锦屏磷矿中山主井罐笼辅助提升系统的改造.pdf

2 0 0 1 年 1月 第 3 0卷第 l期 有色矿山 N日 m l e 8 J a n． ． 2 0 0 1 V 0 1 ． ∞N0 1 锦屏 磷 矿 中 山主井罐 笼辅 助提 升系统 的改 造 张 志敏 北京有色冶金设计研究总皖， 北京 1 O 0 O 3 8 [ 关■调】卷筒 ； 制动嚣 ； 轻 型 [ 擅鼻】介绍了怖屏磷矿 中山主井簟茏辅助提升系统 的现状 ． 分析和确定 了改造方案． 总结 了这种改造方案的优越性． 为老矿 山提升系统改造开辟了一个新思路。 【 中圉分类号】删3【 文献标讯码 ]A[ 文章蛐号 】1 0 0 2 ． 8 9 5 1 2 0 0 1 0 1 ． 0 0 4 0 ． 0 4 Tr a ns f o r m a t i o n o f a u x i l i a r y c a g e ho i s t i ng s y s t e m 0 f Zho n g s h a n ms i n s ha f t i n J i np i n g Ph o s p h o r u s M i n e Z 】 NG Z mi n B e ／ j f n gC e n t r a l En n e e r i n g ＆ Re s e a r c hI n s t i t u t e No n - f e r r o u sMe t a l l u r g i c a l I n d u s t r i e s ， Be Oi n g t 0 0 0 3 8 ，C Ai m Ke y wo r d sr e d d r u m ；b r a ke ；l i g h t - d u t y Ak t r a Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e p r e s e nt s i t u a tio n o f a u x i l i a r y c a g e h o i s tin g s y s t e m 0 f Z h o r s h 8 1 3 n l a i n s h a f t i n J i n p i ng Ph o s p h o r u s M i n e ． Tl l e t r a m f o r ma t i o n 0 1 an i s a n a l y s e d a n d d e c i d e d ．a n d t h e a d v a n t a g es o f t h e p l a n r e s u mma r i z e d ，wh i c h o p e n s u p a n e w wa y o f t hink i n g f 0 r e x i s t ing mi n es i n t r an s f o r ma tio n o f c a g e h o i s t i n g s y s t e m ． 1 前言 锦屏磷矿是我国最早建成的大型磷矿采 选联合企业之一， 经过几十年的开采。 谈矿上 部矿产 资源 已经 接近 枯 竭 ， 现 在 已经 开拓 到 一 4 7 0 m 中段 。锦屏磷矿 共有 中山主井 、 东 山 副井和西山副井三条提升井。中山主井为混 合井， 配备两套提升系统 箕斗提升系统用于 提升矿石 ； 罐笼提升系统作为辅助提升系统 担负少量人员 包括井下装矿工、 水泵操作工 和维修工等 和粉矿的提升任务。东、 西山副 井用于 提 升 生 产 人 员、 废 石 、 下 放 材 料 和 设 [ 收稿 日期 ]2 0 0 0 ． 1 0 ． 2 0 [ 作者简介 】张志敏 1 9 6 7一 ． 