天池能源南露天煤矿原煤带式输送机布置优化

2023-12-25宋健

露天采矿技术 2023年6期

宋健

（新疆天池能源有限责任公司，新疆昌吉 831100）

带式输送机凭借运送能力大、运输距离长、适用性强、工作平稳、动力消耗低、使用维护方便等优点，在现代化高产高效矿山中得到广泛应用[1]。带式输送机优势在于连续运输、自动化程度高、运营费用低和环保等，随着技术的发展，应用越来越广，长距离、大运量是重要的发展方向[2-3]。缺点是受地形、工艺布置和线路布置等诸多因素的影响，经常会出现线路的起伏跌宕，给此类带式输送机的设计带来了诸多挑战[4]。

以新疆天池能源有限责任公司南露天煤矿为背景，在综合考虑露天矿原生产系统的基础上，通过构建原煤带式输送机位置优化模型，提出多带式输送机交叉条件下的南露天矿112 带式输送机布置方案，并以带式输送机布设工程费用最低为原则，从经济角度进行方案对比分析，确定南露天矿112 带式输送机布置方案，采用填方加桁架联合架设方式对该方案进一步优化，确定新疆天池能源有限责任公司南露天煤矿最优原煤112 带式输送机布置方案。

1 南露天煤矿原煤运输系统工程

新疆天池能源南露天煤矿实际生产能力已达30 Mt/a，为世界级超大型露天矿。为了满足生产能力要求，南露天煤矿先后建设了3 套采煤破碎站半连续工艺系统和相应的原煤生产系统，3 台原煤破碎站布置于北帮煤层底板上，服务于15 个采煤台阶[5]。南露天矿现有带式输送机运输系统主要由3 部分组成，对应南露天矿采场北帮上建立的3 个原煤破碎站。

1）1＃原煤破碎站布置在440 m 水平，对应的111 带式输送机起点位于430 m 水平，终点位于西侧的地表580 m 水平，倾斜布置。

2）2＃原煤破碎站布置在475 m 水平，对应的121 带式输送机起点位于465 m 水平，终点位于现北帮中侧的550 m 水平，完成物料的提升任务。121带式输送机机头下方与122 带式输送机的机尾部分搭接，由122 带式输送机完成物料向西侧运输的任务，122 机头的高程为565 m 水平，机尾为550 m 水平。122 带式输送机在机头处于123 带式输送机搭接，由123 带式输送机完成物料向采场外部运输的提升任务。

3）3＃原煤破碎站位于558 m 水平，对应的131带式输送机起点位于550 m 水平，终点同样位于550 m 水平，与132 带式输送机在北帮中侧的550 m水平搭接完成物料的转运，后续的132、133 带式输送机布置方式与122、123 带式输送机的布置方式相同。2020 年带式输送机的坑内布置情况如图1。

图1 2020 年带式输送机的坑内布置情况

2 问题分析

由于111 带式输送机倾斜布置，未来必将与排土工作线的推进产生矛盾，121 带式输送机在未来移设时，可以考虑进行伪斜布置，尽量在不影响排土工作的前提下缩短运输距离。122、123、132、133 带式输送机在后期不需要变更位置，131 带式输送机在3＃原煤破碎站向东移设时需要周期性的搭接新的131－1、131－2 等水平运输带式输送机。

带式输送机移设时，为了节省移设时间，要采用“一用一备”，即在需要位置直接重新布置带式输送机，破碎站移设后，再拆除原有带式输送机作为备用。时间与位置合适时，不同破碎站的带式输送机也可以作为相互备用。①解决移设期间的产量问题，要增加从2 号带式输送机到1 号带式输送机的分流，让1 号破碎站移设时，带式输送机也能运煤，对应的地面系统也能正常出煤；②解决设备集中位置的空间紧张问题。目前，北帮中侧550 m 水平位置已有121 带式输送机机头、122 带式输送机机尾、131 带式输送机机头、132 带式输送机机尾、2 号选煤厂分流设备，再考虑到1＃原煤破碎站移设后的带式输送机也有可能与这一点有交汇，因此在空间有限的情况下需要处理好设备之间的空间问题。

3 112 带式输送机位置确定

受121 带式输送机与地形以及检修道路影响，新建设的112 带式输送机在122 带式输送机南侧倾斜布置，最近处为122 带式输送机的机头位置，距离10 m。位于北帮用排土物料新垫出的基道上。根据地形情况，初步将基道水平定为550 m，在121 带式输送机上寻找550 m 水平能直接跨过的位置，作为定线依据，121 带式输送机基道高度为547 m 水平，带式输送机顶部高度为548.5 m 水平，2 个带式输送机之间有1.5 m 的高差，可以满足空间要求。跨121带式输送机位置与122 带式输送机的距离为63 m。确定出带式输送机长度，做出原始地形剖面。

