韓旺鐵礦斜井膠帶運輸?shù)脑O(shè)計與應(yīng)用

婁廣文張洪果武 飛劉文通

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；4.萊鋼集團魯南礦業(yè)有限公司；5.昆明市東川金水礦業(yè)有限責(zé)任公司）

金屬地下礦山一般產(chǎn)量大于1 000 t/d，井深大于300 m 時，多選用箕斗提升。使用箕斗提升的金屬地下礦山，采用鏟動機將礦石鏟運至采場溜井，通過采場溜井下部的振動放礦機向運輸巷內(nèi)的礦車進(jìn)行裝礦，利用電機車將礦石運輸至卸載站，礦石進(jìn)入溜破系統(tǒng)進(jìn)行破碎后，碎礦落入平巷膠帶運輸并向箕斗裝礦，最后由箕斗提升系統(tǒng)提升至地表。

1 韓旺鐵礦基本情況

韓旺鐵礦是露天轉(zhuǎn)地下的礦山，由上河礦段和王峪礦段組成，2005 年7 月開始“露天轉(zhuǎn)地下開采工程”基建，2010 年10 月份完成上河礦段基建并投產(chǎn)。王峪礦段地下開采正處在基建之中。

韓旺鐵礦的礦床由東南向西北方向展布，礦床空間分布較為狹長，走向長度為3 570 m。上河礦段處在礦床西北部，礦帶控制走向長度1 300 m；王峪礦段處在礦床東南部，礦體控制走向長度1 870 m。兩礦段之間存在無礦帶，無礦帶長度為400 m。

上河礦段的露天采場已形成長約為1 350 m，寬約為225 m，深約為80 m，長軸方向近NW—SE向的凹陷采坑，采坑+100 m水平坑底長約為1 010 m，寬30～50 m，露天開采范圍達(dá)到了設(shè)計開采境界的下界。上河礦段由露天轉(zhuǎn)地下后，設(shè)計范圍為45～57 線、-50～+100 m標(biāo)高已控制礦體，+90～+100 m標(biāo)高礦體作為地下開采的保安頂柱預(yù)留，不予開采。設(shè)計開采范圍內(nèi)可利用儲量2 212.39 萬t，平均品位36.29%，其中B 級儲量933.47 萬t，C 級儲量1 278.92萬t。在兩礦段之間布置了上河主井、上河副井2條提升井，上河主井采用3.2 m3翻轉(zhuǎn)式雙箕斗提升，承擔(dān)上河礦段100萬t/a礦石提升任務(wù)。

王峪礦段于1992 年閉坑，露天采場為長約為1 300 m、寬約為110 m、深約為20 m、長軸方向近NW—SE 向的凹陷采坑，采坑+157 m 坑底長約為810 m，寬10～30 m。王峪礦段由露天轉(zhuǎn)地下后，開采對象是61～75線、+130～-50 m范圍內(nèi)賦存的礦體。王峪礦段的設(shè)計范圍內(nèi)保有資源儲量1 238.52 萬t，其中111b 儲量186.21 萬t，122b 儲量733.80 萬t，332 資源量20.20 萬t，333 資源量298.31 萬t，+100 m 以上礦體平均品位35.60%，+100 m 以下平均品位34.45%。在王峪礦段東部僅布置了王峪主井作為提升井，王峪主井采用多繩雙層雙車單罐配平衡錘提升，承擔(dān)王峪礦段50萬t/a礦石提升任務(wù)。

上河礦段地下開采初期采用翻轉(zhuǎn)式雙箕斗提升，但由于未設(shè)置溜破系統(tǒng)對礦石進(jìn)行破碎，為了適應(yīng)箕斗提升，采場內(nèi)二次破碎工作量較大，向箕斗供礦能力不足，同時受個別漏破大塊影響，導(dǎo)致箕斗每次提升量偏少，大塊卡箕斗等提升事故率升高，直接影響上河主井年提升能力，箕斗提升能力僅為60～80 萬t/a，不滿足“上河礦段100 萬t/a，王峪礦段50 萬t/a，總年產(chǎn)量150萬t/a”企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)。

設(shè)計單位與韓旺鐵礦的工程技術(shù)人員多次外出考查，與設(shè)備廠家進(jìn)行研討、溝通，經(jīng)過多方面論證后，決定采用斜井膠帶運輸?shù)V石替代上河礦段的豎井提升礦石，同時兼顧王峪基建開拓提升系統(tǒng)，將王峪礦段已形成基建工程納入整體設(shè)計，形成統(tǒng)一的開拓提升系統(tǒng)［1-2］。

