扎哈淖尔露天煤矿采场南帮运输系统改造方案

2020-05-19滕文伟马婧佳

露天采矿技术 2020年2期

滕文伟，马婧佳

（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁沈阳 110015）

露天矿运输系统作为联系露天矿山各生产环节的“动脉”，在整个露天矿生产作业中起着至关重要的作用。而且运输成本是露天矿各个生产环节中所占比重最多的一项支出。随着露天矿开采的不断深入，工作面的转向及内排土场的形成，都要求对露天矿运输系统进行重新优化，这对降低事故风险、确保运输安全、节约运输成本都具有重要意义。

1 扎哈淖尔露天煤矿简介

扎鲁特旗扎哈淖尔煤业有限公司扎哈淖尔露天矿属于霍林河煤田二号露天采区，距霍林河煤业集团有限责任公司所在地霍林郭勒市15 km。煤田整体呈东西走向，东西长13.27 km，南北宽1.15～3.58 km，矿区面积31.36 km2，该矿区位于内蒙古自治区通辽市西北端，在霍林郭勒市和扎鲁特旗境内。

扎矿自动化程度较高。上部松散土层采用轮斗－胶带连续工艺；浅部岩石剥离生产采用单斗－卡车间断工艺；深部剥离生产采用单斗－卡车－半移动破碎站－带式输送机－排土机半连续工艺；煤炭生产采用单斗挖掘机－卡车－半移动破碎站－带式输送机半连续工艺。

2 运输系统改造的必要性

目前，采场南侧只是在地表有1 条卡车运输通路，由采掘工作面将剥离运送到外排土场，根据扎矿未来发展方向，预计2020 年实现全部内排，物料流向方式为由原来的外排土场改为沿南帮运输系统排弃至西部内排土场。

此时，剥离物通过地表运输线路运送到内排土场显然不合理。根据规划期内剥离任务量划分情况，扎矿每年的剥离量约1.2 亿m3，其中约5 000 万m3的剥离量需要通过南帮运输系统去往内排土场，故有必要在南帮建立剥离运输系统，将采掘工作面的剥离运送至采掘场西部内排土场。

3 改造原则

露天矿除了考虑运输系统的经济效益之外，还应考虑运输系统中存在各种各样的安全隐患，其中包括倾翻事故、车辆碰撞等。目前卡车运输系统的露天矿中，矿用卡车体积都比较庞大，基本在30 t 以上，而且车身也比较高。卡车驾驶员在驾驶室里盲区比较大，驾驶员的视线受到较大干扰，非常容易出现事故。并且，随着工作线的推进以及采区深度的加大，卡车运输系统会变得越来越复杂，对于卡车司机的要求越来越高，非常容易造成卡车的相撞事故。

根据未来几年采场内自有设备、外委标段作业位置划分，采场北帮运输系统主要服务于自有设备，采场南帮运输系统主要服务于外委单位运输设备。外委剥离单位投入的运输设备主要为荷载能力70 t以下的自卸车，车宽3.3～3.4 m 左右。为了安全起见，计划建立的运输系统需遵循以下几点原则[1-2]：①设计道路宽度不低于30 m；②设计道路坡度不大于8%，连续坡长不超过300 m；③设计道路缓坡距离不低于50 m，坡度不大于3%；④设计道路外侧设置安全土挡，土挡高度不低于轮胎直径的2/5～3/5；⑤运输系统的位置要选择在端帮位置。

4 设计方案

1）卡车数量计算。根据规划期内剥离任务量划分情况，扎矿每年的剥离量约1.2 亿m3，其中约为5 000 万m3的剥离量通过南帮运输系统去往内排土场。按自卸车平均运行速度25 km/h，停车视距50 m，年作业时间3300 h，需要建立几条运输线路的参数如下：①年运量：5 000×104m3；②运距：5 km；③单斗挖掘机斗容：4 m3；④每勺循环时间：35 s；⑤物料实方密度：2.2 t/m3；⑥卡车载重：70 t；⑦2：1 堆装体积：45.5 m3；⑧卡车年有效工作时间：3 300 h；⑨挖掘机单勺装载质量：6.09 t；⑩计算每车装载勺数取值：11.49；⑪设计每车装载取值：11；⑫实际每车装载勺数取值：11 勺；⑬实际每车装载质量：67.02 t；⑭装车时间：6.42 min；⑮运行速度：25 km/h；⑯往返运行时间：24 min；⑰循环时间：33.92 min；⑱台年运行次数：5 838；⑲台年运输能力：17.8×104m3/a；⑳卡车台数设计取值：282。

