準(zhǔn)東露天煤礦煤層開采單齒斗鉤預(yù)破碎工藝研究

劉忠紅，高金龍，王登龍

（神華新疆吉木薩爾能源有限責(zé)任公司，新疆昌吉831100）

采礦工程

準(zhǔn)東露天煤礦煤層開采單齒斗鉤預(yù)破碎工藝研究

劉忠紅，高金龍，王登龍

（神華新疆吉木薩爾能源有限責(zé)任公司，新疆昌吉831100）

以準(zhǔn)東露天煤礦采煤為例，通過采取“單齒斗鉤”預(yù)破碎，配合挖掘機作業(yè)的方式，并對該工藝工作線長度，作業(yè)效率，塊度，挖掘深度等進行研究，提出降低露天煤礦生產(chǎn)成本，提高安全生產(chǎn)系數(shù)的開采工藝方案。

煤層開采；單齒斗鉤；松動破碎；生產(chǎn)成本；安全系數(shù)

準(zhǔn)東露天煤礦地處新疆地區(qū)，由于地區(qū)管控，對火工品的管控十分嚴(yán)格，火工品的生產(chǎn)及購買受到局限，導(dǎo)致爆破成本高于其它地區(qū)，松動爆破費用約占生產(chǎn)成本的13%；且露天礦松動爆破為特殊高風(fēng)險作業(yè)，火工品的使用經(jīng)常接到當(dāng)?shù)毓膊块T禁運、禁用的通知，受火工品管控的影響原煤生產(chǎn)不連續(xù)，導(dǎo)致原煤產(chǎn)量不能滿足市場需求。為降低生產(chǎn)成本，減少爆破管控對原煤生產(chǎn)的影響，提高煤礦生產(chǎn)安全系數(shù)，急需采取行之有效的解決措施。

1 概況

1.1 地理位置

準(zhǔn)東露天煤礦由神華新疆能源有限責(zé)任公司投資開發(fā)，礦區(qū)位于吉木薩爾縣；距烏魯木齊218 km，阿勒泰市400 km；距富蘊縣城228 km,行政區(qū)劃隸屬吉木薩爾縣三臺鎮(zhèn)。

1.2 氣候條件

露天礦屬大陸干旱荒漠氣候，年溫差和晝夜溫差變化很大，5—8月為夏季，高溫炎熱，白天氣溫常在40℃以上，絕對最高氣溫41.2℃。11月—次年2月為冬季，氣候嚴(yán)寒，絕對最低氣溫-49.8℃（1969年1月26日）。年平均降水量106 mm，年蒸發(fā)量1 202～2 382 mm，5—8月偶有雷陣雨，冬季積雪稀少。區(qū)內(nèi)常年多風(fēng)，風(fēng)力4～5級，經(jīng)常有7～8級大風(fēng)，最大可達10級，多以西北風(fēng)為主。冰凍期5.5個月，最大凍土深度1.3 m。

1.3 煤層賦存條件

露天礦位于區(qū)域性褶曲構(gòu)造—帳篷溝背斜的西翼，露天礦內(nèi)的侏羅系地層呈向西北向傾的單斜構(gòu)造，地層產(chǎn)狀：傾向270°～295°，傾角4°～31°，一般8°～20°，露頭段11°～31°，表現(xiàn)為淺部陡、深部緩，平均可采總厚65.83 m。其厚度標(biāo)準(zhǔn)差6.14 m，變異系數(shù)為8.73%，頂板以泥巖、中細砂巖為主、次為粗砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。底板主要以泥巖為主，次為中細砂巖、粉砂巖。普遍含有夾矸1～3層，偶含有9層，厚度0.14～1.03 m，以炭質(zhì)泥巖、泥巖為主、次為高炭泥巖、粉砂巖、中細砂巖。

1.4 煤層開采工藝

原煤開采方式采用頂板露煤、底板降深的方式。采煤臺階水平劃分，工作面走向布置，傾向推進。開采工藝為松動爆破-單斗-卡車-坑下破碎站-輸煤斜巷半連續(xù)工藝，采裝主要設(shè)備為5.6 m3CAT390D液壓反鏟挖掘機配合60 t自卸卡車采裝作業(yè)。

