煤矿开采论文煤矿开采技术论文基于胜利一号露天煤矿6号煤层应用露天采矿机的探讨

煤矿开采论文煤矿开采技术论文：基于胜利一号露天煤矿6号煤层应用露天采矿机的探讨摘要:结合胜利一号露天煤矿二期工程6号煤层的开采工艺，介绍露天采矿机的型式、原理、工作方式、技术规格及优缺点，并对6号煤层应用露天采矿机工艺的可行性进行了定性和定量的分析。关键词:露天煤矿；二期工程；6号煤层；露天采矿机1、胜利一号露天煤矿简介胜利一号露天煤矿是神华北电胜利能源有限公司兴建的大型现代化露天煤矿，位于煤田的中西部，距锡林浩特市6km，行政区划隶属锡林浩特市宝力根苏木。该矿一期规模10Mt/a，二期规模20Mt/a，平均剥采比3.01m3/t，最大开采深度为150m。含煤地层为白垩系下统胜利组，主要可采的5号、6号煤层，平均自然厚度分别为18.16m、36.64m，占总储量的90%以上。煤层倾角近水平，一般3～5°。矿田水文地质勘查类型为第一类第二型，工程地质条件中等。可采煤层均为褐煤，平均发热量（Qnet，ar）13.38～13.80MJ/kg，属于中灰—中低灰煤，低硫、低磷、中等发热量，是良好的动力用煤和民用煤。矿田面积34.3607km2，地质资源储量19.68亿t，可采储量18.82亿t，服务年限95a。2009年12月15日，国家能源局对胜利一号露天煤矿一期10Mt/a建设项目的主体工程进行了竣工验收，并通过验收。2、实现二期规模时的开采工艺方案本矿实现二期规模时的开采工艺经过初步设计的比选方案优化，并由建设单位评审、确认、最终设计推荐剥离采用单斗—卡车开采工艺；5号煤层采用单斗—卡车＋地面破碎站-带式输送机半连续开采工艺；6号煤层采用单斗—卡车＋坑内可移式破碎机—带式输送机半连续开采工艺。3、6号煤层应用露天采矿机开采的工艺方案3.1、6号煤层应用露天采矿机开采的工艺方案的提出6号煤层是本矿最大的主要可采煤层，煤层倾角小于5°，发育最稳定，结构简单、夹矸少、发热量高，不需要爆破。在露天矿一期达产期间（2008—2028年），本煤层年产量占露天年产量的53.9％～66.6%。在二期修改初步设计《评审》时根据胜利一号露天煤矿的煤岩赋存条件，国内、外露天开采技术与设备的发展水平及设备价格等因素，认为《修改初设》推荐的6号煤层采用单斗—卡车+坑内可移式破碎站-带式输送机半连续开采工艺是适宜的，技术上较为可靠，经济效益也较为显著。为降低投资和开采成本，建议对采用SM-4200型露天采矿机方案代替可移式破碎机和部分单斗挖掘机—卡车方案的可行性进行技术经济比较，供业主决策。本文以胜利一号露天煤矿为原型，重点研究了6号煤层应用露天采矿机工艺的可行性。3.2露天采矿机的型式、原理、工作方式和技术规格露天采矿机应用于露天煤矿中确属一种新型设备，也是近年来发展起来的一种采矿设备。长期以来，它是从事筑路机械专业工程技术人员为了解决在石油危机中沥青价格高涨，而需将沥青循环使用，并受井工长臂式采煤法中的滚筒式采煤机切割及攉煤原理的启发，而研制一种铣刨机，用作当时的修路机械。但这种连续工艺显然也能用于露天矿山的采掘中，且能开采比较坚硬的石灰石矿、硬石膏矿等。然而，这种新型设备在80年代，曾在霍林河露天煤矿推广使用，当时由于这种设备的研制时间较短、备品备件不充分、有关的经验、资料尚不充分等等原因而未得到推广。3.2.1露天采矿机的型式目前，世界上使用的露天采矿机根据其切削单元设计不同分为前悬臂切削单元、前置切削单元、中置切削单元3种。