平朔东露天矿运煤系统优化改造

时间：2024-07-28

李江，赵天佑，武懋

（中煤平朔集团有限公司，山西朔州 036006）

平朔东露天矿2009 年在南端帮下筹建从地面到煤层端帮巷道的运煤系统，并于2011 年8 月建成，端帮原煤巷道运输系统由它移式破碎站、端帮巷带式输送机、大巷带式输送机、驱动机房固定式破碎站组成[1]。该运输系统已完成了基建期、一期系统和二期系统约90%工程量，二期工程4＃煤大巷剩余270 m 未掘进（设计全长2 080 m）；9＃煤大巷剩余50 m 未掘进（设计全长2 136 m），9＃煤辅运大巷剩余260 m 未掘进（设计全长2 139 m）。未施工巷道如继续掘进存在的主要问题：①未掘巷道前方为北岭矿井田，继续掘进因要预留保安煤柱，巷道需提前转弯，将造成巷道胶带2 次转载、设备数量增加，运输安全管理难度增加；②巷道向矿坑内部转弯，势必造成后续露天矿南端帮内缩和采煤作业线缩短，严重影响露天矿的安全高效生产，对露天矿的生产接续非常不利；③东露天矿计划2023 年从首采区向二采区转向，若继续使用原煤巷道运输系统，将随之沿采场边界布置，到三采区开采结束时，巷道长度约21 km，要穿越北岭矿、红楼矿、东日升矿、周花板矿、二道梁矿等采空区，安全风险高，系统可靠性差，投资大，运维成本较高。为此需要对东露天端帮原煤运输系统进行优化改造。

1 矿山采区接续概况

东露天矿是“十一五”规划重点建设项目，设计生产能力20.0 Mt/a，服务年限75 年，2016 年通过验收转为生产矿井[1]。矿井井田煤层赋存稳定，主要可采煤层为4#、9#、11#，煤层总厚度近39 m。开采方式为单斗-卡车倒堆内排，采煤采用单斗挖掘机-自移式破碎站半连续工艺，剥离为单斗挖掘机-自卸卡车工艺。东露天矿首采区将井田分为2 部分，按照开采的先后顺序首采区北部分为二、三采区，以地面冲沟作为二采区和三采区分界线；首采区南部为四、五采区。目前首采区向西推进，首采区西边到界向北转向90°到二采区，二采区向北推进到界后向南180°转向进入三采区，三采区向南推进到首采区采空区结束。首采区原煤运输系统主要为端帮巷道带式输送机运输，现需规划首采区向北转向期间和二、三采区生产期间的原煤运输系统。开采接续规划和原煤暗道布置示意图如图1。

图1 开采接续规划和原煤暗道布置示意图

2 原煤运输系统改造必要性

随着采区推进，如继续使用原煤巷道运输系统服务东露天矿开采二、三采区，原煤巷道运输系统将沿矿田西边界和北边界布置，原煤巷道持续加长。如不对原有运输系统进行改造，将带来以下几个方面的问题。

2.1 系统可靠性差安全风险高

东露天矿现有原煤运输系统继续向前延伸，将进入北岭矿界内，端帮原煤运输巷道延伸后与北岭矿采煤工作面距离不足20 m，不满足安全距离要求，存在重大安全隐患。为了避开北岭矿需沿北岭矿北部矿界进行2 次拐弯转向，需增设2 处转载点，造成原煤巷道延伸建设成本和端帮原煤运输成本将大幅增加，同时，受北岭矿采煤塌陷影响，东露天矿原煤巷道的安全管理不确定因素增多，安全风险加大，日常维护成本势必也将大幅增加。如果原煤运输巷道因安全隐患无法正常运行，将直接影响东露天矿原煤生产。

东露天矿开采北部采区，进入二采区后采用井巷运输需先后穿过红楼矿、东日升矿、周花板矿、二道梁矿等众多已关闭小煤矿。小窑采空区的影响将严重降低原煤运输巷道系统的可靠性。2014 年8月，安太堡露天矿端帮原煤运输系统因采空塌陷区影响，多次发生顶板冒顶事故，导致露天矿南帮运输道路出现大范围下沉，给安太堡露天矿安全生产带来严重影响。造成运煤大巷的掘进被迫停掘，坑下原煤破碎站移设滞后2 年，剥离运输成本大幅飙升，每年增加成本超3 亿元。

