中国矿业大学学报bookmark0安太堡露天矿半固定式破碎站布设水平的优化李新旺、段起超2，张瑞新S刘宪权2，李志英1（1.中国矿业大学资源与安全工程学院。北京100083，2.平朔煤炭工业公司，山西朔州036006）摘*：半固定式破碎站布设水平的优化是半连续运煤系统能否取得更大效益的关嫔因素。结合安大鲞露天矿半连续运煤工艺的实际情况，归纳了毛煤卡车综合运距和肢带运距的计算公式，提出了单斗卡车间断工艺下当量工作线长度的计算方法。论述了该露天矿半固定式破碎站合理布设水平的优化方法，建立了优化目标函教，得出了不同方案的总费用并进行了技术分析，最终合理确定了破碎站布设水平结果表明：当上部剥离采用卡车运榆时，破碎站布设在4*煤底板上方60m时总费用最低，当上部剥离采用连续运输工艺时，破碎站布设在4*煤底板上总费用最低。

　　露天矿单斗一卡车一半固定式破碎站一带式纪，在我国，黑色金属矿山从上世纪70年代开始使输送机半连续开采工艺在世界上已应用近半个世用半连续开采工艺，露天煤矿起步于80年代。

　　基金目：国家自然科学基金“创新研究群体”项目（50221402）1国家重点基础研究发展规划（973）项目（2002CB412705）作为霍林河南露天矿、平朔安家岭露天矿和安太堡露天矿等千万吨级大型露天矿运煤工艺形式，对提高产量、增加效益发挥了重要的作用。

　　因半连续开采工艺具有间断工艺适应性强和连续工艺效率篼等优点，技术上采装灵活、配煤方便、管理简单，经济上缩短卡车运距、降低了生产运输成本、拓宽了单斗卡车工艺应用范围，在我国露天煤矿实际生产中具有较大的竞争优势。

　　半连续工艺能否取得更大效益，取决于该工艺诸多关键技术，半固定式破碎站布设水平的合理确定即是最重要因素之一，也是降低生产成本的有效保证。但调研发现，采用此工艺的生产矿山在生产实践中都存在许多问题。平面位置上，未能定期将破碎站移设到更接近坑内运煤重心，造成卡车运距不能明显减小、胶带运输低成本的优势不能充分发挥的尴尬局面；布设水平上，确定主观性强，大多凭经验布设在煤层底板或者矿坑端帮地表上。比如安太堡露天矿原来的运煤系统布设在4煤层底板上，采用内排土场留沟明胶带运输，造成沟道上部单环运输、效益降低，内排土场容积也大大减小。本文着重将归纳露天矿毛煤运输距离、间断工艺当量工作线长度的计算方法，通过对破碎站及运煤胶带系统布设水平所产生的上部土岩内排通道受阻而改变运输通道所增加的运输费用、沟道对内排土场容量的影响等的定量研究和综合分析，提出了总费用最小原则下深露天矿运煤半连续工艺中半固定式破碎站合理布设水平的优化方法，并成功应用于安太堡露天煤矿原煤系统改造中。

　　优化基本流程首先，按照生产过程及工艺，将运煤卡车和胶带运距及费用分别计算，进行单项技术要素独立分析；然后，将运煤沟道造成破碎站所在水平以上部分台阶单环运输增加费用进行计算；最后，根据上部土岩剥离运输工艺的不同，将涉及到的各部分费用相加，按照总费用最低原则，并考虑留沟土岩量对内排容积的影响等因素对破碎站位置进行综合优化。

　　基础计算公式卡车运距计算如图la所示，破碎站位于露天矿端帮，卡车由采场干道运输，可采煤层为n层，第i煤层到破碎站卸载点的运距为制坡度，一般取8%10%；Cq为道路展线系数；坑内水平附加运距，m；DCRS端帮运输距离，m；L⑴为第i煤层工作线长度，m.角，为破碎站与坑底煤层高差，m.第i煤层容重，t/m3.卡车运距计算胶带运距计算胶带运距按几何坐标和运输坡度相结合计算。D，=坐标差，为胶带坑内附加运距，m.运煤胶带明沟对内排容积的影响运煤明堑沟内除布设胶带输送机外，还要留出安全土挡、运输道、检修道和安全距离，沟底宽度一般达到75m，势必对内排容积和生产组织造成较大影响，特别是在煤层埋深大的露天矿。由图la可得出年占有内排容积公式当内排最终排弃标篼为原地表标高时，年缺少内排容积散系数；y为毛煤容重，t/m3. 2.4运煤胶带明沟对上部土岩卡车离运输的影响由图lb所示，在剥离采用单斗卡车工艺时，破碎站所在水平以下台阶（①区）仍可以双环运输，以上台阶（②区）受到运煤明沟的限制，分2种情况：靠近地表台阶只能通过未布设破碎站的一侧端帮运输，另一部分靠近破碎站的台阶也可以采用修筑临时通道，卡车经过胶带沟底爬坡的方式运输。

