西灣露天煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

劉俊龍

（陜西神延煤炭有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

露天煤礦開(kāi)采工藝有連續(xù)式、半連續(xù)式、間斷式、無(wú)運(yùn)輸?shù)苟压に囈约奥?lián)合開(kāi)采工藝等，其中間斷式開(kāi)采工藝簡(jiǎn)單靈活，對(duì)地形環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，是我國(guó)露天礦應(yīng)用的主要開(kāi)采工藝，但其運(yùn)輸成本較高，約占露天煤礦生產(chǎn)成本的40%[1]，大型露天礦采剝工作線、排土場(chǎng)工作線較長(zhǎng)，其運(yùn)距更大，運(yùn)輸成本會(huì)更高。同時(shí)運(yùn)輸系統(tǒng)布置的合理與否，也直接系到采剝工程效率以及采礦接續(xù)，故控制好運(yùn)輸成本對(duì)露天煤礦生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)尤為重要，如何有效地節(jié)能降耗，成為露天開(kāi)采中迫切需要解決的問(wèn)題[2]。為此，運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為了露天礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的一項(xiàng)必須的、經(jīng)常性的工作。

1 現(xiàn)行運(yùn)輸系統(tǒng)基本情況

1.1 礦山概況

西灣露天煤礦位于陜西榆林市，地處陜北黃土高塬北緣與毛烏素沙漠東南緣的接壤地帶，地勢(shì)較平坦，以風(fēng)沙灘地地貌為主?？傮w南高北低、西高東低，最高點(diǎn)位于南部邊界附近，海拔標(biāo)高為1 280 m，最低點(diǎn)位于與其相鄰的方家畔溝谷中，海拔標(biāo)高為1 125 m，最大高差155 m 左右，北部海拔標(biāo)高一般為1 175 m 左右，南部海拔標(biāo)高一般為1 220 m左右。煤礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能10 Mt/a，開(kāi)采工藝剝離采用單斗－卡車間斷工藝；采煤采用單斗－卡車－地面半固定破碎站＋帶式輸送機(jī)半連續(xù)開(kāi)采工藝，采用工作面移動(dòng)坑線、端幫半固定坑線的多出入溝的卡車運(yùn)輸開(kāi)拓方式。目前為國(guó)家安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系二級(jí)礦井，開(kāi)采煤層為2－2煤，煤層平均厚度11.3 m，煤層傾角＜1°，施工工序有鉆孔、爆破、采裝、運(yùn)輸、排土，工作面布置方向大致為東西走向，采剝臺(tái)階向北推進(jìn)，南側(cè)為內(nèi)排臺(tái)階。生產(chǎn)煤炭為優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)焰煤，硬度較大，需進(jìn)行穿孔爆破。

西灣露天煤礦礦區(qū)內(nèi)分布有3 個(gè)主要含水層，由上至下分別是：第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組孔隙潛水含水層、侏羅系中統(tǒng)延安組風(fēng)化基巖裂隙承壓水含水層、燒變巖孔洞裂隙潛水含水層。礦井涌水量較大，一直以來(lái)是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害。西灣露天煤礦采場(chǎng)上部松散物剝離工程外委，采用4 m3以上液壓挖掘機(jī)，配額定載重52～80 t 以上寬體自卸車；上部巖石剝離工程外委，采用斗容4 m3以上液壓挖掘機(jī)，配額定載重52～80 t 以上寬體自卸車；下部（靠近煤層）巖石剝離工程自營(yíng)，采用斗容35 m3電鏟，配額定載重230 t 電動(dòng)輪卡車；采煤工程自營(yíng)，采用斗容35 m3電鏟和22 m3液壓挖掘機(jī)，配額定載重230 t 電動(dòng)輪自卸卡車。

1.2 運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀和現(xiàn)行運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1）運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)狀。西灣露天煤礦原運(yùn)輸系統(tǒng)為采區(qū)東西兩側(cè)非工作幫雙環(huán)形運(yùn)輸系統(tǒng)，上部松散物運(yùn)輸線路為：松散物剝離工作面—地表及兩側(cè)端幫線路—內(nèi)排土場(chǎng)進(jìn)行排棄；巖石剝離運(yùn)輸線路為：巖石剝離工作面—東西兩側(cè)端幫運(yùn)輸線路—內(nèi)排土場(chǎng)，平均運(yùn)距為2.3 km；煤炭運(yùn)輸線路為：采煤工作面線路—東側(cè)端幫聯(lián)絡(luò)線—東端幫線路—內(nèi)排土場(chǎng)東側(cè)運(yùn)輸干線—破碎站，煤炭平均運(yùn)距為2.5 km。原運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖如圖1。

