素。結(jié)合安大鲞露天礦半連續(xù)運(yùn)煤工藝的實(shí)際情況，歸納了毛煤卡車綜合運(yùn)距和肢帶運(yùn)距的計(jì)算公式，提出了單斗卡車間斷工藝下當(dāng)量工作線長度的計(jì)算方法。論述了該露天礦半固定式破碎站合理布設(shè)水平的優(yōu)化方法，建立了優(yōu)化目標(biāo)函教，得出了不同方案的總費(fèi)用并進(jìn)行了技術(shù)分析，最終合理確定了破碎站布設(shè)水平結(jié)果表明：當(dāng)上部剝離采用卡車運(yùn)榆時(shí)，破碎站布設(shè)在4*煤底板上方60m時(shí)總費(fèi)用最低，當(dāng)上部剝離采用連續(xù)運(yùn)輸工藝時(shí)，破碎站布設(shè)在4*煤底板上總費(fèi)用最低。

　　露天礦單斗一卡車一半固定式破碎站一帶式紀(jì)，在我國，黑色金屬礦山從上世紀(jì)70年代開始使輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝在世界上已應(yīng)用近半個(gè)世用半連續(xù)開采工藝，露天煤礦起步于80年代。

　　基金目：國家自然科學(xué)基金“創(chuàng)新研究群體”項(xiàng)目（50221402）1國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項(xiàng)目（2002CB412705）作為霍林河南露天礦、平朔安家?guī)X露天礦和安太堡露天礦等千萬噸級大型露天礦運(yùn)煤工藝形式，對提高產(chǎn)量、增加效益發(fā)揮了重要的作用。

　　因半連續(xù)開采工藝具有間斷工藝適應(yīng)性強(qiáng)和連續(xù)工藝效率篼等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)上采裝靈活、配煤方便、管理簡單，經(jīng)濟(jì)上縮短卡車運(yùn)距、降低了生產(chǎn)運(yùn)輸成本、拓寬了單斗卡車工藝應(yīng)用范圍，在我國露天煤礦實(shí)際生產(chǎn)中具有較大的競爭優(yōu)勢。

　　半連續(xù)工藝能否取得更大效益，取決于該工藝諸多關(guān)鍵技術(shù)，半固定式破碎站布設(shè)水平的合理確定即是最重要因素之一，也是降低生產(chǎn)成本的有效保證。但調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用此工藝的生產(chǎn)礦山在生產(chǎn)實(shí)踐中都存在許多問題。平面位置上，未能定期將破碎站移設(shè)到更接近坑內(nèi)運(yùn)煤重心，造成卡車運(yùn)距不能明顯減小、膠帶運(yùn)輸?shù)统杀镜膬?yōu)勢不能充分發(fā)揮的尷尬局面；布設(shè)水平上，確定主觀性強(qiáng)，大多憑經(jīng)驗(yàn)布設(shè)在煤層底板或者礦坑端幫地表上。比如安太堡露天礦原來的運(yùn)煤系統(tǒng)布設(shè)在4煤層底板上，采用內(nèi)排土場留溝明膠帶運(yùn)輸，造成溝道上部單環(huán)運(yùn)輸、效益降低，內(nèi)排土場容積也大大減小。本文著重將歸納露天礦毛煤運(yùn)輸距離、間斷工藝當(dāng)量工作線長度的計(jì)算方法，通過對破碎站及運(yùn)煤膠帶系統(tǒng)布設(shè)水平所產(chǎn)生的上部土巖內(nèi)排通道受阻而改變運(yùn)輸通道所增加的運(yùn)輸費(fèi)用、溝道對內(nèi)排土場容量的影響等的定量研究和綜合分析，提出了總費(fèi)用最小原則下深露天礦運(yùn)煤半連續(xù)工藝中半固定式破碎站合理布設(shè)水平的優(yōu)化方法，并成功應(yīng)用于安太堡露天煤礦原煤系統(tǒng)改造中。

　　優(yōu)化基本流程首先，按照生產(chǎn)過程及工藝，將運(yùn)煤卡車和膠帶運(yùn)距及費(fèi)用分別計(jì)算，進(jìn)行單項(xiàng)技術(shù)要素獨(dú)立分析；然后，將運(yùn)煤溝道造成破碎站所在水平以上部分臺階單環(huán)運(yùn)輸增加費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算；最后，根據(jù)上部土巖剝離運(yùn)輸工藝的不同，將涉及到的各部分費(fèi)用相加，按照總費(fèi)用最低原則，并考慮留溝土巖量對內(nèi)排容積的影響等因素對破碎站位置進(jìn)行綜合優(yōu)化。

