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胶带斜井在金属矿山及深井开拓中的应用和探讨
2013-05-20
胶带斜井在金属矿山及深井开拓中的应用和探讨
胶带斜井在金属矿山及深井开 拓中的应用和探讨 WWW.KY114.CN 昆明有色冶金设计院研究院股份公司 余南中 张志雄 郭枝新 2 012.8 目 录 Á Á 1概述 2 国内地下金属矿山胶带斜井开拓的使用和进 展 WWW.KY114.CN Á Á 3胶带斜井与箕斗竖井开拓的经济比较及适用情 况 4进一步解决有关问题的综合措施及需要研究的 问题 1 概 述 Á 在大型、特大型、超大型深井矿山 的开拓中,箕斗竖井是一种使用最 WWW.KY114.CN 多的提升和开拓方式。技术成熟, 有很多优点。 但箕斗竖井也存在一些问题 Á 目前提升速度很少有超过20m/s的,井深 超过千米之后,一条(套)箕斗竖井提升 能力很难超过600~700万t/a(900~ 1 000t/h); Á Á 技术和设备复杂(越深、越大、越复杂)、 附属设施多,井塔(架)结构复杂,总的 投资高; WWW.KY114.CN 对钢绳的要求高,首绳使用中有一根不 合格,就应全部更换,加之转运环节多, 运营费较高; 有无其它合适的开拓方式 Á Á 能否探讨有无运量更大、技术 和系统简单、费用更低的开拓 方式? WWW.KY114.CN 用胶带斜井如何?它有什么特 点? 胶带斜井开拓特点 Á 采用胶带斜井开拓,可以发挥胶带运输机 连续运输、能力大(小时运量可达数千 吨~2、3万吨);设备和工艺系统简单; 投资和运营费用低;易于实现自动化的特 WWW.KY114.CN 点。 Á 在深井开采中,胶带机可以实现长距离输 送,还可以用多段胶带运输机接力来实现 矿(岩)石的深井提升运输,具有用于规 模大、埋藏深的矿井的使用条件。 胶带斜井用于大高度提升的问题 Á 但以往胶带斜井开拓在国内地下金属矿山虽有使用 的,但并不多见。 原因: Á Á Á 一般认为: WWW.KY114.CN 1)胶带斜井倾角受到限制(不大于15゜),矿井较 深时,需要多段接力,运输系统复杂、可靠性 低; Á 2)并因此而导至井巷工程量大,施工困难,工期 长。 Á 那么这些问题能否解决或改进呢? 2 国内地下金属矿山胶带斜井开拓的 使用和进展 我们先看看 国内地下金属 矿山这些年来使用胶带斜井开拓 及胶带W运W输W的.进K展Y1情1况4.。CN 2.1进展之一:胶带斜井开拓的 提升高度越来越大 Á 请看有关实例 WWW.KY114.CN 实例之一:大红山铜矿胶带斜井开拓 Á Á 二十世纪九十年代中期,我公司较早在大 红山铜矿工程设计中采用胶带斜井作为主 井、提升铜铁矿石及废石。 大红山铜矿一期工程胶带运输机提升高度 WWW.KY114.CN 75m,运量200万t/a,于1997年7月1日投 3 产,使用效果很好。后为适应生产发展, 改造后运量达到400万t/a (利用年终检 修,23天完成改造)。 实例之二: 大红山铁矿一期胶带斜井开拓 Á 大红山铁矿井下一期400万t/a工程采 用胶带斜井作为主井。主胶带运输机 提升高度421.15m,居目前国内前茅。 运量400万t/a,投产5年多来,能力保 WWW.KY114.CN 证性强,运行成本低。为满足产量增 加需要,进行改造(主要再增加一个 驱动单元),能力达到600万t/a,效 果十分突出。 实例之三: 大红山铁矿二期深部胶带斜井开拓 Á 大红山铁矿二期深部工程设计在一期的基 础上向下延伸,构成7段胶带接力,提升 高度783m,已接近深井开拓的范围,共13 个驱动单元同时运行,变频调速驱 动,运量600万t/a。 在目前国内已实施建设的地下金属矿山中 位于前列。 WWW.KY114.CN Á Á 从以上进展可见,应用胶带斜井开拓的提 升高度正越来越大。 大红山铁矿井下胶带运输系统组成简况(运量600万t/a) 胶带机长 带宽 带速 带强N 倾角 度(m) (mm) m/s /cm (°) 胶带机编号 驱动装置 备注 选1#转运胶 带 单滚筒单电 一期 310 1200 1.6 0.8° 机(160 kw) 采3#转运胶 带 单滚筒单电 机(37kW) 102.32 1200 1.6 0.8° 一期 双滚筒四电 采2#主胶带 1865 1200 4 ST4000 14° 机(3用+1 一期 WWW.KY114.CN 备)×710kw 双滚筒四电 0°12 机(3用+1 二期 备)×710kw 1 ’ 采4#主胶带 1079.14 1200 4 ST2500 14” 采5#转运胶 带 单滚筒单电 二期 165.49 1200 2.5 ST630 0 机(110kw) 0°12 双滚筒四电 采6#主胶带 1299.93 1200 4 ST2500 ’1 机(3用+1 二期 14” 备)×710kw 单滚筒单电 二期(平行 采7-1#受料 胶带 68.67 1400 1.6 ST630 0 的7-2#相 机(75kw) 同) 大红山铁矿井下破碎和胶带斜井运输系统 WWW.KY114.CN 大红山铁矿胶带斜井井底装载站 WWW.KY114.CN 大红山铁矿胶带斜井运输机头部驱动站 WWW.KY114.CN 其它矿山的胶带斜井开拓 Á 我公司设计的用胶带斜井开拓并实施建设的的矿山还 有: Á Á Á Á 攀钢尖山采场露转坑地下工程; 二道河铁矿; WWW.KY114.CN 贵州猫场铝土矿。 