男， 内蒙 古通豇 人， 机械工程师， 从事工程设计工作。 备 。东 、 西 山副 井 为 8 0年 代 装 备 的 矿 井， 设 计时考虑 了 一4 7 0 m 中段 的 生产 需 要 。 中 山 主井 的两套提 升系统 是 5 0年 代建成 的 ． 为 一 2 0 0 m 以上中段服务的提升系统， 不能满足 一 4 7 0 m中段生产的需要。本 文重点讨论 为了 满足 一4 7 0 m 中段 的生产要求 ． 对 中 山主 井罐 笼辅 助提 升系统所进行 的改造 。 2 中山主井罐笼辅 助提升 系统的现状 罐笼辅助提升系统的提升方式为单罐笼 带平衡锤 提升。提升机 为上海矿 山机 器厂 5 0 年代制造的 221单绳缠绕式双筒提 升机， 卷筒直径 2 m， 卷筒宽度 l m， 结构形式 为铸钢 剖分式结构。 目前两 个卷筒 均 已开 裂 ， 局部产 生 破 损 。角移 式制 动 器 目前 状态 良好． 仍 在使用． 制 动力矩 为 8 8 ． 2 9 k N m。 维普资讯 第 1期 张 志敏 锦 屏磷 矿 中 山 主并 罐笼 辅 助 提 升 系统 的 改造 4 1 减速 器为 2 - 1 1 5 ． 2 0型 ， 减速 比 i 2 0 ， 额定 负 荷功 率 为 N 1 3 0 k W ，目前设 备 状 况 良好 。 电动机为 J R1 2 7 - 8型交 流 电 动机 ， 额 定 功 率 1 3 0 k W， 转 速 7 3 0 r ／ rai n ， 电压 3 8 0 V， 该 电 机 是 1 9 8 4年更换 的， 已经使用 了十余年， 日前 运 转 良好 。天轮 直径 2 m， 虽 然 已经使用数 十 年 ， 目前 仍能 继 续 使用 。提 升钢 丝 绳 规 格 为 61 9 ． 2 8 ． 0 - 1 5 5 0 ， 钢丝绳 直径 2 8 mm， 钢丝 绳 长度重 量 2 ． 7 4 k g ／ m， 钢 丝 绳 破 断 拉 力 总和 4 4 ． 9 k N。提 升容器 为 2 0 0 0 ram1 1 8 0 ram单 绳单层 罐 笼， 采用 Q z 2 3 5 A钢铆 接 结 构， 罐笼 自重 1 8 7 5 k g ， 载重 1 7 0 0 k g ； 主 要提 升 任 务为 提升 粉矿 ， 罐 笼 每 次 提 升 一 个 0． 5 5 m3翻 斗 式 矿车 。矿 车 自重 5 3 1 妇 ， 载重 9 3 5 k g 。罐笼 罐道 为 1 8 0 mm 1 5 0 ram 木 罐 道 ， 罐 道 安 装 情况不 理 想， 接 头 处 不 整 齐 ， 罐 笼 运行 不 平 稳。且井 口与井底均未设楔形罐道， 不符合 化学 矿 山安 全 规 程的要 求 。平 衡锤 白重 2 8 0 0 k g ， 采用 1 5 k g ／ m 钢轨 作 为平衡 锤 罐道 。 系统的最大提 升高度 为 3 0 0 m， 最大提 升速度 为 3 - 8 m／ s 。 最大加减速 度均为 0 ． 7 s 2 。 3 中山主井罐笼辅助提升系统 的常规 改造方案 根据 辅 助提 升 系统 的提 升 任务 。 罐 笼和 矿车不变 ， 提 升 的粉 矿重 量 也不 变 。 由于提 升高 度增 加到 5 7 8 ． 5 m， 使得钢 丝绳最大 悬垂 高度增加。为了满足安全规程对钢丝绳强度 的要 求， 需要 增大 钢 丝 绳 的直 径 或者 钢丝 绳 的抗拉强度。随之而来 的是。 卷筒和天轮直 径偏 小， 井 架 强 度 不 知 是 否 能够 满 足 要 求 。 在 电机转 数不变 的情 况 下， 提 升速 度增大 ， 从 而要求 电动 机 的 功率 增大 ， 使得 电 动机 也要 更 新 。除 了矿 车和 罐笼 外 ， 所有 的设 备 都需 要更新， 所有的基础都要打掉。 重新麓工。