硕士论文：剥离系统应用半连续工艺的可行性研究.pdf

辽宁工程技术人学下程硕 1 学位论文 摘要 本文根据霍林河南露天煤矿的具体条件， 为了不断地提高矿 山经 济效益和矿山改扩建的技术经济效益， 结合目 前霍林河南露天煤矿的 实际情况提出了霍林河南露天煤矿部分剥离物应用半连续工艺的研 究课题。 该课题着重以霍林河南露天煤矿改扩建以 后达产年 2 0 0 8年 为典型矿山 工程状态， 建立了霍林河南露天煤矿地质模型和采矿优化 设计模型。 并在此基础上， 应用计算机模型对霍林河南露天煤矿的开 采工艺问题进行了研究。 研究是以最大限度利用各种工艺之优势及半 连续工艺目前在霍林河南露天煤矿应用的必要性和技术上的可行性 为前提的。 论文深入研究了部分剥离物采用半连续工艺与单斗一一卡车开 采工艺及其比较问题。 研究结果表明， 半连续工艺在霍林河矿区生产、 技术上是可行的‘ 有一定的应用范围，其经济效益优于单斗卡车工艺。 关键词半连续工艺 采矿优化设计 技术经济 可行性研究 辽宁丁程技术大学T程硕」学位论文 Abs t r a c t Ba s e d o n t h e a c t u a l c o n d i t i o n s o f H u o l i n h e S o u t h o p e n - p i t mi n e a n d t o i mp r o v e t h e e c o n o mi c b e n e f i t o f t h e mi n e a n d i t s t e c h n i q u e e c o n o my a f t e r t h e r e s e a r c h p r o b l e m o f a p p l y i n g s e mi 一 c o n t i n u o u s mi n i n g t e c h n o l o g y t o p a r t o f t h e s t r i p p e d s u b s t a n c e a t Hu o l i n h e S o u t h o p e n - p i t mi n e . T h e t a s k e m p h a s i z e s t h e r e a c h i n g 一 o u t p u t y e a r 2 0 0 8 a f t e r t h e r e c o n s t r u c t i o n a n d e x t e n s i o n o f Hu o l i n h e S o u t h o p e n 一 p i t mi n e a s t y p i c a l mi n e e n g i n e e r i n g s t a t e a n d e s t a b l i s h e s t h e S o u t h o p e n - p i t mi n e . A n d b a s e d o n t h i s , t h e mi n i n g t e c h n i q u e u t i l i z i n g c o mp u t e r mo d e l . T h e s t u d y p r e s u p p o s e s t h e u t i l i z a t i o n o f a d v a n t a g e s o f v a r i o u s t e c h n i q u e i n t o f u l l p l a y a n d t h e n e c e s s i t y a n d t e c h n i c a l f e a s i b i l i t y o f t h e a p p l i c a t i o n o f s e mi 一 c o n t i n u o u s t e c h n o l o g y a t H u o l i n h e S o u t h o p e n - p i t m i ne . T h i s p a p e r f u r t h e r s t u d i e s t h e c o mp a r i s i o n p r o b