2 單齒斗鉤預(yù)松動破碎應(yīng)用現(xiàn)狀

自2015年單齒斗鉤在煤層開采預(yù)松動破碎以來，經(jīng)過現(xiàn)場的實踐，不斷細化預(yù)破碎工藝流程，調(diào)整設(shè)備參數(shù)，優(yōu)化工作面參數(shù)，使單齒斗鉤預(yù)破碎工藝在準(zhǔn)東露天煤礦逐步代替了松動爆破工藝，由開始的輔助工藝逐步變?yōu)榱酥饕に嚕?015年原煤產(chǎn)量530萬t，其中單齒斗鉤預(yù)破碎量為80萬t，占全年產(chǎn)量的15%；2016年原煤產(chǎn)量750萬t，其中單齒斗鉤預(yù)破碎量為496萬t，占全年產(chǎn)量的66%，從以上數(shù)據(jù)可知單齒斗鉤預(yù)破碎工藝已成為準(zhǔn)東礦煤層開采的主要工藝，2016年下半年原煤開采全部采用單齒斗鉤預(yù)破碎工藝，目前該工藝月生產(chǎn)能力可達60萬t。

3 煤層開采單齒斗鉤預(yù)破碎工藝方案

準(zhǔn)東礦煤層屬于較軟-中等堅硬的巖石類，堅固性系數(shù)1～3。采煤設(shè)備為斗容5.6 m3CAT390D液壓挖掘機，斗容大、動力強，根據(jù)其特點，最初采用挖掘機直接硬挖的方式代替爆破工藝進行原煤開采，解決火工品禁用期間原煤生產(chǎn)接續(xù)問題。但是直接硬挖的工藝存在采裝效率低，裝車時間長及設(shè)備故障率高等問題，由于采裝效率低，設(shè)備直接硬挖只能緩解生產(chǎn)接續(xù)壓力，并不能完全解決火工品禁用對原煤生產(chǎn)接續(xù)的影響。為提高硬挖作業(yè)設(shè)備效率，將CAT390D液壓挖掘機斗齒更換成型號CAT3980dl裂土器，組成的設(shè)備簡稱“單齒斗鉤”。先用“單齒斗鉤”預(yù)破碎，將采煤工作面進行松動破碎，再用挖掘機采裝，達到提高采裝設(shè)備的效率的目的。

3.1 單齒斗鉤設(shè)備技術(shù)參數(shù)

設(shè)備型號CAT3980dl裂土器，該設(shè)備為CAT390D液壓反鏟挖掘機的配套延伸設(shè)備，與CAT390D液壓挖掘機進行匹配使用，組成的設(shè)備簡稱“單齒斗鉤”。

3.1.1 CAT3980dl裂土器主要技術(shù)參數(shù)

長度2 500 mm，寬度1 200 mm，最大裂土深度2 500 mm。

3.1.2 CAT390D液壓挖掘機主要技術(shù)參數(shù)

CAT390D液壓挖掘機技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 CAT390D液壓挖掘機技術(shù)參數(shù)

3.1.3 “單齒斗鉤”松動破碎效率

CAT3980dl單齒斗鉤硬挖破碎寬度為15 m，破碎深度為1.8～2.0 m，破碎能力為800～1 000 t/h。

3.2 單齒斗鉤預(yù)松動作業(yè)流程

預(yù)先用單齒斗鉤對采煤工作面進行松動破碎，再用挖掘機采裝，提高挖掘機的裝車效率。采煤臺階高度為8 m，由于單齒斗鉤下挖深度為2 m，則原煤開采采用分層開采方式，每次硬挖寬度為15 m，4次采裝完畢。

3.2.1 “單齒斗鉤”松動破碎寬度

根據(jù)“單齒斗鉤”的挖掘半徑及挖掘1次機裝車工作面寬度計算，“單齒斗鉤”松動破碎寬度，確定松動破碎工作面寬度為15 m。

3.2.2 單臺單齒斗鉤工作線長度

以1臺挖掘機采裝1個作業(yè)面，單齒斗鉤硬挖破碎煤量滿足其1 d的能力計算，則單臺挖掘機工作線長度：

式中：L為工作線長度，m；V為液壓挖掘機1 d的工作能力，t；ρ為原煤密度，t/m3，取1.29；B為采掘帶寬度，m；H為臺階高度，m；則單臺挖掘機工作線長度為150～200 m。