选 用 2 J K- 2 ． 5型提 升机 ， 卷 筒 直径 2 ． 5 m， 卷 筒 宽 度 1 ． 2 m。天 轮直径 2 ． 5 m。钢丝绳 规格为 61 9 ． 2 8 ． 0 ． 1 5 2 0 。 钢 丝绳直 径 2 8 mm， 钢 丝绳 单 位 长 度 重 量 2． 7 4 k g ，钢 丝 绳 抗 拉 强 度 1 5 2 0 MP a ， 钢 丝 绳 破 断 拉 力 总 和 4 4 0 k N。 电 动机 功 率 1 8 5 k w 。提 升 系 统 最 大 提 升 高 度 6 0 0． 5 m， 钢丝 绳最大 静 张力 5 1 ． 2 k N， 钢丝 绳 最大静张力差 2 3 ． 2 k N。麓工工期需 3 个月。 4 优化设计方案 由于锦 屏磷 矿 是 生 产矿 山。 在改 造 过 程 中不 但要考 虑新 增 设 备 和 工程 量 的 投 资。 更 要尽量缩短改造 施工的工期， 最大限度地提 高 企业 的经 济效 益。 显 然， 常规 改造 方 案 的 设备 需要进行 较大 的改动 ， 工程 量也 比较大 ， 对矿 井生产 的影响 比较大 。为 了尽 量 降低提 升系 统改造 对生 产 的影 响， 确 定 了如 下 改 造 原则 ① 在保证 系统提 升能力 ， 保证运 行安全 可靠 的前提 下， 对 现 有设 备 和设 麓 尽 量 加 以 利用 。②尽量 缩 短 改造 工 程 的 施工 工 期 ， 以 减少 由于系统 改造 造 成的 间接 经济 损失。 要 实现上 述改 造 原 则 ， 首 先 要 对 现 有 系 统存在的问题进行 认真 的分析 。 找出关键 问 题 ， 提 出合 理、 可行 的方 案。 由于提 升 高度 增 加， 给 提 升 系 统带 来 了 如 下 问题 ①现 有提 升机在 双层 缠 绕情况 下， 已经不 能满 足提 升高度 的要 求 。安全规 程 中 不 允许缠绕 三层 。 因此要利 用原 有基 础， 在提 升机 卷筒 的宽 度 不 可能 增 加 的情 况下 ， 只有 将卷 筒直径 加 大到 基 础 坑 允许 的最 大 直 径 。 根据 现场测 量 分析 结 果 ， 卷 筒 直 径 可 以增大 到 2 ． 5 m。②若 电动机转数不变 ， 卷筒直径的 增 大 ， 则 最 大 提 升 速 度 从 3 ． 8 r d s提 高 到 4 ． 7 7 m／ s ， 增大 了 2 5 ％， 要求 的 电动机功 率也 相应 增大 2 5％。若想 利 用现 有 电动机 。 必须 降低钢 丝绳 最 大静 张 力差 。 使 系统所 需 的 电 动机功率保持不变。③提升高度增加， 铜丝 绳最大 悬垂 高度 增 加 ， 使 铜 丝绳 最大 静 张力 增大， 井架和天轮的强度不够， 需要加 固井架 和更换天 轮 。通过 降 低钢 丝绳 最 大 静 张 力 。 就可 以利用现 有天轮 ， 无 需加固井 架 。 基于 上述分 析 。 可 以看 出， 系统改造 的关 键 问题是 尽可能 地降低 最大静 张力和最大 静 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1正 张力 差 。 最大 静 张 力 F ，～ Q簟 Q矿 车 Q蓑 tP 0 g 最大 静 张 力 差 △ 一 Qt l ／ 2 p, ／ - -／ 0 g 根 据上述公 式 ， 要 降低 钢 丝绳 最 大 静 张 力和最大静张力差， 应在 Ql、 Q矿 车、 Q蓑 重和 P 4个 参 数 上 想 办 法。 由于现 在 使 用 的 0． 5 5 m’ 翻 斗式矿 车 已经是 最小 型号 的矿 车， 进一步降低矿车 自重 Qr 比较困难。在矿 车不变舶情况 下， 矿 车载重 Q i也不能 降 低。