l e m o f a p p l y i n g s e mi 一 c o n t i n u o u s t e c h n i q u e f o r p a r t i a l s t r i p p e d s u b s t a n c e s a n d s i n g l e 一 s h o v e l - t r u c k mi n i n g t e c h n i q u e . T h e s t u d y r e s u l t s h o ws t h a t s e mi 一 c o n t i n u o u s t e c h n i q u e i s f e a s i b l e i n p r o d u c t i o n a n d t e c h n o l o g y a t Hu o l i n h e mi n i n g a r e a a n d h a s c e r t a i n a p p l i c a t i o n s c o p e . A n d i t s e c o n o mi c b e n e f i t i s s u p e r i o r t o s i n g l e 一 s h o v e l - t r u c k t e c h n i q u e . Ke y w o r d s s e mi 一 c o n t i n u o u s t e c h n i q u e , mi n i n g o p t i mi z a t i o n d e s i g n , t e c h n i c a l e c o n o my , f e a s i b i l i t y r e s e a r c h 辽宁工程技术大学工程硕_ } 学位论文 1概述 1 . 1霍林河矿区概况 1 . 1 . 1 矿区位置、交通 霍林河矿区位于内蒙古自治区通辽市西北端， 在霍林郭勒市和扎鲁特旗境 内， 南邻赤峰市的阿鲁科尔沁旗，西北与锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗毗连。地理 坐标东径 1 1 9 “ 0 8 ’-1 1 9 0 4 6 ，北纬 4 5 “ 1 0 ’- - - 4 5 “ 4 0 。煤田东北 自包尔呼 吉起，西南至沙尔哈达止，长 6 0公里，宽约 7 1 0公里，呈北东西南带状展 布。 作为两盟一市的经济结合部， 矿区对外通道主要是通霍公路和通霍铁路。 通霍公路 由霍林郭勒市经鲁北至通辽市为国道 3 0 4 线，全长 3 2 4公里; 通霍铁 路由霍林郭勒市的珠斯花站经兴安盟的西哲里木、 科尔沁右翼中旗、通辽市的 扎鲁特 黄花山至通辽市，全长 4 1 7公里;通霍铁路、3 0 4国道、1 0 1省道 连接着通辽、 锡林浩特、乌兰浩特等城市 和地区， 经通辽大虎山 大郑线 到 锦州港即可航运，对外交通便捷。另有 1 5公里的矿区铁路专用线在珠斯花站 接 轨 ， 矿 区 虞 炭 可 直 接 外 运 。 矿 区 位 置 及 交 通 见 霍 林 河 煤 田 位 置 图 图1 - 1 o 1 . 1 . 2 矿区地形、地貌、水文、 气象 霍林河煤田地处大兴安岭南部脊部， 为一山间断陷盆 地。 四周为 1 1 0 0 - 1 3 5 。 米的中低山峦所环抱; 盆地内 部地势平坦， 东北和西南两端为丘陵， 中间 则是广阔的波状平原;西南高，东北低， 海拔高度9 4 0. 8 7 0 米，高差7 0 米左 右 。 霍林河为矿 区附近主要水系，发源于南部约 3 0 公里的罕山北麓，流经勘 探区东缘， 与查格达布拉格和热木特季节小河汇合后于东北部流出矿区， 于高 力板一带潜入地下， 全长2 5 0 公里， 河宽不足6 米，深度一般0 . 5 -1 . 5 米， 1 9 7 3 年 4月至 9月测得最大流量为 1 立方米/ 秒，最小流量 0 . 3 7立方米/ 秒。 另外在矿区煤田中部二露天区北部呈东西方向分布着三个咸水湖，1 9 8 9 年8 月实测面积自 西向东分别为 辉特扎哈淖尔 1 . 0 2 平方公里、 敦得诺尔0 . 8 5 平方公里、 扎哈诺尔 0 . 4 9 平方公 里， 平均水深分别为0 . 