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d o i i 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .2 0 9 5 1 7 4 4 .2 0 1 2 .0 3 .0 0 7 某大型深凹露天矿排土工艺改造 日张敬贺茂坤 中国恩菲工程技术有限公司北京1 0 0 0 3 8 摘要大型深凹露天矿以汽车为主的传统运输方式成本较高,汽车一肢带机一排土机联合运输是深 凹露天矿最有发展前途的运输方式之一。以国内某矿为例,研究汽车一胶带机一排土机运输系统的 设备合理选型和优化配套,通过运营成本对比分析,证明其具有良好的经济效益。 关键词深凹露天矿,排土;联合运输,经济效益 中圈分类号T D 8 5 4 .7 文献标识码A文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 0 1 2 0 3 - 0 0 5 5 - 0 3 目前我国大多数大型露天矿山已进入深凹陷开采。 进入深凹开采后开采技术条件发生变化,重车上坡,运 距增大,运输效率下降,成本剧增,导致矿山生产成本 急剧上升,经济效益明显下滑。为此,需要改变传统的 单一全汽车的运输方式,根据矿山实际情况,寻求更经 济合理的运输排土工艺。降低矿山生产运营成本。提高 矿山的综合经济效益,保证矿山的正常生产,强化矿山 可持续发展能力。 汽车一胶带机一排土机联合排土工艺是近2 0 年发 展起来的一种多机械、半连续运输排土工艺,该工艺不 仅发挥了汽车运输的机动灵活、利于强化剥离开采的长 处,又能充分发挥胶带输送机太运量连续运输的优越性, 相对全汽车运输。具有能源消耗小、运行成本低、自动 化程度高、设备作业率高.作业人员劳动强度低等特点, 同时兼备环境友好.节约用地等优势。以国内某矿排土 工程为基础,介绍排土工艺改造和相关设备选型优化。 1 排土工艺改造的必要性 江西某铜业集团公司的一个矿山经过2 0 余年的大 规模开采,早已从山坡露天矿转变为深凹露天矿,目前 最低开采台阶标高为 5m ,年剥离废石量32 0 0 万t , 全部采用汽车直接运输至南部排土场或北部排土场排 弃。到南部排土场的运距已达到4 - - - 5k m ,最大爬坡高 度已达到2 7 0m 左右.已经超过了汽车运输的经济运距。 并且随着采场的下降和排土场的升段,废石运输爬坡运 距将不断加大。运费的逐年增加使单位废石的排弃成本 增高,在很大程度上影响了矿山的经济效益,特别是扩 大采选规模实施扩帮延深开采后,最终开采标高将下降 到- 3 4 0m .排土场最终堆积标高将达到4 0 0m 以上, 废石运输的最大爬坡高度将达到7 4 0m 。因此,目前采 用的单一汽车运输方式已不再适应该矿露天开采条件的 变化,需要选择更经济合理的运输方式,以节约废石运 输成本,提高矿山综合经济效益。 2 排土工艺配置方案 在露天矿的采矿生产中,采、装、运、排是主要环节。 各系统的设备不但要选型合理,而且必须进行合理匹配。 其一是采、装,运、排设备的规格。要适应矿山的生产 能力;其二是各个环节之间要协调,参数匹配要合理, 保证整个系统工作有效.可靠。在汽车一胶带机排土 机半连续运输排土工艺系统中,一部分为同断工艺环节, 由电铲采装和汽车运输环节组成。另一部分为连续工艺 环节,由破碎机,固定胶带输送机、移动股带输送机和 收稿日期2 0 1 2 .0 3 - 0 1 作者简介张敬 1 9 7 0 一 ,男,湖南汉寿人.高级工程师,主 要从事采矿工程设f l - T 作。 有色金属工程2 0 1 2 年第3 期 5 5 万方数据 I 看色企缸粒 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G 排土机组成。能力匹配可分为两部分来考虑~是破碎 前的间断环节之间与其后续连续环节的能力匹配;二是 破碎后的连续工艺系统各环节中,要使前一环节的能力 小于或等于后一环节的能力。该连续运输系统构成一个 串联系统.其中任何一个环节发生故障,均能影响整个 系统的生产。因此,只有提高每个环节的可靠性,才能 使整个运输系统的可靠性提高。 由于废石块度较大,废石需要用汽车运至破碎站破 碎,然后给料至长距离胶带输送机运输至矿山南部排土 场,通过移动胶带输送机转运至排土场内,再通过重型 卸料车将废石从半移动胶带输送机上卸料,并同时给排 土机受料臂喂料,再通过排土机排料臂进行推进式扇形 排土。