不同工作线长度下拉沟方案.pdf

收稿日期2012 －08 －20 作者简介蔡忠超 1985 － ，男，吉林长春人，采矿工程硕士，2010 年毕业于辽宁工程技术大学，现在中煤国际工程 集团沈阳设计研究院从事露天矿开采设计工作。 不同工作线长度下拉沟方案的比选 蔡忠超，魏峥，李慧智 中煤国际工程集团 沈阳设计研究院，辽宁 沈阳110015 摘要针对采用单斗卡车开采工艺的红沙泉露天煤矿，在确定了其首采区大致位置的基 础上，在首采区内提出了两种初始拉沟位置方案，在其他主要影响因素基本相同的情况下，对实 现完全内排时两种拉沟方案不同工作线长度条件下的卡车运距进行了研究和分析，并综合考虑了 二次剥离及压煤量的影响，以整体经济最优为出发点，确定出较优的拉沟方案。 关键词工作线长度;卡车运距;二次剥离;拉沟方案 中图分类号TD824文献标识码B 文章编号1671 －0959 2012 S2- 0010- 03 单斗卡车开采工艺是世界上，特别是我国露天矿应 用较广泛的开采工艺，属于四种基本开采工艺之一。由于 卡车运输成本较高，从而导致运输费用占露天矿总成本的 50左右。特别近几年由于油价和修理费用增幅较大，更 加大了露天矿卡车运输的生产成本，而影响卡车运输成本 的关键因素是运距。露天矿卡车运距的长短，关系着卡车 运输的效率与成本，更直接影响着露天矿整个生产系统的 生产效率和经济效益。因此论文将对红沙泉露天矿的拉沟 方案一和拉沟方案二在实现完全内排时，不同的工作线长 度条件下的卡车运距进行研究和分析，从而确定其对拉沟 方案的影响，为合理的拉沟方案选择提供依据。 1拉沟位置方案 红沙泉露天煤矿一期规模为生产原煤 10. 00Mt/a，根据 煤层赋存条件及国内外露天矿工作线年推进度经验，确定 首采区拉沟长度为 800m，共提出两个拉沟位置方案分述 如下 1方案一在首采区西北部 B2煤层露头顶板拉沟， 沿倾向推进，拉沟位置及推进方向示意图如图 1 所示。北 部境界为 1821 勘探线间，拉沟长度为 800m，初期工作 线向东南和东北成 “L”型推进，在东北部到界以后，转入 沿煤层倾向向南东方向推进。 2方案二在首采区北部 B2煤层露头顶板拉沟，沿 倾向推进，拉沟位置及推进方向示意图如图 2 所示。北部 境界为 2124 勘探线间，拉沟长度为 800m，拉沟东侧与 既有 “大采坑”相连通，在拉沟区形成反 “S”型工作线。 红沙泉矿年生产能力按→→4. 0Mt7. 0Mt10. 0Mt 的进 度计划安排，方案一和方案二均满足初期剥采比小，基建 工程量小，投资低，煤层埋藏浅，推进度合理等要求。 2不同工作线长度条件下对卡车运距的影响 红沙泉露天矿采用单斗卡车间断式开采工艺，以追 求技术经济整体最优为出发点，论文将以单斗卡车开采 工艺的关键性因素 运距作为主要分析对象，对方案一 01 设计技术煤炭工程2012 年 10 月 和方案二进行比较，从而为优化拉沟方案提供依据。 2. 1方案一情况下的剥离运距及毛煤运距 1方案一由实现完全内排开始到移交后 20a 的平均工 作线长度为 2860m，则在任一开采高度时剥离运距按式 1 计算 L1 1 2 L0 B H cotα cotβ cotγ ］ 1 式中L1 剥离运距，m; L0 工作线长度，m; B 底部工作帮与内排土帮坡底间距离，取 60m; H 相对露天矿底部的开采高度，m; α 工作帮坡角，取 12; β 内排土场工作帮坡角，取 17; γ 端帮最终帮坡角，取 32。 由式 1 计算得，在开采高度为 H 时，方案一的剥离 运距为L11490 9. 58H。 2方案一毛煤运距 L2按式 2 计算 L2 0. 5L0K H τ 2 式中L2 毛煤运距，m; K 展线系数，取 1. 2; τ 卡车道路最大纵坡度，取 8。 由式 2 计算得，在开采高度为 H 时，方案一的毛煤 运距为L21716 12. 5H。 2. 