6 9 米、 1 . 2 6 米、 1 . 1 3 米， 积水容积为 7 0 2 5 5 6 立方米、 1 0 6 9 2 1 立方米、 5 5 1 9 2 5 立方米， 水面标高 9 2 6 . 9 8 辽宁T程技术人学工程硕士学位论文 眯各 F I 铆 圈 啊 v - 胭 m ;1K ---M 0ta F } IFR 3N MF w} 厂 w 谓 一嫌 麟 协 .} nw w}; 7t}w wbF 蒸 mR T CSB rA K s. maC1 e \a m m bw}i1* a 黔 攀 罄 套 } { 蓉 蔡 攀 } } ,II }“ - 1v}w IMi q* u }}c } Se Fw y1 } YEC R 霎 F 图 1 -1霍林河煤田位置及矿区交通位置图 辽宁T . 程技术大学工程硕十学位论文 米、9 3 4 . 9 0 米、9 3 6 . 1 2 米。 盆地内尚有因暴雨形成的暂时性地表水流，沿沟谷流出，到沟 口一带即渗 入第四系沙砾层中，是地表局部形成沼泽湿地。 气候条件据霍林河气象站 7 3 -8 1 年资料总结 年平均气温一 0 . 5 0C，极端最低气温一 3 7 . 6 * C，极端最高气温 3 3 . 6 0C。其中 一月 份平均最低气温一 2 0 . 9 0C ，七月 份平均最高 气温1 9 . 7 -2 4 . 9 0C 。全年变化 幅度为7 0 . 8 0 C，日最低气温在 0 ℃以下有 2 1 5 天，占全年的6 8 . 9 ，日最低气 温在一 2 0 ℃以下为 8 5 天，无霜期 9 1 -1 3 4 天。 年降水量平均 3 8 0 . 5 m m ，其中降雨量占全年降水量的8 6 . 9 ，降雨天数为 4 3. 5 7 天。雪季为9 月中旬至翌年5 月中 旬，降 雪日 数平均 3 5. 4 4 天，占降 水量的1 3 . 1 0 矿区 风较大，年平均大风天数 五级以 上 1 6 7 天， 六级以 上7 2 . 3 天，八 级以上 5 6 . 8 天，风向以偏西风最多，占4 1 0 冻土从 1 0月上旬开始结冻，七月中旬化透，冻土期为 2 3 6天，冻土深度 最大可达 2 . 3 5 米口 1 . 1 . 3煤田地质 霍林河盆地周围出露的地层有古生界石炭二迭系轻变质岩、 中生界侏罗系 上统火山碎屑岩及上侏罗一下 白奎系统陆相碎屑岩 也称霍林河组 、新生界 第四系冲击地层。 含煤地层为中生界上侏罗一下白 坐系霍林河组， 属陆相沉积， 新生界第四系纪层以不整合复于其上。含煤地层中的岩石主要为粘土层 ， 砾岩 和细砾岩、粉砂岩 、粗砂岩、泥岩、中砂岩和细砂岩，少许的碳酸t Fn n . 结核及胶 质岩石， 属半坚硬岩石， 岩石强度为中硬一较软， 一 般 f 2 . 1 -3 . 2 ， 少量中硬 岩，f 3 . 3 -5 . 1 。 全区除较大沟谷有基岩出 露外， 其余均被第四系黄土覆盖。 整个煤田为一宽缓向斜构造，向 斜轴与煤田 伸展方向一致，大体为北2 2 “东。 含煤地层主要发育于向斜东翼，西翼发育较差，煤层急剧分岔尖灭，工业价值 不大。向斜两翼地层倾角不一，略呈不对称性，东翼倾角一般较缓，但近露天 部分稍陡。平均倾角 8 。 . 1 3 区内断层 比较发育，大致可分为 N E向走向的张性正断层和 N W向或近 S N 向 斜交正断层，斜交断层一 般切割走向 正断层。 辽宁工程技术人学下程硕士学位论文 1 . 1 . 4霍林河煤田资源分布情况 霍林河煤田走向长 6 0 公里，宽 7 1 0 公里，包括四个勘探区，由北向南 依次是北部普查区、沙尔呼热区、二露天区、西南部详查区，其中北部普查区 相对独立，另三个勘探区连成一片。 矿区总体规划范围是全部四个勘探区，总含煤面积 4 4 3 . 8 平方公里，总地 质储量 1 1 9 . 2 亿吨。井田 划分是将适合大型露天矿或井工开 采的 沙尔呼热区、 二露天区、西南部详查区三个勘探区划分为沙尔呼热、扎哈淖尔两个露天矿田 和十一个矿井 一井一十一井 井田; 露天开采境界基本上按境界剥采比n ; 4 立方 米/ 吨、 局部n ; 7 立方米/ 吨圈定， 露天开采境界以外的储量划给十一个矿 井开采。各井田总工业储量为 1 0 5 . 3亿吨，可采储量 8 1 . 