　　基礎(chǔ)計(jì)算公式卡車運(yùn)距計(jì)算如圖la所示，破碎站位于露天礦端幫，卡車由采場干道運(yùn)輸，可采煤層為n層，第i煤層到破碎站卸載點(diǎn)的運(yùn)距為制坡度，一般取8%10%；Cq為道路展線系數(shù)；坑內(nèi)水平附加運(yùn)距，m；DCRS端幫運(yùn)輸距離，m；L⑴為第i煤層工作線長度，m.角，為破碎站與坑底煤層高差，m.第i煤層容重，t/m3.卡車運(yùn)距計(jì)算膠帶運(yùn)距計(jì)算膠帶運(yùn)距按幾何坐標(biāo)和運(yùn)輸坡度相結(jié)合計(jì)算。D，=坐標(biāo)差，為膠帶坑內(nèi)附加運(yùn)距，m.運(yùn)煤膠帶明溝對內(nèi)排容積的影響運(yùn)煤明塹溝內(nèi)除布設(shè)膠帶輸送機(jī)外，還要留出安全土擋、運(yùn)輸?shù)馈z修道和安全距離，溝底寬度一般達(dá)到75m，勢必對內(nèi)排容積和生產(chǎn)組織造成較大影響，特別是在煤層埋深大的露天礦。由圖la可得出年占有內(nèi)排容積公式當(dāng)內(nèi)排最終排棄標(biāo)篼為原地表標(biāo)高時(shí)，年缺少內(nèi)排容積散系數(shù)；y為毛煤容重，t/m3. 2.4運(yùn)煤膠帶明溝對上部土巖卡車離運(yùn)輸?shù)挠绊懹蓤Dlb所示，在剝離采用單斗卡車工藝時(shí)，破碎站所在水平以下臺階（①區(qū)）仍可以雙環(huán)運(yùn)輸，以上臺階（②區(qū)）受到運(yùn)煤明溝的限制，分2種情況：靠近地表臺階只能通過未布設(shè)破碎站的一側(cè)端幫運(yùn)輸，另一部分靠近破碎站的臺階也可以采用修筑臨時(shí)通道，卡車經(jīng)過膠帶溝底爬坡的方式運(yùn)輸。

　　為確定究竟哪一臺階為以上2種情況的分水嶺，本文引人了當(dāng)量工作線長度的概念，即采場內(nèi)下坡與內(nèi)排土場內(nèi)爬坡運(yùn)輸增加距離與正常雙環(huán)運(yùn)輸工作線長度相加所得長度，從而簡化了計(jì)算。

　　下，某一平盤工作線長度，計(jì)算方法與第i層煤相同，為剝離臺階與破碎站所在水平的高差，內(nèi)排運(yùn)輸功的計(jì)算內(nèi)排總運(yùn)輸功為的內(nèi)排運(yùn)距，m；其詳細(xì)的取值如=2376萬元。

　　表2破碎站設(shè)在不同標(biāo)離水平的毛煤運(yùn)輸費(fèi)用布設(shè)位置卡車運(yùn)卡車運(yùn)輸單價(jià)/卡車運(yùn)輸km-1）費(fèi)/萬元總運(yùn)輸費(fèi)用/萬元4煤底板轤煤底板上30m 4煤底板上60m從表2可以看出，破碎站設(shè)在離煤層越近的水平，由于坑內(nèi)卡車運(yùn)距越小，運(yùn)煤費(fèi)用就越低。單從運(yùn)煤來說，破碎站盡量放置在下部甚至是煤層重心水平才會(huì)最大限度地降低坑內(nèi)卡車運(yùn)距，降低運(yùn)煤4.2增加剝離費(fèi)用對破碎站造成上部剝離臺階單環(huán)運(yùn)輸時(shí)相對單一汽車工藝下雙環(huán)內(nèi)排所增加的運(yùn)輸費(fèi)用匯總于表3.從表3可以看出，單從剝離內(nèi)排運(yùn)輸費(fèi)用來說，破碎站應(yīng)盡量放置在上部甚至地表水平才不會(huì)由于運(yùn)煤系統(tǒng)的影響增加剝離費(fèi)用。