2.2 投资大运行成本高

从北岭矿的东边界采至三采区结束，增加巷道长度约20.4 km，全程需新购设备。原煤巷道运输系统估算总投资约13.63 亿元。如果采用地面运输系统，估算总投资约3.26 亿元，巷道运输系统较地面系统投资高出10.37 亿元。

1）增加带式输送机运输成本。东露天原煤巷道带式输送机成本为1.15 元/（t·km）；安太堡矿原煤地面带运输式输送机运输成本为0.63 元/（t·km）。由此可见，原煤巷道运输成本比原煤地面运输成本高0.52 元/（t·km）。如果继续采用巷道带式输送机运输，东露天矿进入北部二采区后，原煤巷道将沿二采区西侧向北延伸。以东露天矿首采区至二采区转向完成的位置（红楼矿北侧）进行测算，原煤巷道带式输送机长度为8.1 km，运输成本为9.07 元/t；地面运输系统带式输送机长度为4.45 km，运输成本为3.52 元/t。原煤巷道系统比地面带式输送机系统的运输成本高5.55 元/t，按每年2 500 万t 原煤量计算，每年增加成本13 875 万元。当东露天矿进入三采区后，整个巷道运输系统将围绕二采区1 圈，巷道运输成本将进一步增加。预测到三采区结束时，原煤巷道长度为20.4 km，运输成本为22.5 元/t；地面运输系统带式输送机长度为仍4.5 km，运输成本为3.5 元/t。原煤巷道系统比地面带式输送机系统的运输成本高19 元/t。

2）增加卡车运输成本。目前使用的原煤巷道运输系统，由于破碎站不能实时移设，导致了每年约7 000 万m3的剥离量运距增加0.8 km。经测算，2021 年约6 750 万m3的剥离量增加运输成本，即增加5 400 万m3·km 的运输成本。如果原煤运输系统移设到地面，将导致每年2 500 万t（1 600 万m3）原煤运距增加2 km，即每年增加3 200 万m3·km 的煤炭运输成本。减少的剥离物和增加的原煤卡车运输成本相抵后，每年减少2 200 万m3·km 运输成本，根据东露天矿历年统计，卡车运输成本为2.4 元/（m3·km）（不含折旧），即原煤运输系统移设到地面后，每年可节省卡车运营成本5 280 万元。

综合以上因素，估算从2021 年至北部二、三采区资源开采结束约30 年服务年限的运输总费用，巷道运输系统为193.89 亿元，地面运输为87.36 亿元，地面运输系统总费用比巷道运输系统低106.53 亿元。

2.3 制约东露天矿扩能需要

现有的巷道带式输送机运输系统设计能力为2 000 万t/a，按带式输送机系统不均衡系数下限1.2取值，最大输送能力为2 640 万t/a。在煤炭价格基本稳定的情况下，东露天矿2019、2020 年产量规模较2018 年分别增加了347 万t 和471 万t，相应的模拟利润分别增加了6.6 亿元和10.6 亿元，充分表明增量的规模效益明显。预计“十五五”期间，北岭矿、井工一矿将相继达到服务年限，为稳定平朔矿区规模，建议东露天矿在扩能到2 500 万t 后，“十五五”期间继续扩能至3 000 万t/a（东露天矿二、三采区采煤工作线长度2 km，生产条件具备3 000 万t规模），现有巷道运输系统需更换驱动、输送带（张力不足）、以及托辊等，仅机架能够使用。巷道运输系统的改造将导致露天矿较长时间停产，成为露天矿今后规模扩大的限制因素。

2.4 日常监管复杂

根据东露天矿巷道原煤运煤系统的通风需要，如果巷道继续向前延伸，至少需要建设2 处地面回风井才能实现分区通风。同时根据地方安全监管要求，需完善“六大系统”并配全配齐相关的“一通三防”安全管理人员，额外成本增加，日常监管局面更加复杂[2-3]。由于“六大系统”建设不全，巷道原煤运输系统因监管存在问题，运输间断时有发生，平均每年由于地方监管造成系统停运都在70 d 左右，影响运输能力发挥。

3 地面原煤运输布置方案比选

3.1 原煤布置方案

从安全、经济、生产组织难度等方面决定原煤暗道运行系统改造为地面带式输送机运输系统。考虑原煤运输系统安全性、可靠性、经济性[4]，原煤运输系统施工建设期间不影响露天矿的正常生产和适应露天矿后续发展的需要，提出以下3 个地面带式输送机系统布置方案。