3种切削单元设计各有优势，其中切削单元在中置的维特根露天采矿机使用较多。该机型在同样切削能力情况下机器自重最轻，并采用了铣刨、皮带装卸的联合技术，无需进行钻孔、爆破、采装、破碎等环节，使采矿工艺简单化，实现安全高效生产。3.2.2露天采矿机的原理露天采矿机的工作原理与拖拉铲运机的开采方式相似，从层面开始由上往下层层剥皮，不同之处是前者破碎物料的工作机构为滚动前进，后者为直线前进。露天采矿机的切削、破碎、装运一次性完成，其中部（整机重心）接近地表的部分装有一个采矿切削滚筒（切屑能力和效率最高），它是该机的截割部件，其上装有硬质合金镶嵌的圆柄截齿。工作时，随着整体的直线前进，滚筒及截齿做圆周运动，从而切碎矿岩，切削效率高，并且工作平稳。其切岩原理类似井下滚筒采煤机，不同之处是一个切削侧面的煤壁，一个是切削底部物料。被切碎的矿岩由滚筒上的双螺旋线形挡板送到一个滑板上（滑板构成斜面）进而送到胶带输送机上（机器自带），再由输送机转载到自卸卡车或其它运输设备中。3.2.3露天采矿机的工作方式露天采矿机的施工方法有分层铣削法、分段铣削法。分层铣削法用于露天煤矿开采时，露天采矿机按照平行逐幅、水平逐层的开采方式。分段铣削法用于剥离、采煤台阶中可通过连续的切削，应用分段方式在已有的台阶上连续的工作。3.2.4露天采矿机的技术规格目前，维特根露天采矿机占全球露天采矿机的70%以上，经过30多年的积累和完善，其设备能力逐渐大型化、成熟化，其产品系列众多。其中最新款的4200SM型露天采矿机，最大理论切削深度为0.65~0.83m；切削宽度为4.2m；满负荷时油耗为284L/h；工作速度为0~20m/min；理论爬坡能力为20%；最大横向倾斜度为8%；整机自重172．4t；理论输料能力为2400m3/h。3.3露天采矿机的优缺点优点：（1）开采连续，工序单一。本机最大的特点就是集破碎、采掘、装载等工艺环节于一身，开采工艺简单，且作业连续，切割后的场地平整；采掘物料不需要穿孔、爆破，故省去了相应的设备、材料、人员及安全措施。（2）选采性能好。选采性能是该机的一个显著特点，是其它露天采掘设备无法比拟的，尤其在开采复合煤层时显得更为突出。它可通过其中置式转子的结构，高度选择性的开采煤层。通过r射线测试仪精确逐层采掘，把不同质的煤、夹矸分别开采出来，并与顶、底板分离，其分离精度可达10cm。开采厚度也是很小的，即使是150mm的煤（夹矸），也能顺利、经济的开采出来。（3）生产能力高。维特根公司生产的4200SM露天采矿机理论能力2400m3/h。（4）适应性强。该机能开采比较坚硬的煤岩，并适应于各种转载设备，如自卸卡车、带式输送机等。（5）能修筑道路、挖掘沟道和取料等。（6）建设快，成本低。缺点：（1）备品备件昂贵、供货周期长；（2）内燃驱动，在我国目前“节能减排”的大环境下，比电力驱动的耗能成本要高。4开采工艺方案对比为降低投资和开采成本，对采用SM-4200型露天采矿机方案代替可移式破碎机和部分单斗挖掘机—卡车方案的可行性进行技术经济比较。根据露天采矿机装运方式的不同，针对后卸料式的4200SM型露天采矿机可派生出露天采矿机（卸料皮带）＋卡车综合开采工艺、露天采矿机（侧面堆放方式）＋前装机＋卡车综合开采工艺和露天采矿机（落地堆料）＋前装机＋卡车综合开采工艺等设计了3种开采工艺方案。分析认为本矿应用露天采矿机开采6号煤层采用侧面堆放方式意义不大，因此，只对露天采矿机采用卸料皮带和落地堆料两种装运方式进行研究。4.1开采工艺方案开采6号煤层拟采用以下3种方案进行比较其最优。