2 韓旺鐵礦膠帶斜井運輸設(shè)計

2.1 豎井提升改造為斜井膠帶運輸原因

（1）上河礦段露天轉(zhuǎn)地下投產(chǎn)后，設(shè)計生產(chǎn)能力為100 萬t/a，由于井下未建設(shè)破碎系統(tǒng)，致使二次破碎量較大，大幅度降低上河主井箕斗提升能力，制約了企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。

（2）上河主井井口卸礦站至選礦廠的原礦平臺運輸距離約為2.5 km，運輸直接費用12.6元/t，年運輸成本為756～1 008 萬元，直接運輸成本較高。王峪主井井口至選礦廠的原礦平臺運輸距離約為1.1 km，年運輸成本較大。

（3）從上河主井至選礦廠運輸?shù)V石的車輛經(jīng)過村莊，由于碾路面、揚塵、噪聲等影響了當(dāng)?shù)鼐用瘢?dāng)?shù)鼐用穹舛逻\輸?shù)缆?，并多次上訪，公司與居民產(chǎn)生了糾紛，嚴(yán)重影響了地表礦石運輸，造成礦石斷供。

（4）隨著王峪礦段的建成投產(chǎn)，礦山未來為完成150 萬t/a 的礦石生產(chǎn)能力，需2 套提升系統(tǒng)同時運行，存在能耗指標(biāo)高、生產(chǎn)成本高等問題。

（5）井下高品位與低品位礦有明顯界限，2 種品位礦石混合提升將導(dǎo)致選礦廠干選成本高，需在采場進(jìn)行分采、分裝，在提升運輸方面實行2 條清晰獨立線路。

（6）經(jīng)過多方面技術(shù)和經(jīng)濟論證，采用井下建設(shè)溜破碎系統(tǒng)和膠帶斜井運輸井下高品位礦石，采用上河主井提升低品位礦石和廢石，徹底解決以上問題。

2.2 斜井膠帶運輸替代豎井提升

采用斜井膠帶運輸系統(tǒng)為上河礦段與王峪礦段的礦石運輸服務(wù)，膠帶輸送機選用鋼繩芯膠帶輸送機。在王峪礦段中部增加井下溜破系統(tǒng)，在±0 m 布置卸載硐室，在-26 m 布置破碎硐室，在-50 m 布置斜井膠帶機尾，在選礦廠的原礦平臺+220 m 處布置雙驅(qū)動滾筒［3-4］，電機功率為2×500 kW，膠帶傾角為14°，膠帶總長度為1 165 m，膠帶寬度為1 200 mm，提升高度為270 m，設(shè)計運輸能力為150萬t/a［5-6］。

新建膠帶斜井的井口標(biāo)高為+220 m，井底標(biāo)高為-50 m，斜井縱剖面傾角為14°（與膠帶向上運輸傾角保持一致），包括井底平直段在內(nèi)的斜井總長度為1 165 m。斜井?dāng)嗝鏋橹眽θ墓?，凈寬?.2 m，全高為3.5 m，凈面積為12.97 m2。除井口段的350 m 為厚度400 mm 鋼筋混凝土支護(hù)外，其余采用混凝土支護(hù)100 mm。斜井內(nèi)設(shè)置高強度鋼芯膠帶運輸機和檢修軌道［7］。

采場爆破后礦石經(jīng)鏟運機鏟運至采場溜井，經(jīng)溜井底部的振動放礦機向礦車組供礦，架線電機車牽引礦車組至卸載硐室，經(jīng)卸礦后，礦石進(jìn)入上部礦倉，再經(jīng)破碎機破碎后，進(jìn)入下部礦倉，下部礦倉底部的振動放礦機向膠帶輸送機供礦，直接運送至選 礦廠卸礦平臺。斜井膠帶改造后情況見圖1、圖2。

2.3 斜井膠帶輸送機主要參數(shù)

為保證150 萬t/a 生產(chǎn)能力，斜井膠帶主要參數(shù)計算如下。

（1）小時運輸量（As）計算公式為

式中，C為給料不均系統(tǒng)，本次取1.2；As為年運輸量，t/a，取1 500 000 t/a；Th為年工作小時數(shù)，取5 000 h。

經(jīng)計算，As不小于360 t。

（2）膠帶寬度（B）計算公式為

式中，A為物料斷面系數(shù)，取422；V為膠帶輸運速度，取2.5 m/s；γ為物料松散密度，取2.25 t/m3；K為輸送機傾角系數(shù)，本次取0.95。