圖1 原運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖

2）現(xiàn)行運(yùn)輸系統(tǒng)存在的問(wèn)題。隨著采剝工作面的不斷向前推進(jìn)，內(nèi)排土場(chǎng)已基本成型，原兩側(cè)環(huán)形運(yùn)輸系統(tǒng)巖石運(yùn)輸距離大，卡車油耗增大，同時(shí)考慮到卡車長(zhǎng)距離的行駛，使得輪胎磨損、更新加快，致使運(yùn)輸成本變大，露天礦生產(chǎn)成本不斷增加，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，目前該種運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)西灣露天礦已不再適用；同時(shí)，隨著采剝臺(tái)階的向前推進(jìn)，內(nèi)排土場(chǎng)也須適時(shí)跟進(jìn)，內(nèi)排土場(chǎng)東側(cè)煤炭運(yùn)輸干線壓覆內(nèi)排空間，嚴(yán)重制約內(nèi)排土場(chǎng)的正常跟進(jìn)，甚至影響煤礦生產(chǎn)接續(xù)，從技術(shù)角度考慮，該種運(yùn)輸系統(tǒng)已不適用當(dāng)前的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

2 運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化

優(yōu)化設(shè)計(jì)取消原內(nèi)排土場(chǎng)東側(cè)運(yùn)煤干線，原上部外委工程土方剝離物運(yùn)輸線路不變。通過(guò)在采場(chǎng)巖石臺(tái)階＋1 118 m 水平和內(nèi)排土場(chǎng)＋1 120 m 水平之間搭設(shè)中間巖橋，在生產(chǎn)的過(guò)程中，巖橋會(huì)不斷的廢除、重建、更新[3]；兩側(cè)端幫運(yùn)輸線路在中間巖橋廢除時(shí)啟用，進(jìn)行臨時(shí)修筑，待中間橋重建完成后廢除，并采出其下部壓覆煤炭資源，如此循環(huán)往復(fù)，形成已中間巖橋?yàn)橹?，兩?cè)環(huán)形運(yùn)輸為輔的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸模式（中間橋移設(shè)工程實(shí)為采出橋體壓覆煤炭資源，故移設(shè)只針對(duì)采煤臺(tái)階以上部分，移設(shè)時(shí)采煤工作面以后部分橋體可保留不動(dòng)，待橋體下煤炭資源采出后，可為新的中間巖橋繼續(xù)沿用，以此往復(fù)更新）。優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖如圖2。

圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)示意圖

中間巖橋在用時(shí)煤巖運(yùn)輸線路為：下部與巖橋通標(biāo)高巖石臺(tái)階直接通過(guò)中間巖橋，運(yùn)往內(nèi)排土場(chǎng)，與巖橋不同標(biāo)高巖石臺(tái)階可通過(guò)與巖橋之間用渡線連接；煤炭通過(guò)采煤工作面與中間巖橋經(jīng)過(guò)臨時(shí)渡線的連接，在經(jīng)內(nèi)排土場(chǎng)平盤(pán)運(yùn)輸?shù)缆?，運(yùn)往半固定破碎站。

中間巖橋移設(shè)時(shí)煤巖運(yùn)輸線路為：巖石沿兩側(cè)端幫臨時(shí)性道路運(yùn)輸至內(nèi)排土場(chǎng)（該道路在巖橋移設(shè)完成時(shí)廢棄）；煤炭通過(guò)采煤工作面經(jīng)過(guò)臨時(shí)渡線到中間巖橋（保留不動(dòng)部分橋體），經(jīng)過(guò)內(nèi)排土場(chǎng)平盤(pán)運(yùn)輸?shù)缆?、渡線，運(yùn)往半固定破碎站。

中間巖橋?yàn)?30 t 自卸卡車雙車道，橋體長(zhǎng)300 m，起點(diǎn)標(biāo)高為＋1 118 m，終點(diǎn)標(biāo)高＋1 120 m，縱向坡度為0.7%，橋面凈寬40 m，兩側(cè)修筑高度為自卸卡車輪胎直徑的2/5～3/5，頂部寬度為0.6 m 的安全擋墻，擋墻內(nèi)側(cè)修筑參數(shù)為0.5 m×0.5 m 的排水溝，橋面自兩側(cè)邊緣向中線方向保持2%的橫向坡度。遇大氣降水時(shí)期或露天礦道路灑水過(guò)量時(shí)，路面積水沿道路橫坡流入排水溝，沿道路縱坡流向＋1 118 m 水平工作面，后經(jīng)引流匯集于工作面蓄水池內(nèi)，集中進(jìn)行抽排。巖橋橋面兩側(cè)安全擋墻及其與工作面道路交匯處設(shè)置導(dǎo)向標(biāo)、反光標(biāo)識(shí)、爆閃燈等安全警示標(biāo)志。中間巖橋縱斷面示意圖如圖3，中間巖橋橫斷面示意圖如圖4。