7亿吨;其中先期开 发的两个露天矿 田内工业储量 2 8 . 7 亿吨， 可采储量 2 6 . 7亿吨。矿区储量汇总 见表 1 -1 所示。 矿区建设按照 “ 分期进行、滚动发展、逐步扩大规模”的原则组织实施。 建设和规划在建的有沙尔呼热南露天煤矿 年产原煤 1 0 0 0 万吨 、 沙尔呼热北 露天煤矿 年产原煤 1 5 0万吨 、鲁霍公司扎哈淖尔露天煤矿 年产原煤 1 0 0 万吨三个露天矿。近期要在充分发挥现有沙尔呼热一号露天矿 1 0 0 0 万吨/ 年 的能力基础上， 先开发扎哈淖尔露天 矿田， 扎哈淖尔露天矿初期由5 0 万吨/ 年 扩能为 5 0 0万吨/ 年，沙尔呼热一号露天矿在 1 0 0 0万吨/ 年的能力基础上扩能 为 1 5 0 0万吨/ 年。沙区北露天矿 1 0 0 0万吨/ 年，计划到 2 0 2 0年，矿区规模逐 步达到 3 0 0 0万吨/ 年。 霍林河煤田区内煤的牌号为老年优质褐煤， 特点是容易点燃，燃烧进行彻 底，灰呈粉末状 ，易排出，且灰中火不易熄灭。煤炭在露天堆放容易 自燃。自 燃期夏季为3 个月，冬季为 5 个月，着火 深度一般在煤堆上部约 1 一1 . 5 米， 属易自 燃煤。 三个已经开采的露天矿商品煤煤质有较大差别， 主要原因一是 煤 芯的煤质指标有差别，二是煤层结构差别较大，使商品煤含研率不同所致。平 均发热量 Q 。 ， a d 分别是沙区南露天煤矿 3 1 4 2 千卡/ 千克， 沙区北露天 矿 3 工 9 0 千卡/ 千克，扎哈淖尔露天煤矿 3 5 8 8 千卡/ 千克。 辽宁T程技术大学丁程硕士学位论文 表 1 -1霍林河矿区储量汇总表 露 天矿 、矿井名 称 能利用储量 万吨 服务年限 年 备 注 积印 ，K 面 沙区一号露大矿1 8 6 8 2 3 7 5 8 6 6 0 6 1 A B ②西南部详查区D 级储量一部分; ③矿田范围以外的储量。 1 . 2霍林河南露天矿的生产现状 1 . 2 . 1 目 前生产采用的开采工艺 霍林河南露天煤矿地处霍林河煤田沙尔呼热一号露天区内。 一号露天区为 霍煤集团露天煤业股份公司目 前主开采区域， 开采面积3 4 . 0 0 1 3 平方公里， 总 探明储量 2 5 . 8 6 7 1 亿吨， 其中适合露天开采 1 3 . 8 7 0 7 亿吨 经2 0 0 1 年6月3 0 日 核准 ，适宜井工开采 1 1 . 9 9 6 4亿吨。 现一号露天区内 有南、北两个露天矿 正在生产。开采境界内资源现状分析见表 1 -2 . 霍林河南露天煤矿是我国 第一座自 行设计、 自己 建设的现代化大型露天煤 矿。总体设计规模为 1 0 0 0 X 1 0 吨 / 年，分两期建成。 一期 3 0 0 X 1 0 吨/ 年工程 于 1 9 8 1 年 9月 1日破土动工，1 9 8 4 年 9月 1日建成投产，达到年产 3 0 0万吨 商品煤的生产规模，此期间采用的生产工艺 采煤和剥离均为单斗 - 卡车间 断工艺。 二期 7 0 0 X 1 0 吨/ 年扩建工程于 1 9 8 9年 9月 1日正式开工，1 9 9 2年 9 月 3日移交投产，1 9 9 4年形成 1 0 0 0 X 1 0 」 吨/ 年商品煤的生产能力。该矿的生 辽宁下程技术大学T程硕十学位论文 表 1 -2一号露天区南、北露天开采境界内资源现状 矿别井田面积 k . 开采境界内露 天 开采储量 截i r 2 0 0 2 年底 累计动用储量 2 0 0 2 年底露天 开采保有储量 亿 吨 亿 吨 亿吨 南露大煤矿 北露天煤 矿 2 1 . 8 4 8 29 . 1 1 9 60 . 6 2 4 7 8 . 4 9 4 9 1 2 . 1 5 3 14 . 7 5 1 10 . 1 1 0 7 4 . 6 4 0 4 合计 3 4 . 0 0 1 31 3 . 8 7 0 70 . 7 3 5 4 1 3 . 1 3 5 3 产剥离一直沿用原有的单斗 卡车推土机排土的间断工艺， 采煤则随着 扩建工程的移交改为单斗一一卡车一一半固定破碎站一一胶带输送机半连续 工艺一直至今。 1 . 2 . 2南露 天煤矿生产现状 从历史上看 ， 由于是 分期建设，南露天矿在 1 9 8 8年 以前执行 的是 3 0 0 X 1 0 t / a 初步设计，1 9 8 8 年以 后逐步过渡， 执行 1 0 0 0 X 1 0 t / a 扩建设计。 