　　为确定究竟哪一台阶为以上2种情况的分水岭，本文引人了当量工作线长度的概念，即采场内下坡与内排土场内爬坡运输增加距离与正常双环运输工作线长度相加所得长度，从而简化了计算。

　　下，某一平盘工作线长度，计算方法与第i层煤相同，为剥离台阶与破碎站所在水平的高差，内排运输功的计算内排总运输功为的内排运距，m；其详细的取值如=2376万元。

　　表2破碎站设在不同标离水平的毛煤运输费用布设位置卡车运卡车运输单价/卡车运输km-1）费/万元总运输费用/万元4煤底板轳煤底板上30m 4煤底板上60m从表2可以看出，破碎站设在离煤层越近的水平，由于坑内卡车运距越小，运煤费用就越低。单从运煤来说，破碎站尽量放置在下部甚至是煤层重心水平才会最大限度地降低坑内卡车运距，降低运煤4.2增加剥离费用对破碎站造成上部剥离台阶单环运输时相对单一汽车工艺下双环内排所增加的运输费用汇总于表3.从表3可以看出，单从剥离内排运输费用来说，破碎站应尽量放置在上部甚至地表水平才不会由于运煤系统的影响增加剥离费用。

　　布设标篼位置正常运费/万元留沟运费/万元差值/万元单位运费/元4煤底板积煤底板上30m 4煤底板上60m 4.3明沟对内排影响运煤明沟布设水平标篼不同，占有内排容积也不尽相同。表4为留沟对内排的影响汇总。

　　表4留沟对内排离度的彩响沟设置位置沟深度/m底宽/m顶宽/m阶段沟量/万m3剥离量/万m3内排总容积/万m3实际容积/万缺少空间量/万m3增加篼度/m 4煤底板煤底板上30m 4煤底板上60m《安太露天矿天采程序和半连续工艺系统优化研究报告》。中国矿业大学（北京），2005.由表4可以看出，破碎站设置标高水平离煤层越近，沟道断面积、沟道量以及占用内排量就越大，内排土场由此增加的排弃高度就越大，在4煤底板时达到13.2m. 4.4总费用及位置优选1）若4煤以上土岩剥离仍然采用卡车运输排土时，破碎站标篼水平的选择就要考虑运煤费用和留沟产生的剥离费用的增加值。表5是破碎站布设在不同标篼水平时的总费用表。

　　此工艺下，破碎站布设在4*煤底板上方60m时总费用最低，这主要是由于卡车运输单价远大于胶带，由留沟产生的单环运输所增加费用就很篼，同时从技术发展来看，卡车运输费用高、缺点多，胶带运输已经成为大型露天矿的发展趋势。

　　裹5催滂站设在不网标离水平总费用布设位置总费用/万元备注4煤底板达产年4煤底板上30m达产年4煤底板上60m达产年2）若4*煤以上部分剥离采用连续运输排土岩时，总费用即为运煤费用和很少的沟道增加费用，此时应该将破碎站布设在4煤底板上，这样能充分发挥胶带运输的优势，但是对生产组织的要求比较篼。

　　结论依照单斗一卡车一半固定式破碎站半连续开采工艺的生产过程，归纳了采用上述工艺与开拓方式下，露天矿毛煤卡车综合运距、胶带运距的计算公式，特别是提出了间断工艺下当童工作线长度的计算方法；结合安太堡矿运煤系统的实际情况，分别计算了卡车、胶带运煤费用和造成内排单环运输增加费用，根据上部岩石剥离工艺不同，将涉及到的相应费用相加得出方案总费用，按照总费用最小原则，安太堡露天矿当上部剥离采用卡车运输时，破碎站布设在4煤底板上方60m时总费用最低；当上部剥离采用连续运输工艺时，破碎站布设在4煤底板上总费用最低；建立总费用最小的优化目标函数，将总费用层层分解，对单项指标分别计算，最后进行经济技术综合分析的优化方法对于采用端帮破碎站、胶带运输机压帮堑沟式布置的露天矿具有指导意义。