圖3 中間巖橋縱斷面示意圖

圖4 中間巖橋橫斷面示意圖

優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)后，各巖石剝離工作面與巖橋之間、內(nèi)排土場(chǎng)各平盤(pán)運(yùn)輸?shù)缆分g均通過(guò)臨時(shí)渡線連接，所有渡線最大縱向坡度重載上坡情況下不超過(guò)8%，重載下坡情況下不超過(guò)7%，渡線兩側(cè)修筑安全擋墻，擋墻上設(shè)置夜間可視的導(dǎo)向、限速等安全警示標(biāo)志。中間橋以及內(nèi)排土場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆奋嚵髅芏容^大，須做好交通指揮工作，重要交叉路口，除設(shè)置完善的警示標(biāo)志外，可安排專人進(jìn)行交通指揮，確保交通安全。

運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化后煤炭平均運(yùn)距為2.2 km，巖石平均運(yùn)距約為1 km（其中上部巖石臺(tái)階運(yùn)距為1.1 km，下部巖石臺(tái)階運(yùn)距為0.8 km）。

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案與原運(yùn)輸系統(tǒng)在技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性上分別進(jìn)行對(duì)比分析[4]，合理則可行，反之不可行。

3.1 技術(shù)方面

1）原內(nèi)排土場(chǎng)東側(cè)原煤運(yùn)輸干線占用內(nèi)排空間，制約內(nèi)排土場(chǎng)正常推進(jìn)[5]，通過(guò)取消其該道路，釋放道路壓覆內(nèi)排空間，增大內(nèi)排容量，進(jìn)一步保障煤炭生產(chǎn)接續(xù)。

2）廢除原內(nèi)排土場(chǎng)東側(cè)運(yùn)煤干線后，排土場(chǎng)工作線得以拉長(zhǎng)、整直，排土場(chǎng)工程質(zhì)量顯著提升，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系提升達(dá)標(biāo)作用顯著。

3）相比較原兩側(cè)端幫環(huán)形運(yùn)輸系統(tǒng)，隨著工作面的不斷推進(jìn)，需頻繁進(jìn)行端幫運(yùn)輸?shù)缆返男拗?、廢棄，給露天礦生產(chǎn)造成較大的臨時(shí)道路修筑工程量，影響采剝效率；同時(shí)，原東西兩側(cè)環(huán)形運(yùn)輸線路，加之兩側(cè)煤層底板蓄水池占地，導(dǎo)致內(nèi)排跟蹤距離加大，影響內(nèi)排土場(chǎng)的正常推進(jìn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)中間巖橋后，臨時(shí)道路與蓄水池空間位置由并列變?yōu)橥恢本€，減少占用內(nèi)排空間；同時(shí)巖橋及煤層底板至巖橋聯(lián)絡(luò)線廢棄時(shí)無(wú)須倒移，內(nèi)排土場(chǎng)直接壓覆即可，只需對(duì)煤層頂板以上巖橋進(jìn)行二次修筑，減少了道路工程量，以及道路對(duì)內(nèi)排跟蹤距離的影響。

4）原端幫運(yùn)輸系統(tǒng)，道路行駛安全性較差[6]，表現(xiàn)為端幫落石危險(xiǎn)，以及道路轉(zhuǎn)彎時(shí)靠幫側(cè)司機(jī)視線受阻；同時(shí)大型載重卡車長(zhǎng)時(shí)間的震動(dòng)對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。

3.2 經(jīng)濟(jì)方面

1）通過(guò)搭設(shè)中間巖橋，使得煤層上部巖石臺(tái)階剝離物平均運(yùn)距縮短約1.3 km，煤炭平均運(yùn)距縮短約0.3 km，西灣露天煤礦平均每年度巖石剝離量約為3 200 萬(wàn)m3，煤炭每年度產(chǎn)量約為1 000 萬(wàn)t，從經(jīng)濟(jì)角度看，本次運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化可大大降低運(yùn)輸成本，提高經(jīng)濟(jì)效益[7]。

2）原運(yùn)輸系統(tǒng)為兩側(cè)端幫運(yùn)輸，道路壓覆端幫煤炭資源，造成資源浪費(fèi)，優(yōu)化設(shè)計(jì)中間巖橋后，取消端幫運(yùn)輸?shù)缆?，可減少運(yùn)輸?shù)缆穼?duì)煤炭資源的壓覆，提高資源回采率，增加經(jīng)濟(jì)收益。

3）礦巖運(yùn)距的縮短，可降低大型運(yùn)輸卡車的輪胎磨損，提高輪胎使用壽命，減少的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及折舊費(fèi)等，從而進(jìn)一步降低運(yùn)輸成本。

4）系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，減少了露天礦臨時(shí)道路修筑工程量，進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本費(fèi)用。

5）隨著運(yùn)距的縮短，自卸卡車作業(yè)單循環(huán)時(shí)間降低，班循環(huán)次數(shù)增加，從而提高了設(shè)備工作效率[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了西灣露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)露天煤礦煤炭及下部巖石運(yùn)輸線路進(jìn)行重新布置，達(dá)到了縮短運(yùn)距，釋放內(nèi)排空間，回收端幫道路壓覆煤炭資源，降低露天礦臨時(shí)工程量的目的，同時(shí)也從煤礦安全生產(chǎn)、設(shè)備效率方面均有不同程度的提高和改進(jìn)。