倾斜煤田露天开采运输方式探讨

　　摘要：对露天开采中各种运输方式的优缺点及适用条件进行分析，以经济合理、技术可行作为原则，对于倾斜煤田条件下的大、中、小型不同规模露天矿所应选择的合理开采运输方式进行研究。

　　关键字：倾斜煤田 露天开采 运输方式

　　0 前言

　　纵观我国露天采矿的发展史，露天开采的工艺种类比较单一。第一个五年计划发展阶段，露天煤田大部分是倾斜煤田。而且工艺主要是单斗-铁道开采运输工艺，少数采用单斗-卡车开采工艺。80年代起，在重新把发展露天采矿作为增加煤炭产量的措施后，加速了露天煤矿的开发建设，这—时期露天煤矿大部分是近水平煤田， 而且以单斗-汽车为主要开采运输工艺。在我国倾斜煤田露天开发过程中，在各方面特别是单斗-铁道工艺方面取得了许多宝贵的经验。但从目前看，随着矿坑深度的加深，传统工艺中运输方式的弊端越来越突出，因此对倾斜煤田开采运输方式进行研究已成为一个重要课题。

　　露天开采中使用的运输方式多种多样。按作业特征，运输方式可分为：独立式运输和联合运输两种。

　　1 独立式运输

　　1.1 铁道运输方式

　　单斗-铁道工艺在我国倾斜露天煤矿中占有比例较大，五六十年代建设的露天煤矿大部分采用该种工艺。从生产实践经验看，铁路运输的主要优点有：(1)设备可以立足于国内，运输能力大，每年可达2000-3000万m(5000-8000万t)(2)设备和线路较为坚固，备件供应可靠(3)运输成本低(4)对矿岩性质、块度以及气候条件的适应性强(5)在生产管理中积累了丰富的经验。其缺点是：(1)延深工程制约露天矿产量规模(2)矿坑要求的几何尺寸大， 由于 一般都采用纵采的开采程序，再加上运输线路限制坡度小，曲率半径大，因而矿山基建工程量大，基建投资大，基建期长(3)在日常生产组织中，由于线路的移设和维修量大，新水平延深作业效率低，因而管理复杂(4)在倾斜矿床中要靠不断延深来获取煤炭资源，因此难于实现内排，使非工作帮暴露时间长，致使边帮稳定程度较差，导致非工作帮坡角较小，剥采比较大(5)由于铁道运输克服坡度能力小，致使运输效率及矿山效益均变差(6)矿山开发的规模受运输能力的制约。

　　1.2 自卸卡车运输方式

　　目前单斗-卡车工艺在我国近水平矿田占有相当大的比例，但在倾斜煤层由于初期建矿时受设备供应影响，所占比例较小。自卸卡车运输方式的主要优点是：(1)与铁道开拓方式相比，线路工程量少，基建时间短，基建投资少(2)机动灵活，便于分采分运(3)可以充分利用地形设置多出入沟，便于分散车流，就近排土，提高运输效率(4)新水平开拓延深快(5)可以实行横采，从而易于实现内排，进一步缩短运距。其主要缺点是：(1)汽车运输的劳动作业量大(2)需要紧缺的燃料以及消耗昂贵的备件和轮胎，致使汽车立方公里运费很高(3)对于全线纵采的倾斜露天矿，随矿坑降深，卡车提升高度急剧增加，因此使卡车轮胎的耐用效率也急剧降低(4)由于大功率柴油发动机的使用，汽车排放出大量有害气体，污染大气，从而导致水资源和土壤污染、植被破坏。虽然许多矿山采取了种种措施，但从总体来看，这些对减轻环境污染强度影响不大。并伴随一系列由于污染环境处以的罚款制裁，同样降低了企业的经济效益。