1）方案1：地表外包驻地方案。带式输送机从一级破碎站引出至1 号转载点，1 号转载点至2 号转载点带式输送机从西向东依次布置于露天煤矿首采区北帮、外包驻地，经2 号转载点转载后，与驱动机房从北方向搭接。

2）方案2：地表内排土场方案。带式输送机从一级破碎站引出至1 号转载点，1 号转载点至2 号转载点带式输送机从西向东布置于露天煤矿首采区北帮，经2 号转载点转载后，带式输送机布设于内排土场，与驱动机房从西北方向搭接。

3）方案3：地表转载运输方案。带式输送机从一级破碎站引出至1 号转载点，1 号转载点至2 号转载点带式输送机从西向东布置于露天煤矿首采区北帮，经2 号转载点转载后，带式输送机布设于内排土场，经3 号转载点与驱动机房搭接，搭接方向与露天煤矿一期原煤运输带式输送机相同。

3.2 布置方案比选

方案1 线路布置于外包场地，线路长，架空栈桥多，投资24 068 万元（未含利息及其他费），运输成本10.76 元/t，投资大，运输成本高；方案2 线路在内排土场与风选场地、电厂储灰场交叉，技术不可行，故没有推荐方案2；方案3 相对方案2，通过增加转载点的方式，避开风选场地与储灰场，线路短，投资20 802 万元（未含利息及其他费），相对方案1 投资低3 266 万元，运输成本10.42 元/t，比方案1 低0.34 元/t。因此推荐方案3 地表转载运输方案。方案3 地面带式输送机运输系统布置示意图如图2。

图2 方案3 地面带式输送机运输系统布置示意图

4 原煤运输系统改造效果

1）东露天矿北部采区开采规划与原煤运输系统的协调性。东露天矿北部计划规划为2 个采区，由于受到转向期间排土空间的限制，从首采区向二采区过渡时，二采区的初始工作线长度较短，转向完成时，逐步进行扩帮，最终北部布置为2 个采区。当东露天矿开采北部采区，进入二采区后采用井巷运输需先后穿过红楼矿、东日升煤矿采空区；当进入三采区开采时，井巷运输存在大量的反向运输，整个巷道运输系统将围绕二采区1 圈，导致运输距离不合理，同时全程均新购设备；地表转载运输方案，线路布设于地表，二采区向北推进时，输送机向北延伸，当开采三采区时，输送机进行回撤即可，即开采三采区无需再次进行新购设备。地表运输与露天矿开采北部采区资源规划更协调。

2）可靠性及使用风险分析。既有巷道运输系统从首采区过渡至二采区西帮，需穿过较多采空区，成本高且存在一定的安全风险。地表运输方案原煤运输系统线路布置于地表，技术难点少，且为露天空间，维修难度小。

3）原煤卡车使用数量比较。使用220 t 级卡车运煤，地表运输方案使用卡车11 台，井巷运煤系统使用卡车8 台。

4）既有原煤运输系统设备利用情况。巷道原煤运输系统既有运输设备全部可继续使用，后续新增设备需新购。地表原煤运输系统，设计4#煤、9#煤各1 套运输系统，除破碎站以外均采用新购设备。

5）对既有剥离运输系统的影响。巷道运输方案为露天矿既有运输系统的延伸，主要是移设滞后和影响内排空间问题。地表运输方案对剥离运输系统的影响主要为运煤卡车与剥离卡车线路交叉问题。转向期间露天矿将出入沟由南侧布置于北侧，此时外包车辆与自营车辆运输线路产生交叉。但线路交叉问不是因为原煤运输系统布置于地表产生的，而是因为出入沟位置产生的，因此可以认为地表原煤运输系统对剥离运输无影响[5]。

6）原煤运输系统改造工程。井巷运输系统随着露天矿的推进进行逐步建设。地面运输系统前期建设完成后，露天矿进入二采区开采时，随露天矿推进，逐步建设[6-8]。当前原煤巷道位于二期巷道即将结束位置，由于规划的地表运输系统尚未建成，因此需要继续进行部分三期工程，规划三期实施至北岭矿转载处，此时地表运输线路建成，井巷运输系统停止服务。