由自己设计并建设单斗一一卡车生产工艺的大型露天煤矿在我国煤矿的发展 史上还是第一次， 无论是设计部门， 还是建设施工单位都没有这方面的经验。 加之长期以来 与矿区相配套的电 厂建设滞后于矿区建设， 所以南矿一直很难达到设计的 生产 能力。从 1 9 7 9年到 2 0 0 1 年底，南矿共发生 剥离量为 1 5 8 6 8 . 0 2 X 1 0 m ， 采煤 5 1 1 5 . 1 5 3 万吨，生产剥采比为3 . 1 0 m 八 每年的产量情况见表 1 -3 所示 。 该剥采比与沈阳煤炭设计院初设提供的 1亿吨内的均衡生产剥采比 3 . 7 0 m 3 八 相比， 共计欠剥2 6 6 4 . 3 9 X 1 O V。 剥离欠量较大、 煤层采掘比 例失调较严 重。 从该矿煤岩赋存上来看， 该矿含煤地层为中生界晚侏罗系霍林河组， 属陆 相沉积，新生界第四系地层以不整和覆于其上。 煤田 为一宽缓向斜构造， 含煤 地层主要发育向斜东翼， 平均倾角为8 -1 3 。 煤质为老年褐煤， 煤的类型属半 暗 一半亮型。空气干燥基弹筒发热量 Q b , a d 平均为 4 1 0 1 千卡/ 千克。在霍 林河含煤地层中的岩石主要为粘土岩、 砾岩和细砾岩、 粉砂岩、 粗砂岩、泥岩、 中砂岩和细砂岩 ，少许的碳酸盐结核及其胶结岩石，属半坚硬岩石。区内地貌 为侵蚀性剥蚀山地和山 间盆地两部分， 海拨 1 1 0 0. 1 3 5 0 。 之间， 起伏较大。 本 辽宁工程技术大学 「 程硕 卜 学位论文 表 1 -3 霍林河南露天煤矿 1 9 7 9 年2 0 0 1 年产量汇总表 年份 吨 .i 方米 立方米 立方 米// 0 -h 1 备 注 1 9 7 9 1 9 8 0 1 9 81 1 9 8 2 1 9 8 3 1 9 8 4 1 9 8 5 1 9 8 6 1 9 8 7 1 9 8 8 1 9 8 9 1 9 9 0 1 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 6 1 99 7 建 设 剥 离 小 计 242cU. 24日 即 315瑞姗249255258272289313296387 4666273926570694587958489S5468237664川500700100 4 7 4, 1 , 1 9 0 , 1 , 5 1 0 , 1 , 7 2 8, 2 , 0 6 1 , 3 , 1 9 6 , 3 , 5 3 1, 3 , 4 0 3 , 3 , 2 3 3 , 2 ，8 3 8 ， 3 , 5 0 0 , 3, 5 42 , 4 , 0 4 7 , 3, 5 26 , 6 5 8 , 6 6 3 8 , 3 3 8 , 9 0 7 1 , 3 2 8 , 6 1 6 5 , 2 1 4 , 9 2 4 5 , 5 5 2 , 1 3 8 2 , 0 1 3 , 9 0 9 4 , 6 3 3 , 7 1 3 5 , 1 6 3 , 4 7 5 5 , 4 3 7 , 9 6 4 5 , 4 1 1 , 0 6 3 6 , 5 6 4 , 0 9 6 8 , 7 9 4 , 7 6 9 8 , 6 6 8 , 9 5 0 8 , 3 6 1 , 7 1 4 7 , 7 1 4 , 4 9 2 1 0 , 1 0 3 , 6 1 3 1 1 , 1 0 3 , 1 8 9 1 2 , 0 7 1 , 0 9 6 . 1 3 . 6 8 1 . 0 0 0 3, 1 6 0. 0 0 0 ; . ; ; 1 , 0 0 3. 4 9 0 7 1 7 , 7 0 0 4 , 0 7 0 , 0 0 6 6 , 3 7 0 . 0 0 0 2, 41 0. 2 7 2 1011121314巧16171819 2 0 1 99 8 2 1 1 9 9 9 2, 7 9 4, 3. 1 8 0, 9 , 4 8 6 , 9 0 0 11 , 9 2 9. 0 0 0 2 2 2 0 0 0 3 , 3 3 3,1 1, 9 2 9. 0 0 0 2 3 2 0 01 4 , 1 3 61 6, 1 0 0, 0 0 0 合 计5 1 , 2 3 1 ,1 4 6 , 4 4 0 . 