其能设法 减小罐 笼 自重 Q-和钢丝绳 单 位 长度 重 量 P 这 两 个参 数。 现有 罐 笼 为 5 O年代设计 的罐笼， 罐 笼的主要材质为 钢， 结构形式为铆接结构， 结构重量较大。按 照现在的罐笼设计和制造 水平， 采用 1 6 Mn 低合金钢 。 焊接 结构是可以将重量减轻的。 经过 计算 ． 在增 加滚轮罐 耳的情况 下， 罐笼 自 重 Q-仍 然可 以减 轻到 1 5 5 0 k g 。 同 时， 将 罐 笼的载重限制为矿车 自重 Qr 矿车载重 Qt5 3 19 3 5；1 4 6 6 k g 。这 两 项 措 施 可 以使钢丝绳终端载荷降低 1 5 ． 6 ％， 为降低钢 丝绳 的强度和 直径 以及钢 丝绳单 位长度重量 P 创造 了条件。 在银 丝 绳 的选 择上 ， 选 用钢 丝绳断 面 中钢 丝 断 面较 大 的钢 丝绳 。 在 同 样 的钢丝绳断面情况下， 提高钢丝绳的破断力。 同时选择 国内钢 丝绳 厂能够 生产 的强度 最高 的钢丝绳 ， 以最大 限 度 地 降低 钢丝 绳 最大 静 张力 。 根据 确定 的设 计原则和 矿 山现状以及上 述分析， 做出了如下的优化改造方案 ①更换 罐笼 ， 把现有 自重为 1 8 7 5 k g的罐笼更换为同 样规格尺寸的轻型罐笼， 将罐笼 自重 降低到 1 5 5 o k g 。②采 用 高强 度 钢丝 绳 ， 降低 钢 丝 绳 直径， 使钢丝绳不但能适应重量在 1 5 5 0 k g以 下的轻 型罐 笼 和 5 7 8 ． 5 m 的 提 升高 度， 而 且 钢丝绳的 最大 静 张 力有 所 降低 ， 这 样 就 不需 要更换 天轮和 加 固井架 。而且 在提 升机卷 简 直径增 大的 情 况下 ， 使 电动 机 功率 需 求 不超 过现有 电动机 的功 率 ， 从 而 可 以对 现有 电动 机加以利用。③更换提 升机主轴装置， 将卷 筒直径从 2 m增大到 2 ． 5 m， 在卷筒宽度不变 的情况下实现钢丝绳两层缠绕， 满足安全规 程的 要求。④要 求提 升机主轴 装置生 产厂家 按 照现有 的提 升机基 础 制 造新 的提 升 设备 ， 所 有 的基 础都 可以不 变。⑤为 了适应 原有 的 制 动 系统 ， 新卷 筒 的制 动轮直径 仍 然保 持 2 m 不变 。 优化 方案 的主要参数 和现有 系统 的主 要 参 数见表 l 。 表 1 方 寨 比较 项目 优 化方 案 系统现状 提 升 任务 提升高度／ m 矿 车型号 ／ m 矿车 自重／ k g 矿车载重／ k g 罐笼规格／ m m 罐笼 自重／ k g ■茏蓑蕾／ 钢丝绳替墙蓑荷／ 钢丝绳规格 扮 矿 回 收 。马 头 门附近工 怍 人 员 5 78 5 0 ． 5 5 商斗 矿 车 53 1 93 5 2 00 0 1 l 80 1 5 5 0 1 4 66 3 01 6 6 T25 21． 5 1 6 7 0 钢丝绳直径， Ⅱ 珊 2 1 ． 5 钢墼绳抗拉强度， MF B 1 6 7 0 铜丝绳破断拉力总和t k N 3 1 6 铜丝绳长度重量／ k m 1 ． 7 5 7 钢丝绳悬垂高度／ m 6 0 0 ． 5 钢丝绳最大彝张力／ k N 3 9 ． 9 钢丝绳最大静张力差， k N 1 7 ． 3 需要翩动力矩／ k N m 8 8 ． 2 9 提 升机 天轮 井 架 提 升机眷悔直径／ m 提 升机 眷筒 竟麈／ m 提升粉矿时的安全系数 提升人员时的安全系数 减速 器 制 动 器 电动机 提 升机 基础 施工 工期 现有天轮 现有 井架 无需 加 固 2． 5 2 7． 9 9． 