露天矿用排土桥工艺的研究

王赟

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030006）

露天矿用排土桥工艺的研究

王赟

（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030006）

提出了露天煤矿开采线扩大、运输距离加长后存在的问题，阐述了排土桥运输工艺的配套设备、开采方法及相关设备运输能力，说明了其开采特点，并与卡车运输工艺的运行成本进行了对比。

排土桥；排土机；露天煤矿；运行成本

0 引言

据现有勘察资料显示我国适合露天开采的资源储量占总量的10%～15%，且资源分布差异较大，主要分布在西部和华北地区[1]。露天开采与地下开采相比具有安全、高效、易复垦、采出率高，成本低等特点[2]。同时露天采煤可以充分利用一切有利条件，降低采煤对土地、空气、水以及地质灾害的不良影响，使露天矿山形成“高效率、低能耗、低污染、低排放”的运行模式，达到最佳的经济效益和社会效益。综观当前我国露天煤矿，仍以间断工艺为主，尤其是以单斗-卡车间断工艺为多[3]，该工艺中卡车运输机动灵活，转弯半径小，在矿井建设初期经济优势特别明显。单斗-卡车间断工艺所需设备目前普遍已经国产化，且管理运行方式也比较成熟。

露天矿是一个以采掘为中心，以运输为纽带的大型生产系统[4],其生产成本与所选开采工艺、煤岩运距、剥采比等有关，但普遍不到井工开采成本的1/2。单斗+卡车间断开采运输工艺的运输费用在露天开采吨煤成本中所占比重最高，其中燃油、轮胎消耗为运输费用中份额较大的两项，通常时会占到总成本的60%。特别是采区工作线加长，采区剥离点距离排土点较远时运输费用更会急剧上升，具体主要体现在行车通道维护工作繁重，运输设备能耗巨大，轮胎消耗较多，排放污染比较严重，尤其是燃油价格波动较大时，对开采成本造成的影响更大。因此，针对露天煤矿开采工作线变长、运输距离加大问题研发一种成本低廉、安全可靠的排土运输工艺，来实现露天煤矿的高产高效意义非常重大。

1 露天煤矿概况

我国某露天煤矿井田面积42 km2，矿层近水平分布，无断层，境内可采原煤储量14.98亿t，剥采比约为5：1，排土方式为内排土，现核定生产能力3 400万t/a。坑内上部黄土层平均厚度49 m，中部岩石平均厚度56 m，均采用单斗挖掘机-自卸卡车间断工艺剥离；煤层顶板平均厚度45 m，采用抛掷爆破-吊斗铲倒堆工艺；煤层平均厚度28.8 m，采用单斗挖掘机-自卸卡车-坑边半移动破碎站-胶带机半连续工艺开采。单斗卡车工艺开采时黄土台阶高度15 m，破面角60°，工作面平盘宽度80 m，岩石台阶高度15 m，坡面角65°，工作面平盘宽度95 m，排土台阶20～30 m，坡面角38°，工作面平盘宽度100 m，吊斗铲倒堆工艺开采时吊斗铲高台阶高度45 m，高台阶坡面角65°，平盘宽度85 m，扩展平盘高度12～15 m，宽度125 m，煤台阶坡面角70°，平盘宽度85 m，分3层采掘。目前采掘线长度约2 km，受其它矿井征地等外部因素影响，预计今后采掘线将扩大到4 km。按照原先开采运输工艺，该矿今后排土运输成本将会大幅增加。

2 排土运输工艺

排土是露天采矿必不可少的生产工序，它不仅关系着生产规模的扩大，而且体现着运输和排土的技术经济效果[5]。露天矿排土桥运输工艺是针对排土方式为内排，同时矿井为近水平矿层、开采工作线较长、运输距离较大的露天煤矿设计的一种工艺，采用的设备有排土桥、排土机、前装机、钻机等辅助设备。该工艺主要目的是缩短排土运输距离，减少运输费用，提高运输效率，增加露天开采效益。采用排土桥运输工艺运输前需要在煤层顶板上准备一个长300 m，初始宽度100 m的工业广场，用于布置排土桥、排土机、钻机、挖掘设备、装载设备，同时为辅助车辆通行提供通道。根据开采工艺的要求，排土桥、排土机、前装机等设备布置如图1依次布置在煤层上方。前装机将采区剥离的黄土及破碎的岩石装运至排土机，完成物料的装载。排土机将接收到的物料转载运输到副排土桥，实现物料的连续运输。排土机主要由受料臂、排料臂、回转装置、履带行走装置组成，受料臂与地面输送机间的夹角不小于20°，在水平面上左右回转90°[6]。每个采区排土机的数量可根据受料量的多少来调整。副排土桥将接受的物料转载至排土桥。排土桥是排土运输工艺的核心设备，它将剥离的物料跨过采空区，以最短的水平距离、最小的高差运入排土场，实现物料的快速转运。排土桥是行架结构，包括主桥和排土悬臂段。排土桥上逐层安装有皮带运输机，每一个回填平盘上方有若干个卸载点，如图1中的A、B、C、D点。排土桥的下方有两个行走支承装置，分别位于采掘侧和排土侧。采掘侧和排土侧各装一组行走轨道，行走轨道分段铰接联接，辅助车辆推移时可以形成S弯，行走支承装置在上面走行，同时可完成排土桥的横向纵向移动。