2 4 3 3 8 , 8 2 4 , 7 1 0 2 . 85 3 8. 8 2 4. 1 1 0 n , n︺八钊行了 门n曰1 n︹只7. 区属典型的大陆 性半干燥气候，冬季严寒，夏季炎热， 年平均气温为 一 。 . 5 “， 极端最低气温- 3 7 . 6 0，极端最高气温 3 3 . 6 0。矿区风较大，年平均大风天数 5 级以 上 1 6 7 天， 6 级以上7 2 . 3 天， 8 级以 上5 6 . 8 天， 风向以偏西风最多， 占 41 . 上述复杂多变的煤岩赋存状况、 工程地质和水文条件在一定程度上增加了 该矿单斗 -卡车工艺的不协调性和进行工艺变革的复杂性。 从剥采现状上来看，南露天矿随着露天采场的逐步降深，南坑、北坑与配 采坑三个采区的接续发展已 到了关 键的时期。 当前的采矿条件面临着许多的困 难 人们已经发现该矿的地质构造与原地质勘探的情况差别较大。 原沿走向布 置的 F 断层以西，在 F ; , F ， 断层上又派生了许多小断层 这些小断层在原地质 报告上没有出现 。F 。 断层的发育和系列化给生产带来了很大困难。与此同时， 由于几个煤层的煤质不同，当前为满足用户需求的煤炭质量，经常需要进行搭 辽宁丁程技术大学工程硕 士学位论文 配开采，这就使大型挖掘机调动频繁，严重影响了采运设备效率的发挥。再者 伴随着采场的延伸和接续推进，剥离卡车的外排运距大大地增加，在诸多因素 影响下，近期难以实现内排。以上不利因素使该矿生产成本逐年 上升，经济效 益己受到严重影响。 为解决上述问题，南矿近几年在开采的过程中，为减少剥采 比己经采取 了 压缩作业平盘宽度、在可能技术条件下增大工作帮坡角等方法，已求降低年度 生产剥采比，从而降低生产成本，但在新的的开采程序实施过程中仍存在如下 问题 1 平盘宽度出现极限最小。现在坑下采场的作业平盘宽度变为 1 0. 3 0 米，部分缓采台阶基本上靠死或留 有保安平盘，露煤沟底宽度最宽不超过 米， 最窄不 足 巧米。 2 各煤层的走向 露煤宽度变小。 除留有二量的煤层外， 其它各煤层露煤 宽度均不足 3 0 米。 3 录 9 采比近期内难以 均衡。1 9 9 9年原霍林河矿务局改制后，南矿依据 矿山生产的实际情况，结合产销关系、市场条件及采矿技术要求对南露天矿进 行了长远规划设计。从设计的思路来看，即使保证目前的开采方式和平盘宽度 不变的情况下，每年剥采比都在逐渐增大， 特别是后几年幅度较大，最高达到 4 . 4 立方米/ 吨。若以 后每年仍按3 . 0 立方米/ 吨的剥采比发展，将会造成各台 阶全部靠死而无法开采的局面。 4 接续开采比较困难。 由于南坑煤层赋存属低热值区及北坑地下水位降 深滞后等因素的影响，目前南、北两坑的西部帮基本保持不动，按最终帮坡角 向下靠帮，北配采坑西部以 F * 断层为界按最大工作帮坡角 即平面上分别按 1 0米、3 0米向上靠帮。这样，目前的西帮必将 以最终帮的形式出现 。假如 以后的最终位置再向西推进，则需要庞大的基建量进行扩帮。 所 以如何寻找一 个合适的接续位置进行设计， 同时保证在增加很大部分剥离量 每年增加3 0 0 - 1 8 2 3万立方米的基础上，使运距有较大幅度的降低就显得极为困难。 5 内排土场利用和建立速度受到制约。从 目前相当长的一段时期上看， 尽管采取了分区分期开采，北配采坑加大了年推进量 ，延伸较快，但由于目前 压着南、 北采区的内排空间的 1 4 煤和 2 1 煤两个煤层的煤炭质量的高灰分、低 辽宁下程技术大学下程硕 卜 学位论文 热值以及剥采 比较大等实际问题的存在， 这部分的煤层开采需要上部一定量的 1 4 煤层进行搭配开采， 加之各采区底部水疏干设备老化、 地下水赋存力场的波 动不稳定等问题仍很难解决。疏千排水压力的加重，直接影响着矿 山整体生产 能力。 造成内排土场利用和建立速度滞缓， 从而使该矿卡车运输成本由于运距 迟迟无法降下来造成剥离卡车运输成本直线增加。 综上所述，南矿目 前剥 采现状严峻， 这将给该矿 “ 煤质搭配、产量接续、 能力增加以及剥离洪峰到来时剥采比的平稳过渡” 等带来严重的后果。 1 . 3 课题的 提出及意义 霍林河南露天煤矿原设计能力为 I O M t / a ，为单斗 - 一一卡车工艺。