　　布設(shè)標(biāo)篼位置正常運(yùn)費(fèi)/萬元留溝運(yùn)費(fèi)/萬元差值/萬元單位運(yùn)費(fèi)/元4煤底板積煤底板上30m 4煤底板上60m 4.3明溝對內(nèi)排影響運(yùn)煤明溝布設(shè)水平標(biāo)篼不同，占有內(nèi)排容積也不盡相同。表4為留溝對內(nèi)排的影響匯總。

　　表4留溝對內(nèi)排離度的彩響溝設(shè)置位置溝深度/m底寬/m頂寬/m階段溝量/萬m3剝離量/萬m3內(nèi)排總?cè)莘e/萬m3實(shí)際容積/萬缺少空間量/萬m3增加篼度/m 4煤底板煤底板上30m 4煤底板上60m《安太露天礦天采程序和半連續(xù)工藝系統(tǒng)優(yōu)化研究報(bào)告》。中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2005.由表4可以看出，破碎站設(shè)置標(biāo)高水平離煤層越近，溝道斷面積、溝道量以及占用內(nèi)排量就越大，內(nèi)排土場由此增加的排棄高度就越大，在4煤底板時(shí)達(dá)到13.2m. 4.4總費(fèi)用及位置優(yōu)選1）若4煤以上土巖剝離仍然采用卡車運(yùn)輸排土?xí)r，破碎站標(biāo)篼水平的選擇就要考慮運(yùn)煤費(fèi)用和留溝產(chǎn)生的剝離費(fèi)用的增加值。表5是破碎站布設(shè)在不同標(biāo)篼水平時(shí)的總費(fèi)用表。

　　此工藝下，破碎站布設(shè)在4*煤底板上方60m時(shí)總費(fèi)用最低，這主要是由于卡車運(yùn)輸單價(jià)遠(yuǎn)大于膠帶，由留溝產(chǎn)生的單環(huán)運(yùn)輸所增加費(fèi)用就很篼，同時(shí)從技術(shù)發(fā)展來看，卡車運(yùn)輸費(fèi)用高、缺點(diǎn)多，膠帶運(yùn)輸已經(jīng)成為大型露天礦的發(fā)展趨勢。

　　裹5催滂站設(shè)在不網(wǎng)標(biāo)離水平總費(fèi)用布設(shè)位置總費(fèi)用/萬元備注4煤底板達(dá)產(chǎn)年4煤底板上30m達(dá)產(chǎn)年4煤底板上60m達(dá)產(chǎn)年2）若4*煤以上部分剝離采用連續(xù)運(yùn)輸排土巖時(shí)，總費(fèi)用即為運(yùn)煤費(fèi)用和很少的溝道增加費(fèi)用，此時(shí)應(yīng)該將破碎站布設(shè)在4煤底板上，這樣能充分發(fā)揮膠帶運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢，但是對生產(chǎn)組織的要求比較篼。

　　結(jié)論依照單斗一卡車一半固定式破碎站半連續(xù)開采工藝的生產(chǎn)過程，歸納了采用上述工藝與開拓方式下，露天礦毛煤卡車綜合運(yùn)距、膠帶運(yùn)距的計(jì)算公式，特別是提出了間斷工藝下當(dāng)童工作線長度的計(jì)算方法；結(jié)合安太堡礦運(yùn)煤系統(tǒng)的實(shí)際情況，分別計(jì)算了卡車、膠帶運(yùn)煤費(fèi)用和造成內(nèi)排單環(huán)運(yùn)輸增加費(fèi)用，根據(jù)上部巖石剝離工藝不同，將涉及到的相應(yīng)費(fèi)用相加得出方案總費(fèi)用，按照總費(fèi)用最小原則，安太堡露天礦當(dāng)上部剝離采用卡車運(yùn)輸時(shí)，破碎站布設(shè)在4煤底板上方60m時(shí)總費(fèi)用最低；當(dāng)上部剝離采用連續(xù)運(yùn)輸工藝時(shí)，破碎站布設(shè)在4煤底板上總費(fèi)用最低；建立總費(fèi)用最小的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將總費(fèi)用層層分解，對單項(xiàng)指標(biāo)分別計(jì)算，最后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析的優(yōu)化方法對于采用端幫破碎站、膠帶運(yùn)輸機(jī)壓幫塹溝式布置的露天礦具有指導(dǎo)意義。