2方案二情况下的剥离运距及毛煤运距 1方案二在实现完全内排到生产第 20a 的平均工作线 长度为 1712m，则在任一开采高度时剥离运距由式 1 计算 得，在开采高度为 H 时，方案二的剥离运距为L＇1916 9. 58H。 2方案二毛煤运距 L＇2由式 2 计算得，在开采高度为 H 时，方案二的毛煤运距为L＇21027 12. 5H。 2. 3方案比选分析 两方案运距比较表见表 1。 表 1开采高度 H 时方案一与方案二运距比较表 方案剥离运距/m毛煤运距/m 方案一1490 9. 58H1716 12. 5H 方案二916 9. 58H1027 12. 5H 由表 1 可见，在同一开采高度 H，方案二的剥离运距 和毛煤运距均比方案一的剥离运距和毛煤运距要短，如果 按新疆地区当前外包市场收费标准计算，平面运距每增加 100m，每吨运费增加 0. 10 元，那么，方案一与方案二相 比，毛煤每吨运费将增加 0. 69 元，剥离每吨运费将增加 0. 57 元。方案一 20a 平均剥采比为 2. 46m3/t，剥离物容重 按 2. 2t/m3计算，则方案一平均每年因运距较大比方案二 增加的运输费用为 3775 万元。 3二次剥离量及压煤量的影响 在拉沟方案二中，若首采区开采时压帮内排，当开采 二采区时会产生二次剥离的问题，相对于方案一主要增加 了转向前的二次剥离成本。 首采区端帮边坡角为 32，由于内排物料为松散状态， 二采区二次剥离的端帮边坡角为 30。二次剥离时，边坡位 置根据经济合理剥采比等于 10m3/t 来确定，煤的平均容重 为 1. 33t/m3。二采区年推进度为 V。由此可以绘制二次剥 离剖面示意图如图 3 所示。 图 3二次剥离剖面示意图 整体二次剥离物可近似认为是三棱台，下底面面积为 S1，上底面面积为 S2，其体积 v1计算公式为 v1 1 3 S1 S2S1S 槡 2 V 3 经式 3 计算，方案二开采二采区时共发生的二次剥离 量为 98. 63Mm3。 从经济角度出发，二次剥离发生在 40a 以后 首采区服 务年限为 40a ，那么二次剥离所产生的费用就不能直接作 为现在的投资费用。为了衡量方案二从经济角度是否合理， 现采用净现值法，按一定的折现率，把未来所产生的费用 折合成现在的投资成本。设 NPV 为投资项目的净现值，为 第 j 年发生的净现金流量 NCFj，按式 4 计算 NPV ∑ n j 0 NCFj 1 d j 4 式中，d 为折现率，这里以 12 计算，单位剥离量所 产生的费用是 13 元/m3。 由式 4 可算出 40a 后发生的二次剥离量折合到现在的 价值为 519 万元，这是方案二额外发生的费用。 煤柱压煤量的计算方式与二次剥离量的计算方式相同。 图 3 中 S＇1即为压煤区的剖面面积。由式 3 可计算出压煤 量为 0. 74Mt。对于露天采矿来说 0. 74Mt 压煤量不大，而且 这是 40a 后的损失，如果折合成现值，可以忽略不计。 4结论 在方案一和方案二均满足初期剥采比小，基建工程量 小，投资低，煤层埋藏浅，推进度合理等条件下，从经济 最优化考虑对方案一和方案二在卡车运费以及发生二次剥 离的费用进行了比较，方案一平均每年因运距较大而比方 案二增加的运输费用为 3795 万元，这一费用数额与方案二 所发生的二次剥离费用519万元相比， 要远远大于后者， 可 下转第 14 页 11 2012 年 10 月煤 炭工程设计技术 式中Z 服务期内井巷输煤系统与卡车运输系统费用 差值; A 服务期限，a; a 卡车单位运输费用，万元; b 带式输送机单位运输费用，万元; B 井巷输煤系统总投资，万元; X1 卡车运输距离，m; X2 带式输送机运输距离，m。 式中，Z ＞0，表示露天矿服务年限内，卡车运输较带 式输送机运输方式多花费的费用大于建设井巷输煤系统的 费用。换言之，井巷输煤系统满足经济意义上的建设条件。 Z 值越大，该意义越明显。反之，从经济意义上来说，则 无建设必要。 就安太堡露天矿而言，由于内排土场及地面条件的限 制，井下输煤系统与地面输煤系统的连接只能通过设置在 二号井工矿场地内的一、二号主斜井完成。