初期通过固定式长距离胶带输送机运输至矿山南 部排土场的废石,由1 条长度为7 0 01 1 1 的半移动式胶带 输送机直接送至排土场内,通过半移动式胶带输送机上 的重型卸料车,将废石卸到排土机的受料臂上,再通过 排土机的卸料臂进行排弃作业。当完成一定宽度的排土 带后.以半移动式胶带输送机尾部受料点为中心,借助 于移设设备将半移动式胶带输送机旋转一定角度,而移 至新的工作位置,新旧位置组成条带呈扇形,然后排土 机以新的工作位置进行下一次排土作业。半移动胶带输 送机每移设一次,就形成一个近似三角形或扇形的排土 机的排土带,最终形成一个以半移动胶带输送机长度为 半径的小扇形排土场。中后期.将半移动胶带输送机加 长至13 0 0m ,通过固定式长距离胶带输送机运输至南 部排土场的废石,通过l 条长约3 6 0m 的半固定式胶带 输送机和长度为l3 0 0m 的半移动胶带输送机直接转载 送至排土场内,再通过重型卸料车和排土机进行上述排 土作业,最终形成以半移动胶带输送机尾部受料点为中 心,以其长度13 0 0m 为半径的大扇形排土场。 3 排土方案及设备选型和优化 3 .1 矿用自卸汽车 在汽车一胶带机排土机半连续运输排土系统中, 汽车运输具有机动灵活的特点,能够适应露天采场的复 杂变化,而且能够充分发挥电铲的装载效率。矿用自卸 汽车的选择与矿山开采的规模、所处的地理位置有着直 接的关系。为了提高设备的效率.降低运输成本,节省 能耗,提高矿山的生产能力,采用较大型的设备是完全 必要的,也是今后设备配套的趋势。所选择的设备必须 相互配套,不是设备越大越好,丽应结合矿山的具体条 件,选择合理的车型。选择汽车的吨位时,涉及的因素 较多,主要有装载设备的技术性能,物料性质、每年的 运量、运距以及道路的条件等。其中特别重要的是汽车 与装载设备的合理匹配。矿山目前采用载质量为1 7 2t 的汽车运输,考虑矿山后期可能改变汽车型号,破碎站 按将来可以采用载质量为2 2 0t 的汽车卸载要求配置。 3 .2 破碎站 由于南部排土场排弃废石采用胶带输送机运输,剥 离的废石需要破碎.因此需新建粗碎站。粗碎站进行固 定式破碎站和半固定式破碎站两个方案比较。 固定式破碎站方案。固定式破碎站设在采场边界外, 粗碎站地坪标高为 “7 .0 0m 。根据生产规模和矿石块 度,粗碎站安装1 台进1 36 0 英寸旋回破碎机,直接受料, 碎后产品落人下部缓冲矿仓,产品块度≤3 5 0m /n 。缓冲 矿仓内的废石采用重型板式给矿机给长距离胶带输送机 喂料。 半固定式破碎站方案。半固定式破碎站初始位置设 在采场边界外.粗碎站初始位置地坪标高为 1 1 7 .0 0m 。 根据生产规模和矿石块度,粗碎站安装1 台进口半固定 式旋回破碎机组,旋回破碎机组包括I 台6 0 英寸旋回 破碎机、受料仓、缓冲仓、转载胶带输送机以及必要的 钢结构体。直接受料,碎后产品落入下部缓冲仓,产品 块度≤3 5 0m m 。缓冲仓内的废石通过转载胶带输送机给 长距离胶带输送机喂料。后期移设位置设在采场边界内, 粗碎站地坪标高为4 0 .0 0m 。碎后产品通过l 条新设的 倒运胶带输送机转载给长距离胶带输送机喂料,通过长 距离胶带输送机运输至南部排土场。 通过可比工程投资的比较,固定破碎站比半固定破 碎站节约50 0 0 万元。由于固定破碎站的动力费和修理 费比半固定破碎站低,因此,其破碎废石的单位成本也 比半固定破碎站低,考虑到矿山对固定破碎站使用较为 有经验,因此推荐采用固定破碎站。 3 .3 胶带输送机配置 废石粗碎站的地面标高为 1 1 7 .0 0m ,初步确定胶 带输送机的尾部标高为 8 5 .0 0I n ,头部标高为 3 6 7 .0 0 1 3 1 ,胶带输送机的水平输送长度为24 3 0m ,垂直输送高 度为2 8 2m 。胶带输送机包括水平输送段和上行输送段, 水平输送段长约9 6 5m ,上行输送段水平长度I4 6 5n l , 倾角为1 2 。。胶带输送机的运输量为6 万们,即胶带 输送机设计输送能力为45 0 0t /h 。驱动部分设计为三滚 筒四电机驱动方式,功率配比为l 2 l ,即驱动部分由 4 个驱动单元组成。可控启动传输装置选用许用功率为 l8 5 4k W 的C S T 。设2 个驱动站,第一驱动站设在头部, 第二驱动站设在靠近头部回程段。第一驱动站安装l 套 驱动单元,第二驱动站安装3 套驱动单元。胶带为钢绳 芯胶带,B l8 0 0m i l l ,胶带最大许用拉力为97 2 0k N 。 3 .4 排土机 南部排土场有两个排土方案,即排土机排土方案和 汽车接力排土方案。 排土机排土方案。