天池能源南露天煤礦原煤帶式輸送機布置優化

宋 健

（新疆天池能源有限責任公司，新疆 昌吉 831100）

帶式輸送機憑借運送能力大、運輸距離長、適用性強、工作平穩、動力消耗低、使用維護方便等優點，在現代化高產高效礦山中得到廣泛應用[1]。帶式輸送機優勢在于連續運輸、自動化程度高、運營費用低和環保等，隨著技術的發展，應用越來越廣，長距離、大運量是重要的發展方向[2-3]。缺點是受地形、工藝布置和線路布置等諸多因素的影響，經常會出現線路的起伏跌宕，給此類帶式輸送機的設計帶來了諸多挑戰[4]。

以新疆天池能源有限責任公司南露天煤礦為背景，在綜合考慮露天礦原生產系統的基礎上，通過構建原煤帶式輸送機位置優化模型，提出多帶式輸送機交叉條件下的南露天礦112 帶式輸送機布置方案，并以帶式輸送機布設工程費用最低為原則，從經濟角度進行方案對比分析，確定南露天礦112 帶式輸送機布置方案，采用填方加桁架聯合架設方式對該方案進一步優化，確定新疆天池能源有限責任公司南露天煤礦最優原煤112 帶式輸送機布置方案。

1 南露天煤礦原煤運輸系統工程

新疆天池能源南露天煤礦實際生產能力已達30 Mt/a，為世界級超大型露天礦。為了滿足生產能力要求，南露天煤礦先后建設了3 套采煤破碎站半連續工藝系統和相應的原煤生產系統，3 臺原煤破碎站布置于北幫煤層底板上，服務于15 個采煤臺階[5]。南露天礦現有帶式輸送機運輸系統主要由3 部分組成，對應南露天礦采場北幫上建立的3 個原煤破碎站。

1）1＃原煤破碎站布置在440 m 水平，對應的111 帶式輸送機起點位于430 m 水平，終點位于西側的地表580 m 水平，傾斜布置。

2）2＃原煤破碎站布置在475 m 水平，對應的121 帶式輸送機起點位于465 m 水平，終點位于現北幫中側的550 m 水平，完成物料的提升任務。121帶式輸送機機頭下方與122 帶式輸送機的機尾部分搭接，由122 帶式輸送機完成物料向西側運輸的任務，122 機頭的高程為565 m 水平，機尾為550 m 水平。122 帶式輸送機在機頭處于123 帶式輸送機搭接，由123 帶式輸送機完成物料向采場外部運輸的提升任務。

3）3＃原煤破碎站位于558 m 水平，對應的131帶式輸送機起點位于550 m 水平，終點同樣位于550 m 水平，與132 帶式輸送機在北幫中側的550 m水平搭接完成物料的轉運，后續的132、133 帶式輸送機布置方式與122、123 帶式輸送機的布置方式相同。2020 年帶式輸送機的坑內布置情況如圖1。

圖1 2020 年帶式輸送機的坑內布置情況

2 問題分析

由于111 帶式輸送機傾斜布置，未來必將與排土工作線的推進產生矛盾，121 帶式輸送機在未來移設時，可以考慮進行偽斜布置，盡量在不影響排土工作的前提下縮短運輸距離。122、123、132、133 帶式輸送機在后期不需要變更位置，131 帶式輸送機在3＃原煤破碎站向東移設時需要周期性的搭接新的131－1、131－2 等水平運輸帶式輸送機。

帶式輸送機移設時，為了節省移設時間，要采用“一用一備”，即在需要位置直接重新布置帶式輸送機，破碎站移設后，再拆除原有帶式輸送機作為備用。時間與位置合適時，不同破碎站的帶式輸送機也可以作為相互備用。①解決移設期間的產量問題，要增加從2 號帶式輸送機到1 號帶式輸送機的分流，讓1 號破碎站移設時，帶式輸送機也能運煤，對應的地面系統也能正常出煤；②解決設備集中位置的空間緊張問題。目前，北幫中側550 m 水平位置已有121 帶式輸送機機頭、122 帶式輸送機機尾、131 帶式輸送機機頭、132 帶式輸送機機尾、2 號選煤廠分流設備，再考慮到1＃原煤破碎站移設后的帶式輸送機也有可能與這一點有交匯，因此在空間有限的情況下需要處理好設備之間的空間問題。

3 112 帶式輸送機位置確定

受121 帶式輸送機與地形以及檢修道路影響，新建設的112 帶式輸送機在122 帶式輸送機南側傾斜布置，最近處為122 帶式輸送機的機頭位置，距離10 m。位于北幫用排土物料新墊出的基道上。根據地形情況，初步將基道水平定為550 m，在121 帶式輸送機上尋找550 m 水平能直接跨過的位置，作為定線依據，121 帶式輸送機基道高度為547 m 水平，帶式輸送機頂部高度為548.5 m 水平，2 個帶式輸送機之間有1.5 m 的高差，可以滿足空間要求?？?21帶式輸送機位置與122 帶式輸送機的距離為63 m。確定出帶式輸送機長度，做出原始地形剖面。

帶式輸送機機道的機尾處為550 m 水平，從東向西逐漸爬升，機頭處到達564 m 水平，搭接在原111帶式輸送機上，破碎站移設后，將原111 帶式輸送機截短。排土臺階的坡頂與112 帶式輸送機的距離7 m，坡面角45°。

