膠帶運(yùn)輸在露天金屬礦山中的應(yīng)用

欒福佳

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

金屬礦產(chǎn)資源是多種工業(yè)生產(chǎn)中的重要物質(zhì)，我國目前金屬礦產(chǎn)資源品種較為齊全，金屬礦山分布較為廣泛，且主要為露天金屬礦山。隨著我國工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，在一定程度上對露天金屬礦山開采與運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)提出了新要求，需要對運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行全面、深入分析，找出運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用中存在的不足與缺陷，并及時采取相應(yīng)的處理措施，才能為我國露天金屬礦山開采的順利進(jìn)行提供一定保障，促進(jìn)我國工業(yè)積極發(fā)展。

1 膠帶運(yùn)輸在露天金屬礦山中的重要作用

膠帶運(yùn)輸也就是膠帶運(yùn)輸開拓，主要是指運(yùn)用膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)構(gòu)建適應(yīng)礦巖運(yùn)輸通道的一種開拓方式，該種方式可以在很大程度上節(jié)省露天金屬礦開采中的運(yùn)輸成本，同時還具有較好的運(yùn)輸能力，有著生產(chǎn)能力大、升坡能力強(qiáng)、運(yùn)輸距離短、運(yùn)輸成本低等較好技術(shù)優(yōu)勢，目前已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到我國各大金屬露天礦山、煤礦中[1-3]。

1.1 滿足改擴(kuò)建需求

目前還未對建（構(gòu)）筑物所在地的工程地質(zhì)進(jìn)行勘查和評價，場區(qū)是否有不良工程地質(zhì)現(xiàn)象存在尚不清楚，因工程地質(zhì)情況不詳，目前無法準(zhǔn)確的確定建筑物的基礎(chǔ)合理形式，現(xiàn)階段按一般天然地基考慮，未考慮不良地質(zhì)情況的影響。而膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)搭建比較簡單，在操作、維修以及管理等方面均具有較好優(yōu)勢，可以在很大程度上滿足金屬礦山改擴(kuò)建需求。

1.2 可節(jié)省能源

（1）根據(jù)現(xiàn)場地形情況，適合本項目的廢石運(yùn)輸方式為汽車運(yùn)輸和膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。新建南加排土場與露天采場間的公路運(yùn)輸距離約7.85km，超過汽車運(yùn)輸?shù)暮侠斫?jīng)濟(jì)運(yùn)距近5km。采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸方式運(yùn)行費(fèi)用僅1.0元/t，相比汽車運(yùn)輸方式1.5元/（t·km）的運(yùn)輸費(fèi)用大幅度節(jié)約了廢石運(yùn)輸成本。

（2）根據(jù)礦山生產(chǎn)需要在南加排土場上游建設(shè)南加尾礦庫，尾礦壩共分四期建設(shè)，需要廢石量共計2214×104m3。通過膠帶輸送機(jī)將采場剝離廢石運(yùn)至尾礦壩附近來修筑尾礦壩，避免了在尾礦壩附近取料對周邊環(huán)境的破壞，同時也減少了排土場占地面積。

（3）膠帶輸送機(jī)均為下行布置，下運(yùn)膠帶在啟動、無功負(fù)荷和輸送負(fù)荷較少時，變頻器從供電回路取電后給電動機(jī)供電，此時電機(jī)做正功與一般的變頻調(diào)速系統(tǒng)完全相同；當(dāng)負(fù)荷達(dá)到一定量時，負(fù)載在慣性作用下，產(chǎn)生向下驅(qū)動力，電機(jī)做負(fù)功，處于發(fā)電狀態(tài)。采用四象限運(yùn)行的有源整流/回饋柜+逆變器控制系統(tǒng)。在速度控制及需要減速制動時，實(shí)現(xiàn)再生回饋制動功能，并通過IGBT實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)換流，將再生能量回饋電網(wǎng),膠帶輸送機(jī)運(yùn)行時，將物料產(chǎn)生的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，并通過變頻器將產(chǎn)生的電能回饋電網(wǎng)。水平輸送長度約2km，垂直落差214m,經(jīng)過估算，膠帶輸送機(jī)前期可發(fā)電約535×104kwh/a，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益241萬元/a。