该矿于 1 9 7 9年开工，分两期建成，生产剥采比为 3 . 1 2 .3 . 5 m 八 。1 9 9 2年 9月正式达 产。主要生产设备初期为 R H -7 5 液压挖掘机和 7 5 B自卸卡车，扩建时增补斗 容为 1 2 m ， 的 W D -1 2 0 0 型和斗容 1 4 m ， 的 W K -1 O B型单斗挖掘机和 6 8 t , 1 0 8 t自 卸卡车。 工艺系统为采煤半连续工艺和剥离单斗卡车开采工艺两套比较成 型的开采工艺系统。在二期 7 0 0万吨/ 年生产能力扩建时，很多学者和研究部 门对南露天煤矿的开采条件和己经形成的单斗卡车工艺系统、 各种地面设 施等作了 认真地分析， 一致认为霍林河南露天 矿所采用的单斗一 一 卡车工艺是 适应该矿多煤层结构复杂矿体及硬度较大、 赋存不规则的硬岩层开采， 适应寒 冷及风沙大的采矿作业条件，适应选采、提高煤质和提高回采率等作业要求。 单就 目前该矿所采用的单斗卡车工艺而言，基本 上可以达到这些要求。 但 是通过二十多年的应用实践，也反映出单斗一一卡车工艺具有一些明显的弱 点。首先是燃油耗量大，平均占 直接生产费用的 1 2 . 1 5 ;二是轮胎消耗多， 一般占直接生产费 用的 3 . 6 以上 三是备件及维修量大，一般占直接生产费 用的2 0 以 上 参见表 1 -4 所示 。 卡车使用的较高成本己经成为制约南露 天 矿成本节余的 “ 瓶颈”。 因此，要想改善单斗一一卡车工艺的经济效果，必须不断对现有的煤、 岩 开采工艺方向做进一步的研究 尤其是在生产时期 ; 而缩短卡车的 运距、 减 少卡车使用数量则是研究中的关键。 辽宁T程技术大学工程硕十学位论文 表 1 -4霍林河南露天煤矿单斗卡车工艺指标情况表 年 度1 9 9 6 1 9 9 7 1 99 8 1 9 9 9 2 0 0 0 2 0 01 2 0 0 2 平均 成本 元 / 吨 各 件 2 7 . 9 2 6 . 8 2 7 . 9 3 3 1 2 . 9 1 4 . 3 5 . 5 3 . 8 4 6 . 3 5 1 . 1 2 5 . 7 9 2 4 . 4 72 3 . 7 9 燃 油 轮 胎 2 4 1 0 2 1 1 41 0 . 9 3 . 3 2 4 . 6 1 2 . 1 5 n乙门一 qn乙 5月马 q曰n乙 乙.n曰 Q︺门乙80洲312 二项计 3 . 5 3 7 . 9 3 . 2 3 8 . 1 3 8 . 2 3 5 3 . 6 4 0 . 3 参照 2 0 0 0年霍煤集团南露天煤矿所做的 霍煤集团南露天矿十年长远规 划设计和 2 0 0 3年 6月沈阳煤炭设计研究院提交的 霍林河南露天煤矿改扩 建工程 设计规模 1 5 万吨/ 年 初步可行性研究报告 可知， 随着南露天矿开 采布局的调整和开采重心的逐渐北移，剥离卡车外排的运距将逐年增加，最大 时达 4 . 4 0 k 。之多，即使在采矿工程的延深发展过程中考虑到到剥离物全部实 现内排的可能性，其运距也在 2 . 0 -3 . O k m左右。由此可见，剥离运输系统是 本着尽量减少卡车运距，就近排弃的原则而进行布设的，关于这一点，我们从 霍林河南露天煤矿改扩建工程 设计规模 1 5 0 0 万吨/ 年初步可行性研究报 告中看出。 在此项初步可研报告中，南矿未了尽量减少卡车运距，剥离运输 系统 采取了多排土场、多出口 的措施。2 0 0 8 年露天矿改 扩建 1 5 M T / a 达产时， 为减少卡车运距，上部平盘就近排至西排土场，北一采区排至境界内暂设需二 次剥离的临时排土场和沿帮排土场。 下部平盘排至内 排土场。 2 0 1 3 年转向后工 作面向北一采区沿煤层推进时， 上部平盘往西、 南两个排土场排弃， 下部内排。 2 0 1 8 年以后，位于北一采区的临时排土场将彻底二次剥离搬走。关于这一点， 我们从其排土工程进度计划上看， 2 0 0 3 年一2 0 1 2 年， 约有6 4 0 0 X 1 0 丫的剥离 物排至东排土场， 其平均运距为3 . 8 0 k m , 8 0 0 X 1 0 丫的剥离物排至沿帮排土场， 3 7 2 8 X l O W ， 的剥离物由于排至北一采区境界内需要二次 剥离至西排土场。 