經(jīng)計算，B不小于0.4 m。

（3）按物料最大塊度計算膠帶寬度為

B1≥2dmax+200， （3）

式中，dmax物料最大塊度，取450 mm。經(jīng)計算，B1不小于1 100 mm。

由B、B1計算膠帶寬度，取最大數(shù)值，膠帶寬度應(yīng)

不小于1 100 mm，取1 200 mm。

（4）電機功率計算公式為

N=KN0， （4）

式中，N0為驅(qū)動滾筒軸功率，kW；F為輸送機運行阻力，經(jīng)計算為233 205 N；V為膠帶輸運速度，取2.5 m/s；K為功率系數(shù)，取1.4。經(jīng)計算，N0=583 kW，N=816 kW。

實際選用電機功率≥1.2N=1.2×816=979 kW，故選用電機功率P=2×500 kW。

經(jīng)過計算分析，斜井膠帶各類配置參數(shù)見表1。

2.4 豎井提升與地面運輸發(fā)生變化

斜井膠帶運輸機投入使用后，上河礦段和王峪礦段的提升井功能發(fā)生根本性變化。

上河主井僅承擔(dān)±0 m 以下礦石提升任務(wù)以及兩礦段的廢石提升任務(wù)，王峪主井作為王峪礦段的進(jìn)風(fēng)井和安全出口，不再承擔(dān)礦石提升任務(wù)。斜井膠帶輸送機直接將井下的礦石輸送至選礦廠卸礦平臺，地面取消了汽車對礦石進(jìn)行運輸。

3 技術(shù)改造后效果

斜井膠帶在韓旺鐵礦投入運行后，系統(tǒng)運行安全可靠，解決了礦山瓶頸問題，為企業(yè)做大、做強、高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)，具有廣闊經(jīng)濟效益和社會效益［8］。

（1）斜井膠帶運輸機運輸能力大大提高，滿足了采礦、選礦能力，為企業(yè)下一步擴能創(chuàng)造了有利條件。

（2）斜井膠帶運輸機實現(xiàn)了無人自動化控制系統(tǒng)，大大減少勞動力，全面提高了運輸系統(tǒng)本質(zhì)安全［9］。

（3）斜井膠帶直接將礦石運輸至地表選礦廠，解決了汽車運輸擾民的糾紛問題，緩和了與當(dāng)?shù)卮迕耜P(guān)系。

（4）斜井膠帶具有運輸成本低、故障率低、輸送能耗低、運行平穩(wěn)等特點，有利于礦山長期發(fā)展，給礦山帶來可觀的經(jīng)濟效益。

4 注意問題

（1）應(yīng)根據(jù)輸送物料特性，選用斜井膠帶傾角，輸送機向上輸送時最大傾角不宜超過16°，向下輸送時最大傾角不超過12°，當(dāng)輸送物料含水大、大塊率高和帶速高時，傾角應(yīng)取小值，可根據(jù)試驗選取。

（2）采用斜井膠帶運輸時，井下礦石應(yīng)進(jìn)行破碎，破碎后的礦石塊度適合運送條件。

（3）膠帶運送物料的速度過快，會引起擊載荷的增加，對膠帶損害較大，縮短膠帶的使用壽命，運送礦石的帶速控制在1.28～3.2 m/s。

（4）地下礦山是否采用斜井膠帶運輸，應(yīng)從經(jīng)濟、技術(shù)方面等方面進(jìn)行方案比較，一般露天轉(zhuǎn)地下礦山開采深度較淺，可采用斜井膠帶運輸；技術(shù)改造的地下礦山在延伸段可采用斜井膠帶運輸。

5 結(jié) 語

韓旺鐵礦技術(shù)改造項目完成后，上河礦段和王峪礦段的礦石由獨立的提升井進(jìn)行提升，特別是上河礦段還需要地表汽車進(jìn)行礦石運輸，均由斜井膠帶將井下礦石直接運送到選礦廠，很好解決了井下采礦、運輸、選礦等不匹配環(huán)節(jié)，兩礦段實現(xiàn)了統(tǒng)籌兼顧、集中調(diào)度、統(tǒng)一運輸，膠帶運輸實現(xiàn)自動化控制后，達(dá)到了自動化減人目的，保障了安全生產(chǎn)，具有重大經(jīng)濟效益和社會效益。