（4）銅街—曼家寨礦段，是以鋅、錫、銦為主，伴生有銅、銀、鎘、硫、鐵、螢石、滑石等多種可回收的有益共、伴生組分的礦床，礦石價值高，每噸礦石可產(chǎn)生約200元利潤。為避免廢石剝離過程中混入礦石直接丟棄造成的資源浪費(fèi)，在1#膠帶輸送機(jī)與2#膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載倉處預(yù)留了后期增加LPPC生產(chǎn)系統(tǒng)的位置，為后期礦石回收做了充分準(zhǔn)備。

1.3 可減少開采運(yùn)輸成本

華聯(lián)鋅銦南加排土場一號破碎站及膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)初步設(shè)計概算總投資為23836萬元，其中工程費(fèi)用為18247萬元，工程建設(shè)其他費(fèi)用3621萬元，預(yù)備費(fèi)用為1968萬元。本項目廢石處理能力為1350×104t/a（4.5×104t/d）。生產(chǎn)期內(nèi)廢石破碎及輸送制造成本為2541萬元/a～3248萬元/a，其中經(jīng)營成本為1126萬元/a～1470萬元/a，折合單位廢石制造成本為1.88元/t～2.41元/t，折合單位經(jīng)營成本為0.83元/t～1.09元/t，低于礦山現(xiàn)在廢石破碎及輸送成本，因此南加排土場一號破碎站及膠帶輸送系統(tǒng)建設(shè)是完全必要的，也是經(jīng)濟(jì)可行的。

2 膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)在露天金屬礦山中的運(yùn)用

為滿足礦山生產(chǎn)需要，需在露天采場東南側(cè)約2.5km處新建南加尾礦庫和南加排土場。南加尾礦庫位于南加排土場上游，采用廢石筑壩。用于筑壩的廢石和排土場排放的廢石均通過新建的南加排土場一號破碎站及膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)至南加排土場。輸送系統(tǒng)能力為3000t/h，其中，2400t/h的廢石通過主膠帶輸送機(jī)尾部的粗碎站給料，600t/h的廢石從擬建的廢石綜合回收廠通過上料膠帶輸送機(jī)直接給料到主膠帶輸送機(jī)中部位置。根據(jù)礦山整體布局情況和地形條件，結(jié)合現(xiàn)有露天采場廢石量和大露天采場東幫廢石量，將廢石破碎站設(shè)在露天采場東南側(cè)最終境界外約500m處，汽車卸載平臺標(biāo)高為1065m。將廢石破碎站設(shè)在此處可減少廢石的反向運(yùn)輸，同時兼顧現(xiàn)有露天采場的大部分廢石處于合理運(yùn)距范圍內(nèi)。膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)載站的位置靠近南加尾礦庫和南加排土場的結(jié)合處。為避免膠帶輸送機(jī)與尾礦設(shè)施發(fā)生干涉，并考慮南加排土場的廠址情況及后續(xù)膠帶的設(shè)置要求，將轉(zhuǎn)載站設(shè)在標(biāo)高840m。

2.1 廢石運(yùn)輸系統(tǒng)