3.1 基道布設方案

112 帶式輸送機在布設期間還需注意留出原本為122 和132 帶式輸送機服務的檢修道路，100 t 卡車吊寬為2.55 m，高為3.75 m，根據露天礦設計規范，雙車道寬度取8 m，通道高度取5 m，現有通道與112 帶式輸送機的交叉處高度約為543 m 水平，只需要對現有的檢修道路進行改造就能滿足要求，卡車吊鉆過112 帶式輸送機之后，沿112 帶式輸送機爬升到550 m 水平或者553 m 水平，與112 帶式輸送機距離為10 m，與122 帶式輸送機距離37 m，滿足為帶式輸送機提供檢修服務的空間要求。根據現有情況，提出3 種基道方案。三種基道布設方案如圖2。

圖2 三種基道布設方案

1）方案1：沿550 m 水平布置?；赖臇|側都為550 m 水平，隨定線的剖面情況逐漸爬升，填方量18.18 萬m3，挖方量2.45 萬m3。優點是填方量少，缺點是挖方量大，而且檢修車上到550 m 水平后，為122 帶式輸送機檢修時，還要再爬1 個3 m 的小臺階。

2）方案2：沿553 m 水平布置。鑒于方案1 挖方量大，所以將基道的東側設為553 m 水平，以553 m為基礎，隨定線的剖面情況逐漸爬升，這種方案下，填方量為21.82 萬m3，挖方量1.33 萬m3。相比于方案1 增加了填方量，挖方量也有所下降。

3）方案3：逐漸過渡方案。方案2 雖然減少了挖方量，但挖方仍然存在，通過觀察，得知挖方在于定線處的原始地形高度與122 帶式輸送機處的地形高度并不一致，所以按照隨剖面的地形確定基道，就會出現挖方。方案3 將定線依據改為122 帶式輸送機的基道高度，填方量為22.4 萬m3，挖方量接近于0，而且112 與122 帶式輸送機之間的空間較平整，有利于檢修車作業。

3.2 方案對比

按礦山現場實際調研數據，填方0.5 元/m3，挖方5 元/m3進行經濟分析計算。112 帶式輸送機不同方案的成本對比分析見表1。

表1 112 帶式輸送機不同方案的成本對比分析

經對比分析，可知方案3 為優選方案，方案3 的帶式輸送機角度最大處為3.4°，112 帶式輸送機跨122 帶式輸送機時的高差為4 m，可滿足要求。

4 方案優化及所需工程量

4.1 方案優化

為了減少填方量和架設跨過112 帶式輸送機的卡車橋，在方案3 的基礎上繼續改進，提出優化方案。

1）優化方案A：采用填方加桁架聯合架設方式?？紤]到挖方和填方的價格在實際上，可能并沒有前面計算中那么懸殊，所以可以適當增加挖方量來降低填方量，在方案3 的基礎上，把帶式輸送機的機道位置降低3 m，與上部之間形成1 個3 m 的臺階，中部空間允許的部分，臺階坡面角度取8%，可以讓檢修車輛行走，西側臺階的坡面角度逐漸增大，靠近機頭處逐漸消除高差。通過保留這個臺階坡面，可以減少填方量，并且增加的挖方量不多。另一方面，在架設從550 m 水平到排土幫，過112 帶式輸送機的卡車橋時，可以利用高差，直接平過然后下坡，而不是先上坡再下坡，可以節約空間和卡車橋費用，該方案填方量12.04 萬m3，挖方量1.84 萬m3。

2）優化方案B：采用填方加桁架聯合架設方式。由于112 帶式輸送機東西兩側的地形和帶式輸送機布置情況不同，所以不考慮在東側布置卡車橋的方案，也不采取降低3 m 留臺階坡面的方案，機道的最低水平保持在550 更方便一些，在優化方案A 的基礎上形成優化方案B。該方案填方量12.04 萬m3，挖方量1.84 萬m3，如果用水泥墩或鋼架架設，大約需要18～20 根。

4.2 550 m 水平建設112 帶式輸送機所需工程量

在112 帶式輸送機布置過程中，需對550 m 水平進行擴寬，以布置跨越121 帶式輸送機的122 帶式輸送機與111 帶式輸送機的機頭。其中121 帶式輸送機西側的機道用于架設112 帶式輸送機的機頭與主體部分，及未來為550 排土通道服務、跨112 帶式輸送機的卡車橋。該水平的邊緣距離為7 m，長度為720 m。在3DMine 中對工程量進行計算，得到西側機道填方量為8.03 萬m3，挖方量為1.93 萬m3。

121 帶式輸送機東側的550 m 水平用于架設111 帶式輸送機的機頭與112 帶式輸送機的機尾，該水平的邊緣距離16 m，長183 m，最大高差15 m，通過在3DMine 中對工程量進行計算得到121 帶式輸送機東側550 水平建設式填方量為5.25 萬m3。由模型計算得，550 m 水平的擴寬共需填方13.28 萬m3，挖方1.93 萬m3。

5 結語

1）根據天池能源南露天煤礦原煤帶式輸送機布置需求，提出了多帶式輸送機交叉條件下的南露天礦112 帶式輸送機布置方案，并以帶式輸送機布設工程費用最低為原則，從經濟角度進行對比方案分析，確定了南露天礦112 帶式輸送機布置方案，即逐漸過渡方案。

2）采用填方加桁架聯合架設方式對逐漸過渡方案進一步優化，結果表明優化后的采用填方加桁架聯合架設方式（機道550 m 水平）不僅可以顯著降低布設所需的填方工程量，而且更有利于檢修車輛行走。