碎后废石通过长距离胶带输送机 运输至南部排土场后,通过一条可伸缩半移动胶带输送 机转运至排土场内,再通过重型卸料车将废石从半移动 5 6 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n 万方数据 胶带输送机上卸料并同时给排土机喂料,通过排土机排 料臂进行推进式扇形排土。该方案的优点是可连续排士, 劳动定员少,工人劳动强度低,排土效益高,经计算排 土成本为O .6 l 元/t - 废石。缺点是初期需要采用推土机 和汽车或其他工具修筑初始排料平台,以及一定周期 约 3 撕个月 需要重新布设排土设备而影响采场废石剥离 和排弃。 汽车接力排土方案。采用汽车接力排土,需要在南 部排土场边界新建一个有效容量为1 00 0 0t 的料仓,碎 后废石通过长距离胶带输送机运输,并卸入南部排土场 新建料仓贮存,料仓底部设2 个卸料口,每个卸料口安 装3 台振动放矿机给汽车装载,再通过汽车接力排弃。 该方案的优点是灵活性大,对采场废石剥离以及排弃影 响小,且可利用部分现有设备。缺点是劳动定员多,工 人劳动强度大,经营费用高,排土成本为1 ,5 8 元,1 .废石。 仅排土方案而言,排土机方案由于需要新购排土机 和转载胶带输送机、重型卸料车等设备,因而初期投资 较汽车接力排土方案高,但排土机方案无论在动力费, 修理费、人员工资等方面均比汽车接力排土方案省,因 此从运行成本考虑,选择排土机排土方案。 半移动胶带输送机和排土机的初始路堤采用现有汽 车和推土机修筑。确定采用排土机排土方案后,汽车排 土就应在规划的半移动胶带输送机和排土机的初始设置 进行。修筑半移动胶带输送机和排土机的初始路堤。初 始路堤宽度约为8 0m ,长度约为7 5 0m ,路堤面标高约 为3 5 3n l 。后续的半移动胶带输送机和排土机的路堤或 基础采用排土机自排和推土机相结合的方式修筑。 排料能力和排料臂长是排土机选型应该考虑的两个 主要因素。 排土机排料能力的计算。根据长距离胶带输送机 40 0 0t /h 的输送能力,选择1 台胶带宽度B I4 0 0m m 的排土机,理论排土能力30 0 0m 3 /h 。 排土机臂长选择。排土机排料臂长和受料臂长的选 取,主要取决于排土工艺、排土方法,排土条带宽度和 排弃物料的物理性质等。通常的排土计算模型及臂长的 选取,是按单一填石边坡稳定条件确定。根据现场条件 和工艺要求.选择受料臂和卸料臀均为5 0 m 的排土机, 即排土机的回转中心到卸料臂滚筒中心距离5 0f f l 。 4 排土方案综合经济效益分析 汽车一胶带机一排土机半连续排土工艺系统由于排 土机设备较贵。其总投资接近4 亿元,汽车接力排土方 案的总投资不到3 亿元,但是汽车一胶带机一排土机方 案运行成本具有明显优势。两方案可比部分的综合技术 经济比较见表I ,表l 数据以基建期2 年.生产期2 5 年 为基础,后期按自然更新考虑。 从表l 综合技术经济分析可以看出.在不包括已经 采购的初期汽车投资的基础上,汽车一胶带机一排土机 表l 排土方案可比部分综合技术经济比较 ,万元 排土方案的费用现值能省近3 亿元,具有明显的经济效 益。如果考虑到该方案主要消耗电能,而汽车排土主要 消耗柴油。随着经济发展,油价的涨幅将会大于电价的 涨幅,采用汽车接力运输排土的运营成本将会不断加大, 而且采用汽车~胶带机一排土机排土方案有利于节能环 保,因此,推荐采用汽车~胶带机~排土机排土方案。 5 结语 在分析大型深凹露天矿排土现状的基础上,提出汽 车一胶带机一排土机半连续运输排土工艺,根据露天矿 开采条件,通过技术经济分析确定汽车、破碎机、胶带 机和排土机等主要设备的合理选型与优化配置。 运输方式是影响深凹露天矿生产成本和经济效益的 最主要因素。传统的单一汽车运输方式已不适用于深凹 露天矿的运输条件。只有采用新的高效联合运输系统, 才能适应大型深凹露天矿的变化,达到控制和减少运输 成本,保证矿山的经济效益和正常生产的目的。 汽车一胶带机一排土机半连续运输排土工艺技术含 量高、运输能力大、爬坡能力强、运营成本低,有利于 强化开采.而且效率高、节能环保,对大型深凹露天矿 具有普遍实用性,是未来我国深凹露天矿排土工艺的发 展方向。 参考文献 【I 】李文斌.大型露天矿高台阶排土工艺及安全管理措施[ J 】.采 矿技术,2 0 0 3 ,3 2 ’6 1 6 3 . 【2 l 采矿工程师手册编委会.采矿工程师手册 上册 [ M 】. 北京冶金工业出版杜,2 0 0 9 2 6 1 - 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