中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報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)運煤工藝的實際情況，歸納了毛煤卡車綜合運距和肢帶運距的計算公式，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用并進行了技術(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榆時，破碎站布設(shè)在4*煤底板上方60m時總費用最低，當(dāng)上部剝離采用連續(xù)運輸工藝時，破碎站布設(shè)在4*煤底板上總費用最低。

　　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年代開始使輸送機半連續(xù)開采工藝在世界上已應(yīng)用近半個世用半連續(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”項目（50221402）1國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項目（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)性強和連續(xù)工藝效率篼等優(yōu)點，技術(shù)上采裝靈活、配煤方便、管理簡單，經(jīng)濟上縮短卡車運距、降低了生產(chǎn)運輸成本、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)運煤重心，造成卡車運距不能明顯減小、膠帶運輸?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，大多憑經(jīng)驗布設(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輸，造成溝道上部單環(huán)運輸、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輸距離、間斷工藝當(dāng)量工作線長度的計算方法，通過對破碎站及運煤膠帶系統(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輸通道所增加的運輸費用、溝道對內(nèi)排土場容量的影響等的定量研究和綜合分析，提出了總費用最小原則下深露天礦運煤半連續(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，將運煤卡車和膠帶運距及費用分別計算，進行單項技術(shù)要素獨立分析；然后，將運煤溝道造成破碎站所在水平以上部分臺階單環(huán)運輸增加費用進行計算；最后，根據(jù)上部土巖剝離運輸工藝的不同，將涉及到的各部分費用相加，按照總費用最低原則，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行綜合優(yōu)化。

　　基礎(chǔ)計算公式卡車運距計算如圖la所示，破碎站位于露天礦端幫，卡車由采場干道運輸，可采煤層為n層，第i煤層到破碎站卸載點的運距為制坡度，一般取8%10%；Cq為道路展線系數(shù)；坑內(nèi)水平附加運距，m；DCRS端幫運輸距離，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.卡車運距計算膠帶運距計算膠帶運距按幾何坐標(biāo)和運輸坡度相結(jié)合計算。D，=坐標(biāo)差，為膠帶坑內(nèi)附加運距，m.運煤膠帶明溝對內(nèi)排容積的影響運煤明塹溝內(nèi)除布設(shè)膠帶輸送機外，還要留出安全土擋、運輸?shù)?、檢修道和安全距離，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，年缺少內(nèi)排容積散系數(shù)；y為毛煤容重，t/m3. 2.4運煤膠帶明溝對上部土巖卡車離運輸?shù)挠绊懹蓤Dlb所示，在剝離采用單斗卡車工藝時，破碎站所在水平以下臺階（①區(qū)）仍可以雙環(huán)運輸，以上臺階（②區(qū)）受到運煤明溝的限制，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)端幫運輸，另一部分靠近破碎站的臺階也可以采用修筑臨時通道，卡車經(jīng)過膠帶溝底爬坡的方式運輸。

　　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)爬坡運輸增加距離與正常雙環(huán)運輸工作線長度相加所得長度，從而簡化了計算。

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

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

　　布設(shè)標(biāo)篼位置正常運費/萬元留溝運費/萬元差值/萬元單位運費/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煤底板時達(dá)到13.2m. 4.4總費用及位置優(yōu)選1）若4煤以上土巖剝離仍然采用卡車運輸排土?xí)r，破碎站標(biāo)篼水平的選擇就要考慮運煤費用和留溝產(chǎn)生的剝離費用的增加值。表5是破碎站布設(shè)在不同標(biāo)篼水平時的總費用表。

　　此工藝下，破碎站布設(shè)在4*煤底板上方60m時總費用最低，這主要是由于卡車運輸單價遠(yuǎn)大于膠帶，由留溝產(chǎn)生的單環(huán)運輸所增加費用就很篼，同時從技術(shù)發(fā)展來看，卡車運輸費用高、缺點多，膠帶運輸已經(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)離水平總費用布設(shè)位置總費用/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)運輸排土巖時，總費用即為運煤費用和很少的溝道增加費用，此時應(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距、膠帶運距的計算公式，特別是提出了間斷工藝下當(dāng)童工作線長度的計算方法；結(jié)合安太堡礦運煤系統(tǒng)的實際情況，分別計算了卡車、膠帶運煤費用和造成內(nèi)排單環(huán)運輸增加費用，根據(jù)上部巖石剝離工藝不同，將涉及到的相應(yīng)費用相加得出方案總費用，按照總費用最小原則，安太堡露天礦當(dāng)上部剝離采用卡車運輸時，破碎站布設(shè)在4煤底板上方60m時總費用最低；當(dāng)上部剝離采用連續(xù)運輸工藝時，破碎站布設(shè)在4煤底板上總費用最低；建立總費用最小的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將總費用層層分解，對單項指標(biāo)分別計算，最后進行經(jīng)濟技術(shù)綜合分析的優(yōu)化方法對于采用端幫破碎站、膠帶運輸機壓幫塹溝式布置的露天礦具有指導(dǎo)意義。