　　1.3 带式输送机运输

　　带式输送机作为连续作业设备，具有以下优点：(1)可以保证挖掘机连续作业，与间断作业式设备相比、挖掘机能力可提高10-35%。(2)运输能力大，带宽为1.8-2.0m的带式输送机，能力和标准轨铁道相当;带宽为1.2-2.4m的输送机，能力和900mm轨距的铁道相当。(3)爬坡能力大，最大可达到17°-18°(4)易于实现自动控制，提高劳动生产率。(5)经济效益好，一般输送机的运输成本约为汽车运输的50-60%。但带式输送机投资较高对物料特性和块度要求较高，受气候影响较大。

　　2 联合运输

　　在倾斜煤田的条件下露天运输过程中，如果单一的运输方式无法达到经济合理，或技术的简单实现，可根据矿床赋存条件，地形条件，开采深度等因素采用不同的运输组合方式，充分发挥各种运输方式特点，完成运输任务，获得较大的经济效益。

　　2.1 卡车-铁路联合运输工艺

　　卡车-铁路联合运输方式，综合了铁路运营费用低、运距和运量大及汽车运输机动灵活的特点，但需增加矿、岩转载设施和设备。

　　卡车-铁路联合运输的转载形式一般有以下几种：(1)直接转载(2)电铲或前装机转载(3)矿仓转载。

　　2.1.1 直接转载

　　直接转载是汽车在转载平台上直接向列车中卸载。优点是无需机械设备、施工简易。但该种方法下汽车、车辆相互影响大，降低设备效率较多。转载过程中容易损坏车辆和偏载、跑矿。转载平台建成为单侧转载或双侧转载。站台墙可用砖、石或钢筋混凝土结构。站台帽和车档宜用钢筋混凝土结构。转载平台尺寸规定如下：

　　车档高度不小于汽车车轮高度的三分之一加0.14-0.15m

　　站台高度 H=h1+h2+a-H1 (2.1)

　　式中 h1—铁路轨道高度，m;

　　h2—矿车高度，m;

　　a—安全间隙，0.3m;

　　H1—汽车车厢举升后离地面的最小距离，m。

　　铁路中心线与站台外缘的间距D应满足式(2.2)：

　　D=B1/2+(0.25-0.3) (2.2)

　　式中 D—铁路中心线与站台外缘距离，m;

　　B1—车辆宽度，m。

　　2.2.2 电铲或前装机转载

　　电铲转载时，通常汽车在非工作帮某一台阶的上部平台，将矿岩向下卸在台阶坡面上;挖掘机在下部平台将矿岩装入铁路车厢,矿岩也可卸入沟内，挖掘机在沟底进行上装，前装机则多采用平装方式。

　　在实际应用中，美国的许多矿山在应用汽车-铁路联合开采运输的露天矿山，不用电铲堆场，而用机械化转载站来代替。在实验、研制、建设和生产机械化转载站以及为装备装载站的专用设备方面，美国铁矿明塔克矿和伊利山矿山公司积累了很多经验。这些转载站生产经验证明了它的有效性，提高了生产能力，降低了基建投资及经营费用约33%-50%。但是这些转载站的缺点是需消耗大量金属，要有混凝土基础，与此相关的安装和拆卸作业繁重，移动组合件重量较大，必须在露天条件下装配设备，结构复杂，应用设备价格昂贵，以及对维护的素质要求高等。针对这些弊端，俄罗斯又研究了磁铁型机械化露天转载站，从而节省了材料，大大减轻了拆装和调试工作量，为汽车-铁路联合工艺应用提供了必要的中间联结纽带。