根據(jù)昆明有色冶金研究院股份公司編制的《云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司南加排土場可行性研究》，大露天采場內(nèi)廢石量為31594.00×104m3，其中露天采場西幫廢石量為18359.70×104m3，占總量的58.11%；露天采場東幫廢石量為13234.30×104m3，占總量的41.89%。設(shè)計的南加排土場庫容為22620.86×104m3，可堆存實(shí)方17400.66×104m3，可供排廢16年左右。東部排土場擴(kuò)容后庫容量15300×104m3，可堆存實(shí)方11769.23×104m3。另外，露天采場后期可內(nèi)排廢石約3000×104m3，增加庫容量約3900×104m3。三處廢石排放場地可堆存實(shí)方32169.89×104m3，可滿足大露天境界內(nèi)廢石排廢需求。東部排土場臨近露天采場東部，采用汽車排土方式；南加排土場位于露天采場的東南側(cè)，距離較遠(yuǎn)，采用膠帶+排土機(jī)排土方式。按照最初設(shè)想，露天采場東幫廢石就近運(yùn)往東部排土場堆存，露天采場西幫廢石運(yùn)往南加排土場堆存。但受采礦生產(chǎn)約束，露天采場西幫前期不具備廢石剝離的條件，同時，受南加排土場地形限制，初期也難實(shí)現(xiàn)采用排土機(jī)進(jìn)行大規(guī)模排土作業(yè)，需要通過汽車排土為后續(xù)采用膠帶+排土機(jī)排土創(chuàng)造條件。另外，還要考慮前期修筑南加尾礦庫初期壩的要求。因此，需要先形成東幫一號破碎站及膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能定位主要是完成南加尾礦壩初期壩的修筑以及為西幫系統(tǒng)后續(xù)采用膠帶+排土機(jī)排土創(chuàng)造條件。另外，根據(jù)采礦生產(chǎn)進(jìn)度計劃，露天采場西幫廢石排放量大于南加排土場的廢石堆存量。因此，東幫過來的廢石不宜太多，當(dāng)完成既定目標(biāo)后應(yīng)就近排往東部排土場，以免擠占南加排土場過多庫容，導(dǎo)致西幫系統(tǒng)排廢成本增加。根據(jù)露天初步生產(chǎn)計劃，前4年東幫一號破碎站及膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)每年排至南加排土場廢石量為410×104m3，第5年西幫系統(tǒng)建成后每年向南加排土場排廢量為955.14×104m3。從第5年開始，東、西幫系統(tǒng)每年可向南加排土場排廢1365.14×104m3。

2.2 膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)

本次設(shè)計的膠帶輸送線路從新建廢石破碎站至南加排土場。地形復(fù)雜，周邊設(shè)施繁多，沿途要穿越東部排土場，在線路東北側(cè)有即將建設(shè)的廢石綜合回收廠，西南側(cè)有萬龍山尾礦庫和即將建設(shè)的南加尾礦庫。設(shè)計充分考慮了膠帶輸送線路穿越位置的原始地形情況以及現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施、道路的情況，共布置3條膠帶輸送機(jī)接力將破碎后的廢石從破碎站運(yùn)往排土場。膠帶機(jī)接力順序：1#膠帶輸送機(jī)2#膠帶輸送機(jī)3#膠帶輸送機(jī)。

1#膠帶輸送機(jī)設(shè)計帶寬B=2.0m，帶速v=2.0m/s，運(yùn)量Q=3000t/h。頭部設(shè)除鐵器，起保護(hù)后續(xù)膠帶作用。膠帶輸送機(jī)水平輸送長度L=153m，頭部滾筒標(biāo)高1046.6m，尾部滾筒標(biāo)高1032m，提升高度H=14.6m。采用頭部單滾筒單電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)功率355kW。采用EP-200×5(10+6)聚酯帆布阻燃輸送帶。

為方便現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)營，提高系統(tǒng)可靠性，考慮在1#膠帶輸送機(jī)與2#膠帶輸送機(jī)之間設(shè)置廢石轉(zhuǎn)載倉。轉(zhuǎn)載倉高約20m，直徑φ18m，有效容積約1700m3，可滿足1個半小時左右的廢石儲存量，降低采場來料不均衡時對運(yùn)輸系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響。在轉(zhuǎn)載倉下部設(shè)1臺BZOK2400-7型板式給料機(jī)為膠帶輸送機(jī)喂料，給料機(jī)采用變頻電機(jī)傳動，可調(diào)整輸送速度，控制給料量，使之與膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸能力相匹配。轉(zhuǎn)載倉內(nèi)設(shè)料位計控制倉內(nèi)廢石的儲存量，并與上下游設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。

2#膠帶輸送機(jī)設(shè)計帶寬B=1.2m，帶速v=4.5m/s，運(yùn)量Q=3000t/h。水平輸送長度L=1517m，頭部滾筒標(biāo)高848m，尾部滾筒標(biāo)高1014.63m，下放高度H=-166.63m。尾部布置在轉(zhuǎn)載倉底部，出轉(zhuǎn)載倉后先沿地表敷設(shè)跨越東部排土場，再穿過地下巷道后沿地表通廊至南加排土場外840m轉(zhuǎn)載站。其中，穿排土場處標(biāo)高1000m，跨越排土場長度350m。