带式输送机机道的机尾处为550 m 水平，从东向西逐渐爬升，机头处到达564 m 水平，搭接在原111带式输送机上，破碎站移设后，将原111 带式输送机截短。排土台阶的坡顶与112 带式输送机的距离7 m，坡面角45°。

3.1 基道布设方案

112 带式输送机在布设期间还需注意留出原本为122 和132 带式输送机服务的检修道路，100 t 卡车吊宽为2.55 m，高为3.75 m，根据露天矿设计规范，双车道宽度取8 m，通道高度取5 m，现有通道与112 带式输送机的交叉处高度约为543 m 水平，只需要对现有的检修道路进行改造就能满足要求，卡车吊钻过112 带式输送机之后，沿112 带式输送机爬升到550 m 水平或者553 m 水平，与112 带式输送机距离为10 m，与122 带式输送机距离37 m，满足为带式输送机提供检修服务的空间要求。根据现有情况，提出3 种基道方案。三种基道布设方案如图2。

图2 三种基道布设方案

1）方案1：沿550 m 水平布置。基道的东侧都为550 m 水平，随定线的剖面情况逐渐爬升，填方量18.18 万m3，挖方量2.45 万m3。优点是填方量少，缺点是挖方量大，而且检修车上到550 m 水平后，为122 带式输送机检修时，还要再爬1 个3 m 的小台阶。

2）方案2：沿553 m 水平布置。鉴于方案1 挖方量大，所以将基道的东侧设为553 m 水平，以553 m为基础，随定线的剖面情况逐渐爬升，这种方案下，填方量为21.82 万m3，挖方量1.33 万m3。相比于方案1 增加了填方量，挖方量也有所下降。

3）方案3：逐渐过渡方案。方案2 虽然减少了挖方量，但挖方仍然存在，通过观察，得知挖方在于定线处的原始地形高度与122 带式输送机处的地形高度并不一致，所以按照随剖面的地形确定基道，就会出现挖方。方案3 将定线依据改为122 带式输送机的基道高度，填方量为22.4 万m3，挖方量接近于0，而且112 与122 带式输送机之间的空间较平整，有利于检修车作业。

3.2 方案对比

按矿山现场实际调研数据，填方0.5 元/m3，挖方5 元/m3进行经济分析计算。112 带式输送机不同方案的成本对比分析见表1。

表1 112 带式输送机不同方案的成本对比分析

经对比分析，可知方案3 为优选方案，方案3 的带式输送机角度最大处为3.4°，112 带式输送机跨122 带式输送机时的高差为4 m，可满足要求。

4 方案优化及所需工程量

4.1 方案优化

为了减少填方量和架设跨过112 带式输送机的卡车桥，在方案3 的基础上继续改进，提出优化方案。

1）优化方案A：采用填方加桁架联合架设方式。考虑到挖方和填方的价格在实际上，可能并没有前面计算中那么悬殊，所以可以适当增加挖方量来降低填方量，在方案3 的基础上，把带式输送机的机道位置降低3 m，与上部之间形成1 个3 m 的台阶，中部空间允许的部分，台阶坡面角度取8%，可以让检修车辆行走，西侧台阶的坡面角度逐渐增大，靠近机头处逐渐消除高差。通过保留这个台阶坡面，可以减少填方量，并且增加的挖方量不多。另一方面，在架设从550 m 水平到排土帮，过112 带式输送机的卡车桥时，可以利用高差，直接平过然后下坡，而不是先上坡再下坡，可以节约空间和卡车桥费用，该方案填方量12.04 万m3，挖方量1.84 万m3。

2）优化方案B：采用填方加桁架联合架设方式。由于112 带式输送机东西两侧的地形和带式输送机布置情况不同，所以不考虑在东侧布置卡车桥的方案，也不采取降低3 m 留台阶坡面的方案，机道的最低水平保持在550 更方便一些，在优化方案A 的基础上形成优化方案B。该方案填方量12.04 万m3，挖方量1.84 万m3，如果用水泥墩或钢架架设，大约需要18～20 根。

4.2 550 m 水平建设112 带式输送机所需工程量

在112 带式输送机布置过程中，需对550 m 水平进行扩宽，以布置跨越121 带式输送机的122 带式输送机与111 带式输送机的机头。其中121 带式输送机西侧的机道用于架设112 带式输送机的机头与主体部分，及未来为550 排土通道服务、跨112 带式输送机的卡车桥。该水平的边缘距离为7 m，长度为720 m。在3DMine 中对工程量进行计算，得到西侧机道填方量为8.03 万m3，挖方量为1.93 万m3。

121 带式输送机东侧的550 m 水平用于架设111 带式输送机的机头与112 带式输送机的机尾，该水平的边缘距离16 m，长183 m，最大高差15 m，通过在3DMine 中对工程量进行计算得到121 带式输送机东侧550 水平建设式填方量为5.25 万m3。由模型计算得，550 m 水平的扩宽共需填方13.28 万m3，挖方1.93 万m3。