两次 剥离其平均运距约为 2 . l l k m , 2 0 0 3 年一2 0 2 2 年约有 3 1 1 1 1 . 7 X 1 0 m 的剥离 物 排至西排， 2 0 4 7 2 . 9 X 1 0 “ 耐的剥离物排至南排土场， 2 5 1 7 1 . 8 X 1 O W的剥离物排 至内 排， 其运距分别为3 . 2 7 k m , 3 . 7 6 k m , 2 . 2 6 k m 。 通过上述剥离运输系统的布 设以及未来外排的货流分配情况， 我们可以清楚地看出南矿继续按照 目前的开 辽宁下程技术大学工程硕 卜 学位论文 采工艺发展，每年在采掘场的中上部，约有 3 -5个剥离台阶，卡车运距最长 达到3 . 5 - 4 . O k 。 左右， 年工程量约8 0 0 X 1 0 “ m -1 2 0 0 X 1 0 W。 如何对矿坑内卡 车运距较远的这部分剥离量的运输工艺做进一步的改造，缩短卡车运距， 避免 发生二次剥离量，已成为南露天矿实现对现有的煤、岩开采工艺作进一步改造 研究的关键。本课题的提 出正是基于此点考虑，本着最大限度利用各种工艺之 优势，取得最佳经济效益 的原则。试图在前人研究的基础上，全面结合目前南 露天矿的开采现状、 地质条件、 开采规模和开采强度等实际状况， 充分利用此 次改扩建的实施机遇，因矿制宜地提出在充分利用现有工艺设备及设施的基础 上，配之 以必要的技术改造和资金投入， 实现和建立中上部部分剥离物应用半 连续工艺。 这对于今后确保南露天矿正常煤炭接续生产 包括高发热量、 低硫 商品煤生产 、产量的扩大，甚至弥补欠量、降低运距，进而降低采矿成本等 方面无疑具有相当重大的现实意义。 另外 ， 霍林河南露天矿己分别于 1 9 8 8年和 1 9 9 2年投入使用两套采煤半连 续工艺系统，十几年的运行实践已经充分证明其经济效果一 十 分理想。半连续工 艺 所使用的半固定式破碎机、 转载机、 胶带 输送机等关 键环节的检修使用和移 设等都具有了较为成熟的技术经验，尤其是 2 0 0 0年，南矿为了降低原煤的卡 车运输成本，依据 霍林河南露天矿十年长远规划设计 ，对一号破碎站移设 步距和位置、移设后破碎站破碎煤量分配情况、高倾角输煤胶带运输机系统及 载荷输煤胶带封 闭型支护技术等方面进行了研究、论证和设计。成功地实施了 “ 1 号破碎站的移设”。其 “ 当年移设，当年建成，当年投入使用”的成功经 验 ，对本课题 的研究无论从理论和技术上来讲 ，都 是可 以借鉴的。 总之，在总结已 有的生产经验及分析存在问 题的基础上， 提出挖掘潜力、 完善现己形成的单斗卡车工艺系统技术指标， 实现剥离半连续_ 〔 艺是南露 天矿降低成本， 提高经济效益的必要途径。 当人们认识到岩石破碎后再排弃掉， 虽然做了无用功，成本仍可降低时， 就会完全认识到实现剥离半连续工艺的可 行性和合理性。另外， 在霍林河南露天矿能 大量地应用半连续工艺， 这不仅可 以为矿区的机修制造行业提供相应的基础条件和广阔的市场空间， 同时可以推 进我国露天开采技术向前发展，其现实意义也将十分重大。 1 . 4国内外半连续工艺发展概况 辽宁工程技术人学工程硕士学位论文 1 . 4 . 1 半连续工艺的 发展状况 半连续开采工艺系统是在连续开采工艺和 间断开采工艺两种基本工艺方 式基础上发展起来的。它兼具连续工艺和间断工艺的优势，形成了颇具竞争力 的新工艺方式。 露天矿半连续工艺系统中，一部分为连续工艺环节，另一部分为间断工艺 部分，其产生的矿岩货流部分为连续流，部分为间断流。因此，构成半连续工 艺系统的生产环节数往往很多。对常用较简单的半连续工艺系统，至少有五个 环节采装环节、间断运输环节、连续运输环节、间断与连续运输的破碎转载 环节及排卸环节。从设备角度看，如果每台独立设备作为一个子环节，则单一 设备子环节数量将会更多。比如霍林河南露天矿半连续采煤工艺系统是山单斗 铲、 卡车、破碎机、胶带输送机及装车仓组成的半连续工艺系统，单台设备子 环节数达数十个。 半连续开采工艺的真正兴起只有 2 0多年的历史，但在实际应用中己展现 出强大的生命力。 世界上第一个采用该工艺的矿山是原西德汉诺威市诺德水泥 公司的石灰石矿 1 9 5 6 年 。 采场破碎机为克虏伯公司研制的一台能力 2 5 0吨/ 小时的移动破碎