3#膠帶輸送機(jī)設(shè)計帶寬B=1.2m，帶速v=4.5m/s，運(yùn)量Q=3000t/h。水平輸送長度L=531.5m，頭部滾筒標(biāo)高784m，尾部滾筒標(biāo)高842m，下放高度H=-58m。尾部布置在840m轉(zhuǎn)載站底部，出轉(zhuǎn)載站后沿地表敷設(shè)至排土場內(nèi)的740m堆場，膠帶輸送機(jī)頭部采用懸挑結(jié)構(gòu)，架空高度約40m。在料堆底部設(shè)裝礦硐室，經(jīng)汽車倒運(yùn)進(jìn)行尾礦庫初級壩修筑和排土場初期排放。

根據(jù)排土計劃，南加排土場服務(wù)年限16年。根據(jù)現(xiàn)場地形和生產(chǎn)實(shí)際情況，到排廢第7年，740m標(biāo)高以下的排土任務(wù)完成，此時拆除740m堆場設(shè)施和3#膠帶輸送機(jī)，并在900m標(biāo)高建堆場設(shè)施和3A#膠帶輸送機(jī)，服務(wù)至排土場結(jié)束。

2.2.2 路線

路線制定主要考慮方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)生產(chǎn)管理和維護(hù)方便、穿越東部排土場的膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)形式、膠帶輸送機(jī)輸送的部分物料來自于廢石綜合回收廠（廢石綜合回收廠處理后的廢石需通過該廠膠帶輸送機(jī)給到主膠帶輸送機(jī)上）、膠帶輸送機(jī)輸送線路穿越位置的原始地形情況以及現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施以及道路情況方面。主要按照確定的廢石破碎站和840m轉(zhuǎn)載站的位置布置膠帶輸送機(jī)輸送線路，共設(shè)計三條輸送線路方案：方案一為一段膠帶輸送機(jī)直線布置方案，方案二為高標(biāo)高兩段膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)布置方案，方案三為低標(biāo)高兩段膠帶輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)布置方案。

2.3 膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備部件

2.3.1 膠帶

采用B=1200mm膠帶，2#膠帶輸送機(jī)選用ST2500鋼繩芯阻燃輸送帶，上覆蓋膠厚度10mm，下覆蓋膠厚度6mm；3#膠帶輸送機(jī)選用ST1250鋼繩芯輸送帶，上覆蓋膠厚度10mm，下覆蓋膠厚度6mm。

2.3.2 承載托輥

采用三輥式槽型托輥，槽角35°，輥?zhàn)又睆溅?59mm，承載托輥間距為1.0m。

2.3.3 回程托輥

采用二輥式V型托輥，槽角10°，輥?zhàn)又睆溅?59mm，承載托輥間距為3.0m。

2.3.4 傳動滾筒

傳動滾筒規(guī)格Φ1250mm×1400mm，表面采用人字型鑄膠。

2.3.5 改向滾筒

改向滾筒規(guī)格包括Φ1250mm×1400mm、Φ1000mm×1400mm、Φ800mm×1400mm，表面采用光面鑄膠。

2.3.6 拉緊裝置

采用自動液壓絞車?yán)o裝置，拉緊裝置包括拉緊絞車、拉緊小車、測力計、液壓缸等[4]。膠帶輸送機(jī)拉緊裝置位于頭部，最大拉緊力45kN。

2.3.7 驅(qū)動裝置

選擇尾部滾筒+電機(jī)+減速器驅(qū)動方式，變頻調(diào)速控制[5]；減速器與電機(jī)之間的高速軸采用蛇形彈簧聯(lián)軸器；減速器與滾筒之間的低速軸設(shè)蛇形彈簧聯(lián)軸器和盤式制動器。為保證系統(tǒng)安全，選用的制動器要能實(shí)現(xiàn)恒減速制動，同時要一用一備[6]。