3.2.3 “單齒斗鉤”與挖掘機配比關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，CAT390D液壓挖掘機硬挖平均裝車時間為8～10 min，生產(chǎn)能力約為200～250 t/h，月生產(chǎn)能力為10～12萬t；CAT390D液壓挖掘機采裝能力約為400 t/h，1臺“單齒斗鉤”松動破碎能力可滿足2～3臺液壓挖掘機采裝作業(yè)需求。

4 工藝對比分析

4.1 爆破工藝大塊率

爆破工藝煤層采用深孔松動爆破，起爆網(wǎng)絡(luò)為毫秒延期微差爆破網(wǎng)絡(luò)爆破。起爆方式為逐孔起爆，孔徑138 mm，孔排距為9 m×5 m。因爆破機理，產(chǎn)生的大塊主要存在于爆破的臨空面，而非臨空面多為小塊煤，通過調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)，爆破工藝原煤大塊率最高約40%。爆破工藝大塊區(qū)域示意圖如圖1所示。

圖1 爆破工藝大塊區(qū)域示意圖

4.2 “單齒斗鉤”預(yù)松動破碎工藝大塊率

“單齒斗鉤”松動破碎工藝破碎深度為1.8～2.0 m，每次硬挖寬度為10 m，采煤臺階高度為8 m，采用分層開采方式，4次采裝完畢。硬挖工藝每一層均有大塊煤，原煤大塊率達到55%。

提高大塊率的目的主要是提高收益，由于該地區(qū)沫煤平均價格在70元/t左右，塊煤單價為90元/t，根據(jù)2種工藝的對比，“單齒斗鉤”松動破碎工藝比爆破工藝的大塊率提高了15%，在煤炭大塊銷售旺季時通過提高原煤大塊率可增加收益。

5 工藝成本對比分析

5.1 爆破工藝成本

準(zhǔn)東礦原煤開采方式為先進行松動爆破、再采裝，爆破方式為逐孔毫秒微差松動爆破，鉆孔設(shè)備為CM351鉆機，孔徑115 mm，孔網(wǎng)參數(shù)9 m×5 m，炸藥為混裝銨油炸藥，單耗為0.2 kg/m3，2016年原煤爆破228.6萬t，爆破費用為621.8萬元，則噸煤成本為2.72元，成本構(gòu)成見表2。

5.2 挖掘機直接硬挖工藝

通過挖掘機直接硬挖破碎裝車，破碎原煤12.5萬t，費用為32.5萬元，則噸煤成本為2.52元（單臺設(shè)備時間段統(tǒng)計計算），成本分析見表3.

5.3 單齒斗鉤松動破碎工藝

先用“單齒斗鉤”硬挖，將采煤工作面進行松動破碎，再用挖掘機采裝。2016年采用“單齒斗鉤”破碎原煤共496萬t，費用共為1 152.1萬元，則噸煤成本為2.32元，成本分析見表4。

表2 爆破工藝噸煤成本

表3 “單齒斗鉤”預(yù)松動破碎噸煤成本分析

表4 單齒斗鉤硬挖噸煤成本分析

由上表成本、效率分析可知，相對爆破工藝直接硬挖工藝挖掘效率相比爆破工藝較低，但直接硬挖生產(chǎn)成本較低；采用“單齒斗鉤”松動破碎配合挖掘機采裝工藝，相對直接硬挖工藝效率高，相比爆破工藝生產(chǎn)成本低、安全系數(shù)高?！皢锡X斗鉤”松動破碎工藝比爆破工藝，在生產(chǎn)成本上每噸降低約0.4元。