因此整个输煤 系统井下的带式输送机运输距离 X2为 “恒量 L1 一、二号 主斜井及一段带式输送机大巷的长度 变量 L2 二段带式 输送机大巷输煤距离 ” ;卡车运输距离 X1也是随着剥采工 作面推进而变化的变量。文中选择输煤系统工程开工建设 时段的恒量作为公式验证参数。其后的每一时段的相应参 数相对于前一个剥采面而言运输距离变化可忽略不计。这 里 Z 241379 万元 ＞0。 该计算结果表明，建设该系统经济效果明显。 3. 2地面布置、外部条件满足改造条件 安太堡设置井下输煤系统时工作帮正由Ⅱ采区向Ⅲ采区 转向过渡，随剥采工程发展，原有半固定破碎站离采煤工作 面越来越远，致使自卸卡车运距 2006 年 已超过 3. 70km， 2007 年将达到4. 00km 以上。因此，将严重影响运煤卡车效 率，加大开采成本，使露天矿经济效益越来越差。 另外，原有半固定破碎站继续前移在内排土场上，采 场南部内排土场 1350m 水平留沟，这将大大减少内排空 间，增大外排工程量，这不但占用大量土地，而且对环保、 土地复垦均存在不利影响。 采用井巷输煤系统，可以增大内排空间，减少外排工 程量及土地占用，进而有效保护土地资源、减少环境污染。 3. 3设备使用周期满足改造条件 截止至建设完成井巷输煤系统时安太堡露天矿生产已 经超过 20a，原购置的运输设备已到报废年限，正处于设备 更新时期。进行输煤系统改造后，安太堡露天煤矿采煤采 用 “单斗 卡车 半移动式破碎站 带式输送机”半连续 开采工艺。除采用井巷输煤减少运输距离、费用、建设污 染外，还可以借此时机进行设备的更新换代，从采、剥环 节上提高工艺设备的先进性，有利于进一步提高露天矿生 产效率。 4结语 文章通过对安太堡露天矿设置井巷输煤系统的初步探 讨，试图通过对该工艺系统的应用时机选择、必要性分析， 将井巷输煤系统推广至我国类似条件的露天矿中，从而使 得更多的露天矿因此而收益。诚然，井巷输煤系统有着露 天矿传统运输方式无法比拟的经济、环保优势，但该系统 的应用有着建设时机及地面地形、设备应用周期等一系列 的限制因素。因此，在当前条件下并非我国所有露天矿都 有必要、有条件改造建设类似工艺系统。针对不同条件的 露天矿应做具体分析、比较各方面适用条件，进而确定该 系统有无建设的必要性。另外，该系统属于我国首例实际 建设、运行项目，系统中不可避免地存在着某些缺陷，比 如通风、排水问题等，文章未做详细论述。这都有待于该 工艺系统的大范围应用后，通过相关科研单位、设计单位、 施工及业主单位在实际应用中不断调整、不断改进，从而 使得井巷输煤系统不断地完善，从而为企业进一步提高经 济、环境效益做出贡献。 参考文献 ［ 1］谢小京，曲臣． 平朔煤炭工业公司安太堡露天煤矿原煤运 输系统改造修改初步设计 优化［R］． 沈阳中煤科工集 团沈阳设计研究院，2010． ［ 2］徐永圻． 采矿学 ［ M］． 徐州中国矿业大学出版社，2004． 责任编辑郭继圣 櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗 上接第 11 页 见，根据二次剥离费用与因运距增加导致的运费增加数额 综合分析，方案二更能为露天矿创造经济价值，是较优的 拉沟方案。 参考文献 ［ 1］姚志勇，付延胜． 露天矿工作线长度的优化 ［J］．露天采 矿技术，2006， 01 ． ［ 2］王海青，李景柱． 胜利露天煤矿工作线长度优化 ［J］ ．露 天采矿技术，2007， 03 ． ［ 3］刘宪权．安太堡矿露井联采边帮参数与工作线长度优化 ［ D］ ． 北京北京科技大学，2008． ［ 4］张树福． 露天矿经济合理的采矿工作线长度 ［J］．露天采 矿技术，2006， 06 ． ［ 5］苏力． 论协调不同资本成本计算的 NPV ［J］ ．现代商贸 工业，2012， 01 ． 责任编辑张宝优 41 设计技术煤炭工程2012 年 10 月