2.3.8 清掃器

頭部滾筒處安裝一級、二級刮板清掃器；尾部滾筒回程膠帶上表面裝有犁式清掃器。

2.3.9 其他輔助設(shè)施

膠帶輸送機(jī)物料轉(zhuǎn)載點(diǎn)設(shè)溜槽堵塞檢測；膠帶輸送線路上設(shè)拉繩開關(guān)、跑偏保護(hù)裝置、縱向撕裂保護(hù)裝置、打滑保護(hù)裝置等保護(hù)設(shè)施；膠帶輸送機(jī)沿線設(shè)電話、揚(yáng)聲器、聲光報警裝置及火災(zāi)自動報警裝置；膠帶輸送機(jī)頭尾滾筒、物料轉(zhuǎn)載點(diǎn)、拉緊裝置處安裝攝像頭，監(jiān)視滾筒處膠帶是否打滑、轉(zhuǎn)載處物料是否堵塞、拉緊裝置是否運(yùn)行正常；1#膠帶輸送機(jī)尾部裝載點(diǎn)附近安裝電子皮帶秤，對物料的瞬時輸送量以及累計輸送量進(jìn)行自動計量；1#膠帶輸送機(jī)頭部設(shè)除鐵器，防止下游膠帶被鐵器撕裂；膠帶輸送機(jī)物料轉(zhuǎn)載點(diǎn)設(shè)收塵設(shè)施或噴霧降塵設(shè)施；鋼繩芯膠帶在線監(jiān)測系統(tǒng)對膠帶輸送機(jī)的膠帶狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控[7]。

3 總結(jié)

膠帶運(yùn)輸在露天金屬礦山采礦操作中有著重要作用，需要重視膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)在實(shí)際操作中的運(yùn)用，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程中存在的不足與缺陷，查找相關(guān)影響因素，并采取相應(yīng)的處理措施，讓膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)可以更好地服務(wù)于露天金屬礦采工作，保證運(yùn)行安全性，降低安全事故風(fēng)險，進(jìn)而將運(yùn)輸成本控制在合理范圍，增加企業(yè)收益，為作業(yè)人員生命安全提供一定保障。

（1）破碎站場地與原有運(yùn)廢道路相連，原有運(yùn)廢道路寬約11m，需擴(kuò)建，采用露天礦山二級道路標(biāo)準(zhǔn)，汽車荷載汽-110級，路面寬15m，路肩寬2m。場地及道路做法由上到下為：30mm-40mm砂礫磨耗層、250mm厚泥結(jié)碎礫石面層、350mm厚混鋪塊碎石基層。

（2）料堆設(shè)高、低料位計，同時設(shè)高低料位報警，并與長距離膠帶設(shè)備連鎖控制。料堆外部設(shè)小型控制室，對每輛汽車裝料情況進(jìn)行高、低料位檢測，并與振動放礦機(jī)進(jìn)行連鎖控制，在控制室能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。

（3）膠帶排土系統(tǒng)流程單一且自動化程度較高，關(guān)鍵設(shè)備重要參數(shù)通過中控DCS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，作業(yè)現(xiàn)場關(guān)鍵點(diǎn)安裝視頻進(jìn)行監(jiān)控。由于流程單一設(shè)備的唯一性，導(dǎo)致流程中單臺設(shè)備故障將影響整個流程的停產(chǎn)，所以確保設(shè)備完好就顯得尤為重要。

（4）為實(shí)現(xiàn)本質(zhì)化安全，膠帶系統(tǒng)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了人機(jī)隔離和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。結(jié)合膠帶系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時提高設(shè)備的完好率和運(yùn)轉(zhuǎn)率顯得尤為重要，因此，需要加強(qiáng)設(shè)備、電氣的點(diǎn)巡檢、預(yù)防性維修保養(yǎng)工作，減少事后維修頻次。

（5）膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)所有設(shè)備的日常維修維護(hù)保養(yǎng)時間與生產(chǎn)相互制約，時間較短不能完成區(qū)域設(shè)備的維修維護(hù)工作，同時修理人員較少、技能不強(qiáng)，維修人員缺乏是目前制約膠帶系統(tǒng)高效生產(chǎn)的主要因素，因此對崗位進(jìn)行優(yōu)化維修人員勢在必行。

（6）實(shí)現(xiàn)工藝流程本質(zhì)化安全，DCS系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)實(shí)時在線監(jiān)測，中控室具備在線觀測的條件，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域設(shè)備設(shè)施實(shí)時監(jiān)控功能，膠帶運(yùn)行區(qū)域?qū)嵭蟹忾]管控，運(yùn)行期間所有人員不得進(jìn)出。