图1 工作面设备布置示意图

采区及相关设备准备好后，上部分层剥离的黄土和中部破碎后的岩石经前装机装载至各个平盘的排土机，排土机将物料从上至下转载运输到副排土桥；同时煤层顶板的岩石破碎后经前装机装载至排土机，排土机将物料从下至上转载到副排土桥。增加岩石破碎环节可以降低物料对运输设备的磨损，减少备品备件的消耗，提高整个系统的运行效率。副排土桥将物料转载运输至排土桥，排土桥跨过采空区直接将物料卸载到排土场。转运完剥离好的物料后，排土桥横向移动，排土桥下面的轨道呈S形纵向向前推移，为排土桥反向前移做好准备，同时副排土桥、排土机整体也横向移动。按照这样的排土运输方式，排土桥在4 km长度采区范围内从一端行走至另一端，完成一个工作循环的排土。下一个横向移动循环时，排土桥在S形轨道上行走时同步完成纵向移动。每一个排土循环前，剥离区的岩石需远离排土桥预先分段爆破，避免爆破工作与排土相互干涉，保证排土设备始终处在安全区域。前装机、排土机及排土桥的有效配合使用可实现物料排放的连续性，缩减剥离物的排弃运距，避免因为高差或运输系统复杂而造成的重复绕行排弃[7]。排土桥运输工艺降低了卡车长距离的高额运输费用，提高了矿井的生产效率。

3 排土运输费用

通常露天煤矿吨运输成本随着运距的增加而增加，并接近直线关系[8]，具体数学模型如下：

式中：Q为汽车运输能力，t/台·a；xi为运输成本中单项费用，元/台·a；L为运输距离，km

假定某矿采掘线扩大到4 km后，总排土量保持800 000 m3/d，按照岩层厚度及土密度关系可得总排土量为1 766 000 t/d。

如果仍采用卡车运输工艺，则运输费用为：

式中：Ak为每天油费，元/d；Qk为卡车每天的运量，t/d（排土机一天的总运量为1 766 000 t/d）；φy为运输费用，2元/t·km。

按照平行等距推进的方式，日工作20 h，各采区配置的排土桥、副排土桥和排土机等设备的额定运输能力见表1。

表1 设备额定运行能力

综上运输能力，取整后选型排土桥排土能力为90 000 t/h，装机功率27 000 kW，按照运量和功率呈线性关系，可假定排土机、副桥的总功率为27 000 kW，得采用排土桥运输工艺时的运行耗能费用为：

式中：Ap为每天电费，元/d；N为排土机总功率，kW；D为日工作时间，20 h；φd为工业用电费用，1元/kW·h。

根据上述计算分析，在不考虑设备购置、备件消耗、道路养护、人工费用等情况下排土桥运输工艺运行成本约为卡车运输工艺成本的八分之一。

4 结论

露天煤矿运输系统是露天矿规划设计和生产过程中极其重要的部分，它与露天矿基建规模，投入费用，运行成本密切相关。通过本文的分析可知露天煤矿采掘线扩大，运输距离加长后，采用排土桥运输工艺可大大降低生产运输成本，避免卡车运输中的通道维护、油耗高、污染重等问题，同时也为现场管理带来便利。排土桥运输工艺是大型露天煤矿绿色环保开采的一种理想工艺。

［1］宋晓波.中国适宜露天开采的煤炭资源分布及其评价研究［J］.煤炭工程，2015（12）：124-126．

［2］王建国.我国现代化露天采煤技术的资源合理开发方向［J］.煤炭科学技术，2008（1）：4-7．

［3］贺昌斌.基于单斗-卡车工艺条件下的露天煤矿安全管理［J］.露天采矿技术，2015（4）：56-58．

［4］范军富.露天煤矿开拓运输系统优化研究［J］.露天采矿技术，2011（6）：34-36．

［5］骆银龙.浅谈露天采矿技术［J］.华章，2009（24）：172．

［6］闫建伟.排土机技术现状与发展趋势［J］.露天采矿技术，2014（1）：42-45．

［7］刘月亭.通过整体排土规划及搭桥节约运距［J］.露天采矿技术，2016（1）：52-55．

［8］周玉明.露天矿汽车运输合理运距的确定［J］.煤矿机械，2002（8）：85-86.

【责任编辑：张东旭】

Study on technology of dumping bridges in open-pit mine

WANG Yun
(China Coal Science and Technology Group Taiyuan Research Institute Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,China)

The article puts forward the existing problems of mining line expansion and transport distance lengthened,expounds the equipment,mining methods and related equipment transport capacity transport technology,explains the mining characteristics,and compares the operation cost with truck transportation technology.

dumping bridge;dumping machine;open-pit coal mine;running cost

TD824

B

1671－9816（2017）08－0026－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.08.007

王赟.露天矿用排土桥工艺的研究［J］.露天采矿技术，2017，32（8）：26-28.

2017-03-13

王赟（1979—），男，副研究员，2002年毕业于太原理工大学，现在中国煤炭科工集团太原研究院有限公司工作。