2）需要卡车小时通过能力N 计算。最终可得N＝318 辆/h。

式中：N 为需要卡车的通过能力，辆/h；Q 为年通过运量，取5 000×104m3；H 为1 年的工作天数，取330 d；G 为1 台卡车的载重量，取70 t；K1为时间利用系数，取0.75；K2为载重利用系数，取0.95；KS为卡车运输不均衡系数，取1.15。

3）单条剥离干线通过能力。经过计算，每条剥离干线运输能力为N＝250 辆/h。故南帮需要建立2 条剥离干线。每1 条运输线路的运输能力是有限的，小时通过能力NL的计算方法：

式中：NL为每条干线的运输能力，辆/h；V 为卡车行驶速度，取25 km/h；n 是行车线路数量，取1条；S 为车间距，取50 m；KH为不均衡系数，取0.5。

4）剥离干线标高的选取。端帮2 条卡车运输线路标高的选取，影响到卡车运输成本，须将卡车运输线路的标高选取在剥离的最中心，将整体剥离一分为二，在896 m 水平分界，上半部分挖方体积为2 326.82 万m3，下半部分挖方体积2 739.79 万m3，上半部分占总量的46%，下半部分占总量的54%。然后2 条运输通道分别选取上半部分和下半部分的剥离中心位置，南帮2 条运输通路的标高分别为924 m 水平和860 m 水平。

5 运输系统的其他问题

5.1 卡车运输安全问题

导致露天矿卡车运输事故其实是由于多方面原因引起的，这其中包括人、机、环、管、物5 个方面相互作用而产生的后果。人员因素中，驾驶员的原因为主要原因，而指挥人员以及装卸人员为辅助原因。机器设备的原因中，机械故障也是导致事故发生的重要原因。环境因素中，包括自然环境，也包括社会环境，也会影响着整个运输系统的正常运转。管理因素中，是对整体人、机、物的整体协调管理，在运输系统中也起着至关重要的作用。物质子系统是指所运输物质自身所具有的物理化学特性，其本身具有的不安全状态在人类感知上就存在着风险，是导致严重事故的重要因素[3-5]。

影响露天矿运输系统安全的5 个因素相互联系。其中每个因素都不是单独存在的，每2 个或2 个以上的因素都能组成1 个新的动态系统。因此可以通过提升管理质量，消除5 个潜在的不安全因素，使露天矿的运输系统更加安全、优化、高效。

在露天矿的卡车运输系统中，为了避免事故的发生，提出以下措施：①采用先进的防撞预警系统，防止车辆碰撞的事故发生；②对卡车司机进行安全教育培训；③加强卡车运输系统的道路维护，在交叉口设立警示牌；④需要加强现场指挥人员的监管力度，对于车辆的运行进行有效控制。

5.2 道路对卡车的影响

矿山道路有多种不利于卡车运行的情况，如道由于洒水跟不上，导致路灰尘太大而影响视线、由于路面凹凸不平及转弯半径太小而影响车速、由于雪天路滑而影响卡车安全等[6]。另外，卡车由于速度不均匀，导致卡车落下石料，而卡车落下的石料如果得不到及时清理，会对卡车轮胎造成极大的磨损。因此，要加强道路维护力度，确保卡车高效运行。

5.3 涵洞方案

由于新建的南端帮卡车运输系统与南帮的带式输送机系统有交叉。为了解决运输系统交叉问题，提出2 个解决方案[7-9]。

1）方案1：在交叉位置采用1～5 m 波纹钢拱桥。波纹钢拱桥是用钢板组拼起来的，按通道截面形状分为圆形、拱形等，钢板材质采用Q235 或者Q325热轧钢板，波纹钢拱桥是近年来发展起来的一种可以替代箱涵、圆管涵和小桥的优质建材，在全国各地有许多应用。优点：①波纹刚拱桥同时具有刚性和柔性，结构受力合理，具有一定的抗变形能力；②采用工厂规模化生产，生产周期短，效率高。现场安装速度快，施工周期短。缺点：较常规钢筋混凝土桥造价高些，大约高出1.2 倍左右。

2）方案2：在交叉位置采用采用1～5 m 钢筋混凝土地道桥。优点：①属于常规钢筋混凝土地道桥，结构受力合理，结构稳定；②可承受较大荷载，造价相对低廉。缺点：①施工周期长，需要中断带式输送机运行（大约在20 d），为了减少带式输送机中断时间，需要把带式输送机支护起来；②本桥带式输送机纵坡较大，地道桥及基础采取分段做成阶梯型，每段地道桥划分长度3 m，需要对每阶段地道桥进行支护，加大了施工难度；③不可再利用。方案比较见表1。通过表1 分析，方案1 总造价低，所以选方案1 波纹钢拱桥。