一方案：单斗—卡车+可移式破碎机综合开采工艺。二方案：露天采矿机（卸料皮带）+卡车+综合开采工艺。三方案：露天采矿机（落地堆料）+前装机+卡车综合开采工艺以上3种开采工艺方案的开采方式、开采参数、工作面转载设备、坑内转载设备及设备选型和数量见表1。4.2露天采矿机的能力计算SM4200型露天采矿机生产能力计算见表2。露天采矿机（卸料皮带）与自卸卡车配合作业见图1。4.33个开采工艺方案的设备3种开采工艺方案主要设备比较见表3。4.43个开采工艺方案比较综上分析，3种方案在技术上都是可行的，其设备投资及运行成本的比较见表4。一方案的优缺点：（1）优点：①单斗—卡车机动、灵活；②可移式破碎机成本低；③技术上较为可靠，经济效益也较为显著。（2）缺点:①工艺环节多，定员多；②坑内可移式破碎机属于一级破碎，粒度控制在300mm，根据市场用户的需求，在地面还需建二次破碎环节；③单斗挖掘机采装过程中有个别大块对自卸卡车的冲击损害大；④该工艺有10.90Mm3外包工程量；⑤投资大，完成6号煤13.08Mt所需设备比二方案多5122.13万元，比三方案多8150.73万元；⑥运行成本低，比二方案高338万元，比三方案低365万元。二方案的优缺点：（1）优点：①设备数量相对少、定员少；②噪音低、灰尘少；③减少处理大块破碎的辅助设备；④由露天采矿机（卸料皮带）破碎的6煤，直接装载自卸卡车，减少二次破碎环节；⑤设备投资比一方案少5122.13万元；⑥运行成本比一方案低338万元、比三方案低703万元；⑦一期已购2台液压挖掘机（斗容15m3）、4台自卸卡车（91t）的富余，可根据实际需要用于剥离工程，可减少外包剥离量，降低生产费用。（2）缺点：①该机燃油驱动；②工作线两端存在20~40m盲区，需其他辅助设备配合完成；③需国外引进，供货周期长，备品备件昂贵；④设备投资比三方案多3028.60万元；⑤该工艺在国内尚没有作为主采设备的先例。三方案的优缺点：（1）优点：①设备数量相对较少、定员相对少；②噪音低、灰尘少；③减少处理大块破碎辅助设备；④由露天采矿机（堆料方式）破碎6煤，减少二次破碎环节；⑤与二方案相比不存在等待卡车的时间；⑥设备投资比一方案少8150.73万元；比二方案少3028.60万元；⑦一期已购2台液压挖掘机（斗容15m3）、13台自卸卡车（91t）的富余，可根据实际需要用于剥离工程，减少外包剥离量，降低生产费用。（2）缺点：①该机燃油驱动；②需国外引进，供货周期长，备品备件昂贵；③与二方案相比，需采用前装机装载破碎后的6煤增加工艺环节；④与一、二方案相比，设备数量多，定员多，效率较低，管理复杂；⑤运行成本高，比一方案高365万元，比二方案高703万元；⑥该工艺在国内尚没有作为主采设备的先例。5结语本文只是根据编制《胜利一号露天煤矿二期工程6号煤层应用露天采矿机开采工艺方案论证》时的体会，认为3种开采工艺方案在技术上均可行，一方案（单斗—卡车+可移式破碎机开采工艺）在我国各大露天煤矿应用广泛。从设备投资、运行成本分析，二方案（露天采矿机+卡车综合开采工艺）优越，不过目前该工艺在国内尚没有作为主采设备的先例，且备品备件昂贵。建设单位应考察澳大利亚FMG铁矿的4200SM露天采矿机的实测能力及运行成本，并结合本矿已购SM2200-3800型露天采矿机的应用实践，尽快掌握露天采矿机的安全操作、高效生产，达到设备厂家要求的测试条件规定的测试能力和运行成本，为本矿二期扩建6号煤开采工艺的决择提供技术支持。