　　采用卡车-铁路联合工艺，应尽可能发挥铁路运输成本低的优势及卡车机动灵活、延深及新水平准备能力大、便于分区开采、加快内排等优势。因此，新开发纵采矿区工艺的选择应考虑铁路工艺低成本的优势，而对老矿区的改造应尽可能发挥铁路运输低成本的优势，合理选择卡车匹配的型号、数量及转载站的型号，从而充分发挥这两种工艺的优点。如我国攀钢朱家包铁矿、兰尖铁矿两个采区深部合并后，针对合并后运输系统布置问题，开展了深部运输系统研究。确定原则主要是：充分利用现有设备，保证外部运输系统不变。最终确定为铁路-公路联合运输，以铁路运输为主，公路汽车运输为辅。故1090以上水平掘沟、扩帮及端部独头推进的矿岩由汽车上运1至2个台阶，在采场内临时倒装站台由电铲或其它转载方式装列车进行铁路运输，采场空间满足铁路进线条件均用铁路运输，汽车运输—般控制在lkm 以内，汽车转运量占各分层矿岩总量的20%-25%。1090水平以下至露天坑底矿岩经汽车上运至1105水平，汽车固定倒装站台，由电铲或其它转载方式经铁路运出。经过实践运营，铁路运量增加，成本降低，获效益6.2亿元，汽车运距控制在最佳范围之内，降低了运输成本。而且由于部分台阶使用汽车运输方式开采，还增加了边坡角，又显著提高了经济效益。

　　2.2 汽车-胶带联合运输工艺

　　前面已分析，对于倾斜纵采矿床，随着矿坑延深，为了降低运输成本，单一运输已经不能满足生产需求。在使用铁路-卡车联合运输方式后，矿山的经济效益有了显著提高。但矿坑深度加大后，运输设备一次循环的时间就要加大，为了不降低生产能力，就要增加相应的运输设备，如果铁路延深过深，铁路运输周期就会随之增大，则生产能力就会受限于铁路运输能力;如果铁路延深到某一水平，其余下部物料靠汽车，则需增加卡车数量，使卡车运距不断增加，同时加大提升高度，致使运输成本高的缺点显露无疑。因此，对于大规模的矿山铁路-卡车联合运输工艺又无法满足生产要求，为此引入胶带运输的工艺方法，它的优点是：能连续作业、能力大、爬坡能力强(高达3O%)、效率高(用于运输物料的有用功比运输自重的无用功高得多)等。其缺点为：对物料块度有一定要求需对物料破碎，增加破碎费用，二是不灵活，移位时具有一定难度。为克服其缺点将胶带运输的方式与汽车运输相结合，就出现了汽车-胶带联合运输。这—组合工艺对于小型露天矿，其优越性不如铁路-卡车联合运输，但对于大型规模的露天矿而言，能避免铁路-卡车联合运输的局限性，可进行主要应用。

　　对于胶带-车联合工艺，其关键部位是破碎站，随着欧美采矿工艺的发展，破碎站技术重大突破。以英国采矿设备公司(MMD)研制出的齿辊式破碎机为例，大大提高小时处理量并减少磨损，而且这种破碎站重量轻、重心低、结构简单、易于维修不受潮湿物料制约，投资小、作业费低、易于移设。这更进一步推动了胶带-卡车联合运输工艺的发展和推广。

　　3 结论

　　无论露天矿如何开采矿床，降低成本的最佳方法就是充分利用近距离内排空间，因此对于倾斜矿田实行纵采，无论是新开发矿区还是旧矿区改造，选择使用铁路-汽车联合运输工艺或胶带-汽车联合运输工艺应充分发挥矿坑下部汽车运输的优势。对于那些煤质好，剥采比小的区段，要加强延深和开采，争取提前采出，以尽快腾出内排空间，从而缩短运距，降低成本，提高企业效益。

　　运输是露天矿的中心环节，其基建投资通常占矿山总投资的35%-65%，运输成本占矿山总成本的40%-60%，能耗占矿山总能耗的45%-70%。因此，降低露天矿运输费用是降低矿山成本最主要途径。因此也是选择运输工艺的最关键因素。结合规模经营及各种设备的优缺点及使用条件，以及倾斜煤田纵采的特点，可以得出如下结论：(1)对于实行纵采的中小型矿山，可以铁路-转载站-汽车运输方式作为参考;对于实行纵采的大型露天矿，可以胶带-破碎站-汽车的运输方式作为参考。(2)对于倾斜煤田，要充分发挥汽车的优势，并与其它工艺相互匹配，为生产创造效益。

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