鋁土礦綜采設(shè)備選型及工業(yè)性應(yīng)用研究

許良發(fā)

（國(guó)家電投集團(tuán)鋁電投資有限公司，寧夏 銀川 750011）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)鋁土礦資源的需求越來(lái)越大。我國(guó)鋁土礦資源多采用房柱法和崩落法進(jìn)行地下開(kāi)采[1]。通過(guò)研究將綜合機(jī)械化開(kāi)采方式應(yīng)用于鋁土礦中，對(duì)于提高鋁土資源開(kāi)采的機(jī)械化水平具有重要意義。通過(guò)分析鋁土礦地質(zhì)賦存條件合理選型成套設(shè)備，通過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋁土礦綜采特點(diǎn)，為綜采工藝在鋁土礦的推廣及應(yīng)用提供了相關(guān)解決方案

1 瓦廠坪鋁土礦概況

瓦廠坪鋁土礦區(qū)[2]在構(gòu)造上位于鹿瓷向斜南端。礦體為層狀構(gòu)造，平均厚度2.16m，單一礦層在礦區(qū)內(nèi)分布連續(xù)。礦石成份多為一水硬鋁石，主要呈現(xiàn)碎屑結(jié)構(gòu)、豆鮞結(jié)構(gòu)及粉晶結(jié)構(gòu)三種形態(tài)，硬度不高但礦壁節(jié)理幾乎不發(fā)育。工作面?zhèn)雾敒楹穸燃s80cm厚的炭質(zhì)泥巖組成，頂板破碎，易冒落，底板主要為與礦石相近的鋁土巖，遇水后底板仍能保持較高的硬度和穩(wěn)定性，底板條件較好。工作面總體開(kāi)采技術(shù)條件如下表1所示。

表1 工作面總體開(kāi)采技術(shù)條件

2 三機(jī)配套選型方案設(shè)計(jì)

工作面綜采設(shè)備[3，4]的選型和配套是實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效的基礎(chǔ)，直接關(guān)系工作面年產(chǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，關(guān)系到綜采設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

2.1 液壓支架選型

根據(jù)瓦廠坪礦礦體的賦存條件，考慮頂?shù)装鍡l件及其他相關(guān)因素，支架選用兩柱掩護(hù)式支架[5]。工作面礦體厚度主要分布在1.0m～3.0m范圍內(nèi)，約占總儲(chǔ)量的80%，同時(shí)根據(jù)瓦廠坪鋁礦礦體條件及設(shè)備采高尺寸配合，推薦采高為1.5m～3.0m。支架最低高度為最低采高-200mm，最高高度為最大采高+200mm，所以確定支架最小高度為1.3m，最大高度為3.2m。根據(jù)支架工作阻力計(jì)算結(jié)果[6]，結(jié)合采區(qū)條件，工作面中部液壓支架確定為ZY5200/13/32型掩護(hù)式液壓支架，中部液壓支架技術(shù)參數(shù)[7]見(jiàn)下表2所示。

表2 ZY5200/13/32型液壓支架主要技術(shù)參數(shù)表

2.2 采礦機(jī)選型

采礦機(jī)功率是衡量工作面開(kāi)采能力的主要指標(biāo)，也是滿足礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的設(shè)備選型關(guān)鍵參數(shù)。瓦廠坪鋁土礦工作面設(shè)計(jì)產(chǎn)能為100萬(wàn)噸/年，無(wú)故障工作日取280天/年，則綜采工作面日產(chǎn)能為Ad=1000,000/280=3571噸/天。根據(jù)國(guó)內(nèi)煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)采較硬煤層所需能量為0.6～0.8kW?h/t，故采礦機(jī)截割功率P可以采用比能法進(jìn)行計(jì)算：

式中C1為回采率，取0.85；Td為每日采礦時(shí)間，取16h；C2為采煤機(jī)富裕系數(shù)，取1.25；Hw為采煤機(jī)單位能耗，取0.8kW?h/t。

將各參數(shù)代入式（1）中，得到P=262kW。

通過(guò)以上計(jì)算，并同時(shí)考慮到礦石的硬度及其他不確定因素，需要留有一定的富裕系數(shù)，采煤機(jī)選型為：MG400/870-WD型號(hào)。

2.3 刮板運(yùn)輸機(jī)選型

刮板運(yùn)輸機(jī)[8]運(yùn)輸能力計(jì)算如下：

式中Qg為采煤機(jī)的落礦能力；B為采煤機(jī)截深，取0.6m；H為采煤機(jī)最大截割高度，取2.6m；V為采煤機(jī)截割牽引速度，取2.1m/min；γ為礦石的容重，取2.76t/m3。

將各參數(shù)代入式（2）中，得到Qg=542t/h。

式中Q為運(yùn)輸機(jī)的最大運(yùn)輸能力；K為運(yùn)輸機(jī)的裝載不均勻系數(shù)，取1.3。

將各參數(shù)代入式（3）中，得到Q=705t/h。

通過(guò)以上計(jì)算，刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)不小于705t/h，刮板運(yùn)輸機(jī)選型為：SGZ-764/2×375型。