6 結(jié)語

通過對“單齒斗鉤”松動破碎工藝的研究和現(xiàn)場實踐，“單齒斗鉤”松動破碎煤層工藝在準(zhǔn)東露天煤礦已經(jīng)應(yīng)用了1年，經(jīng)過多次反復(fù)實踐、不斷優(yōu)化，改進“單齒斗鉤”松動破碎作業(yè)方式，最終探索出適合特殊環(huán)境和社會背景，適用于準(zhǔn)東露天煤礦的高效、低成本、高安全系數(shù)的“單齒斗鉤”松動破碎方案，現(xiàn)在“單齒斗鉤”松動破碎采煤工藝，已經(jīng)成為準(zhǔn)東露天煤礦原煤開采主要工藝，取得了顯著成效，解決了很多困難：

1）解決了新疆地區(qū)，火工品頻繁禁用期間對煤礦原煤生產(chǎn)接續(xù)的影響。

2）露天礦松動爆破為特殊高風(fēng)險作業(yè)，減少了爆破次數(shù)，提高煤礦安全生產(chǎn)系數(shù)。

3）極大的降低了生產(chǎn)成本，相比爆破工藝，降低成本0.51元/m3。

4）提高了原煤大塊率，爆破工藝原煤大塊率40%，“單齒斗鉤”松動破碎工藝大塊率55%。

5）降低了采煤工作面防滅火壓力，爆破工藝爆破后排孔對采煤臺階掌子面造成破壞，采煤煤臺階坡面容易形成裂縫，采煤臺階長時間放置空氣進入裂縫容易引起自燃。而采用“單齒斗鉤”松動破碎工藝，采煤煤臺階坡面不會受到破壞，大大減少了煤層自燃的發(fā)火點。

受作業(yè)方式的限制，需要充足的工作面提前“單齒斗鉤”松動破碎，對采煤工線要求相對高一些，“單齒斗鉤”硬挖工藝適用于爆破受限區(qū)域、生產(chǎn)規(guī)模小或采煤工作面充足的煤礦，生產(chǎn)規(guī)模大的礦山可采用爆破和硬挖相結(jié)合的方式進行生產(chǎn)，達到降本增效，提高安全生產(chǎn)系數(shù)的目的。

［1］神華新疆能源有限責(zé)任公司準(zhǔn)東露天煤礦可行性研究報告［R］.呼和浩特：內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限公司，2009.

［2］神華新疆能源有限責(zé)任公司準(zhǔn)東露天煤礦初步設(shè)計［R］.呼和浩特：內(nèi)蒙古煤礦設(shè)計研究院有限公司，2009.

［3］新疆準(zhǔn)東煤田吉木薩爾縣五彩灣露天煤礦首采區(qū)勘探報告［R］.烏魯木齊：新疆地礦局第九地質(zhì)大隊，2010.

［4］王士俊.劈開（裂土器）施工法［J］.水利電力施工機械，1982（10）：29-35.

［5］彭增權(quán).單柱裂土器推土機在露天采礦中的應(yīng)用［J］.化工礦山技術(shù)，1990（1）：11-14.

［6］尚小龍.超級替代者CAT挖掘機裂土器及其綜合解決方案［J］.工程機械與維修，2009（1）：119-121.

［7］梁霄.裂土器：為提升工作效率而生［J］.今日工程機械，2013（1）：62-63.

【責(zé)任編輯：陳毓】

Study on pre-splitting process of single tooth bucket hook for coal seam mining in Zhundong Open-pit Mine

LIU Zhonghong,GAO Jinlong,WANG Denglong
(Shenhua Xinjiang Jimusa'er Energy Co.,Ltd.,Changji 831100,China)

Taking Zhundong Open-pit Mine for example,by taking the"single tooth bucket hook"pre broken,with the excavator operation,the article researches the working length,working efficiency,block,digging depth,presents the mining technology scheme to reduce the production cost in open-pit coal mine and improve the safety production coefficient.

coal seam mining;single tooth bucket hook;loose crushing;production cost;safety factor

TD824

B

1671-9816（2017）05-0001-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.001

劉忠紅，高金龍，王登龍.準(zhǔn)東露天煤礦煤層開采單齒斗鉤預(yù)破碎工藝研究［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：1-3.

2016-12-13

劉忠紅（1968—），新疆哈密人，高級工程師，本科，畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)采礦運輸專業(yè)，從事露天煤礦開采工作。