7 6 现有 减遣 器 现有制动器 现 有 电动机 现有 电动机 基础 l十 月 ‘ 马 柞 矿 一 ～ 珊 倾 瑚 ㈣ m 舯 m 椰 鹞 脚 郴 s l ；芝 维普资讯 第 1 期 张 志敏 锦屏磷矿中山主井罐笼辅助提升系统的改造 从 表 l可 以看 出 ， 优 化方 案对 现 有设 施 进行 了最大限度 的利用 。 5 优化 方案的经济效益 采用优化方 案 以 后 ， 产生 了明 显 的经 济 效益 。优化方 案的改造 费用 与常规方案 的改 造 费用 的 比较 见表 2 。 寰 2 改 遗 费 用比较 从 表 2中可 以看 出， 优 化 方 案 可 以 节省 改 造费用 3 5 ． 1 4万元 ， 此外 ， 优化 方案还 产生 了巨大 的 间接 经济效 益 。 由于节省 了 2个 月 的施工 工期 ， 使 矿 井 的停 产 时 间 减少 了两 个 月， 产生的间接经济效益至少为 1 0 0万元。 6 结论 中山主 井罐 笼辅 助提 升系统 通过使提 升 容器轻 型化 、 提 高钢 丝绳 的抗 拉 强度 ， 最大 限 度地利用 了原有 设备 及 设 备 基础 ， 大 大 降低 了提升 系统 改造 的 费用 ， 同时 也 大大 地缩 短 了施工 工期 ， 最 大 限度 地 减少 由于 系 统改 造 带来的间接经 济损失。该系统经过改造后， 已经运行 了 4年 ， 运行 效果 良好 。 目前 我 国很 多矿 山的浅部资 源 已经接 近 枯竭． 需要转 入 深 部 开采 。其提 升 系统 的 状 况或多或少地与锦屏磷矿有相似之处， 锦屏 磷 矿的这 种改造 方法 为其 它矿 山提 升 系统 的 改造提供 了一种可以借鉴的好方法。 [ 参考 文献 】 [ 1 ] ‘ 采矿设计 手册 编 要会． 矿 山机械卷 【 M] ． 北 京 中国建 筑 工 业 出版社 ， 1 9 8 8 ． 【 2 ] 金属 矿 山采矿设 备设计 [ M] ． 北 京 中国冶金 工业 出 版社 ， 1 9 7 7 ． 上接 第 5 7页 性废 水费用 3 6 0万元 以上 。 3 ． 3 含铜靡石综台回收和治理 露 天 开 采 边 界 品位 为 0 ． 3 ％， 境 界 内含 铜 0 ． 1 ％ ～0 ． 3 ％的古 铜废 石有 5 ． 1亿 t ， 含 铜金属近 X 2 0万 t ， 用传统选冶方法难 以经济 回收， 如果 与含铜 0 ． 1 ％ ～0 ． 3 ％的低 晶位 废 石 、 表 土一 起堆 积于废 石场 ， 在细 菌及雨水 的 作 用下 ， 将 产生大量 古重金属 离子 的酸性 水 ， 形成一大 污染 源 。设 计 运用 ‘ 细 菌堆 浸 回收 德兴铜 矿低品位 矿石 中铜 的研究 成 果 ， 用 矿 山 自然产 生的 酸 性水 作 授 出剂 ， 堆 浸含 铜废 石． 直接产出合格 电解铜。初期规模年产 电 铜 2 0 0 0 t ， 远期 年 产 电 铜 5 0 0 O t ， 年 需 酸 性 水 量 占平水年 废石场 酸性 废 水 总量 的 1 ／ 3 。 于 1 9 9 7年 1 1月生产 出第一批 电解 铜 。 细菌废石堆浸不但 消耗酸性废水， 而且 加快 了废 石 中金属 的 浸 出速 度 ， 缩短 了酸性 废 水的产 生年 限 。废 石 堆浸 工艺 投 资少 ， 建 设 工期短 ， 劳 动生 产 率高 ， 生 产 成本 低 ， 环保 效果好 。为我 国铜矿 山二 次资源 的开发利用 走 出一条 新路。 4 结柬语 德兴三 期工程设 计融汇 了国 内外众 多专 家学者的智 慧和 类 似 矿 山的 经 验教 训 ， 有 许 多设计创新与技术突破。这种德兴铜矿含铜 地质品位仅 为 0 ． 4 4 3 ％能 够大 规模经 济 开 采 。它使 我 国矿 山开发水平 向世界 先进行列 迈进了一大步， 也为以后我国矿 山开发技术 和 成套设备 的 出 口打 下 了坚 实基础 。 维普资讯