3 工業(yè)性應(yīng)用

3.1 工業(yè)性應(yīng)用概況

瓦廠坪鋁土礦綜采工作面于2018年5月安裝調(diào)試完成并投入試采，采用“三八”制、“兩采一準(zhǔn)”作業(yè)模式。進(jìn)刀方式為機(jī)尾斜切進(jìn)刀，下行割礦，空刀返回，截止至2019年4月，工作面共推進(jìn)370米，日循環(huán)進(jìn)尺4-5刀，正常開(kāi)采情況下日產(chǎn)2500噸左右，工業(yè)性試驗(yàn)整體達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.2 工業(yè)性應(yīng)用存在問(wèn)題

3.2.1液壓支架

液壓支架頂梁接頂嚴(yán)密、支撐可靠、移架拉架平穩(wěn)，無(wú)擠架壓架情況。工作面運(yùn)行期間，液壓支架液壓及機(jī)械系統(tǒng)工作狀態(tài)平穩(wěn)，與刮板輸送機(jī)、采礦機(jī)配合適應(yīng)；工作面推進(jìn)后，后部采空區(qū)隨著推進(jìn)緊跟支架自然垮落，不需采取強(qiáng)制放頂措施；采空區(qū)初次垮落及周期垮落期間支架壓力無(wú)明顯升高，說(shuō)明液壓支架工作阻力及采高選型適合瓦廠坪礦頂板及礦層賦存條件，滿足生產(chǎn)實(shí)際需要。工作面開(kāi)采過(guò)程中因礦壁節(jié)理不發(fā)育，基本沒(méi)有片幫現(xiàn)象，液壓支架護(hù)幫板未發(fā)揮作用，可拆除或取消護(hù)幫板。

3.2.2采礦機(jī)

試采初期，采礦機(jī)型號(hào)為MG400/870-WD，由于采礦機(jī)自重過(guò)輕，在工作面回采過(guò)程中頻繁跳動(dòng)，造成漏電、斷線及軸承損壞等問(wèn)題。同時(shí)由于機(jī)型截割功率較低，遇硬巖超負(fù)荷截割，從而造成滾筒、滑靴、行走輪、截齒等磨損嚴(yán)重，配件更換頻繁。

圖2 采礦機(jī)滾筒及行走輪磨損情況

針對(duì)采煤機(jī)截割功率偏低情況，將采礦機(jī)型號(hào)改進(jìn)為MG500/1170-AWD1型，投入使用后采礦機(jī)電氣故障基本杜絕，平均截割速度由MG400/870-WD型的0.5m/分提高到1.2m/分，截齒消耗30個(gè)/千噸降低為20個(gè)/千噸。綜上可以看出，采礦機(jī)初步推薦選型即MG400/870-WD功率偏低，在后期選型時(shí)需適當(dāng)提高功率。

3.2.3 刮板輸送機(jī)

試驗(yàn)初期，刮板輸送機(jī)連續(xù)出現(xiàn)圓環(huán)鏈磨損、斷裂情況，主要原因：一是未及時(shí)調(diào)整刮板機(jī)鏈子松緊度，機(jī)頭、機(jī)尾電機(jī)拖動(dòng)配合不協(xié)調(diào)；二是鋁土礦泥化后積存底槽固化，刮板輸送機(jī)停運(yùn)再次啟動(dòng)時(shí)，阻力大，造成斷鏈。通過(guò)調(diào)整刮板輸送機(jī)工況點(diǎn)，從根本上解決了刮板輸送機(jī)斷鏈問(wèn)題。刮板輸送機(jī)存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在溜槽中底板、槽幫鋼，鏈輪、鏈條、刮板等關(guān)鍵部位磨損嚴(yán)重、備件消耗偏高、檢修換件頻率高等。

圖3 刮板機(jī)鏈輪及尺軌磨損情況

針對(duì)上述問(wèn)題，刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)可采用在關(guān)鍵部位需采用耐磨材質(zhì)，優(yōu)化槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鏈輪改成分體式，增加溜槽中底板厚度等措施以減少磨損或便于維修更換。

3.3 改進(jìn)措施

根據(jù)上述工業(yè)性應(yīng)用情況，鋁土礦綜合機(jī)械化開(kāi)采在設(shè)備選型、品位控制、井下開(kāi)采環(huán)境及應(yīng)對(duì)措施等方面相對(duì)于煤礦都具有其自身特殊性，在實(shí)際推廣應(yīng)用過(guò)程中需要關(guān)注以下幾個(gè)方面并進(jìn)行改進(jìn)：

表3 鋁土礦綜采工藝特點(diǎn)及改進(jìn)措施

4 總結(jié)

通過(guò)分析瓦廠坪鋁土礦地質(zhì)賦存和礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力等條件初步確定了綜采設(shè)備的相關(guān)型號(hào)。通過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備配套適應(yīng)性及合理性，發(fā)現(xiàn)采礦機(jī)選型推薦功率偏低、刮板機(jī)關(guān)鍵部位耐磨性不足等問(wèn)題。根據(jù)工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了鋁土礦綜采工藝特點(diǎn)提出相應(yīng)改進(jìn)措施，為綜采工藝在鋁土礦中的推廣提供了重要的實(shí)踐參考及改進(jìn)方向。