同时,国内其它采用胶带斜井开拓的矿山也取得了成 功经验。现在国内地下金属矿山(甚至在深井矿山)使 用胶带斜井开拓越来越引起了大家的关注。 2.2 进展之二:国内胶带运输 解决可靠性问题的进展 Á 2.2.1先看一个很好解决了可 靠性问题的 W实WW.KY1例14.CN 长距离、多驱动单元运输机 Á 广东封开华润水泥石灰石运输胶带,长 4 8 0km,分3段(单机最长16.6km,6滚筒、 套驱动单元),带速4.95m/s,运量 WWW.KY114.CN 2 500t/h、1400万t/a.条,驱动单元共达 到19套/条线,可重载启动。投运两 年多来情况良好。 华润水泥石灰石长距离、多驱运输胶带 (最未段16.6km、6滚筒8驱) WWW.KY114.CN 华润水泥石灰石长距离、多驱运输胶带 WWW.KY114.CN 华润水泥石灰石长距离、多驱运输胶带 WWW.KY114.CN 高速度、大运量运输机 Á 天津曹妃店5000万t/a煤码头输送 系统带式输送机,机长1790m,带 宽2000mm,带速6.1m/s、输送量达 到86W95tW/hW、.4K73Y4万11t/4a。.CN 其它例子还很多。 2.2.2解决驱动方式可靠性的进展 Á Á 驱动方式是否可靠,是关键。 在胶带运输机的驱动方面,CST可控驱 动系统、交流变频系统的使用都很成 熟。 WWW.KY114.CN Á 这些年来交流变频驱动不断得到提 高,应用越来越广泛,在适应多机驱 动,提高可靠性方面更加有效。它具 有以下优良功能: 交流变频驱动的特点 Á Á 1)加减速过程非常平稳。 2)具有主从控制功能,可以完美可靠 的实现多机驱动。 WWW.KY114.CN 3)具有调速功能,可以根据需要,设 置最佳运行带速 Á Á 4)具有良好的重载启动、过载保护、 胶带断裂保护能力。 交流变频驱动的特点 Á Á 5)变频器基本无故障,基本免维护。 进口变频器平均无故障时间均大于20 年。 WWW.KY114.CN 但在井下使用时要注意采取措施, 做好电气硐室的 防尘降温。 交流变频驱动的特点 Á 在上述进展的基础上,采用冗余配 置的系统(设置驱动单元时,多设 置一套备用单元),当任一台从机 发生故障时,可以简单的将这台从 机退出运行而不影响整条胶带机的 WWW.KY114.CN 运行,大大提高了运行可靠性。 大红山铜矿交流变频器 WWW.KY114.CN 2.2.3设备可靠性的进展 Á 国产胶带运输机和胶带质量不断提高 如北方重工、衡阳运机的胶带运输机,银 河德普的胶带都可达到国际先进水平,其 WWW.KY114.CN 它一些知名厂家的产品也很好,完全能满 足可靠使用的要求。北京雨润华公司开发 的低阻力节电高寿命托辊,为改进胶带运 输机的效能进行了有益的尝试。 进展的效果 Á 这些都为在地下金属矿山和深 井开采中使用胶带斜井开拓创 造了极好的技术和设备条件。 WWW.KY114.CN 2.3另一个问题: 解决工期长的有效途径 Á Á 改进井巷系统的设置方式 按规定,在倾斜巷道中采用带式输送 机运输,输送机的一侧应平行敷设一 WWW.KY114.CN 条检修道。 Á Á 胶带斜井检修道与开拓系统的配合越 来越完善。 按我公司的工程实践,有以下设置方 式: (1)与胶带运输机 在同一井筒中设有轨检修道(大红山铁 矿一期) WWW.KY114.CN (2)与胶带斜井 平行设置有轨辅助斜井 (大红山铜矿一期) WWW.KY114.CN (3)与胶带运输机 在同一井筒中设无轨检修道 Á (大红山铁矿二期) WWW.KY114.CN (4)与胶带斜井 平行设无轨斜坡道(二道河铁矿) WWW.KY114.CN 其中,用辅助斜坡道作为胶带斜井的 检修通道最合适 Á 斜坡道一井两用,不但大幅度节省了 工程量,而且可以减小巷道断面,更 WWW.KY114.CN 适应工程地质条件不良的情况; Á 二井平行掘进,互为措施,并可使用 无轨设备施工,能大大加快施工进 度; 用辅助斜坡道作为胶带斜井的 检修通道 Á 在安装时可用斜坡道于全线路展开工作, 用多段斜井时,可以在掘砌下段斜井时, 利用斜坡道安装上段胶带运输机,以缩短 WWW.KY114.CN 工期; Á 形成胶带斜井-辅助斜坡道的开拓方式,不但 能有效地加缩短工期,而且与现代化大型矿山相 适应,是一种最合适的方式。 3 胶带斜井与箕斗竖井开拓的 经济比较及适用情况 Á 如上所述,在技术、设备、系 统设置等方面,解决胶带斜井 用于深井开拓时的可靠性、工 WWW.KY114.CN 期长问题有了很大进展,那么 在工程量和经济方面与箕斗竖 井的比较和适用情况又如何 呢? 3.1比较范围 Á根据国内目前深井开采的进展 情况,暂对井深1500m以内、运 WWW.KY114.CN 量3000万t/a以下的情况进行研 究。 3 .2胶带斜井的系统组成 Á 在井下金属矿山,胶带斜井一 段提升的高度,目前在国内超 过400m的极少,本研究以300m/ WWW.KY114.CN 段为基本研究对象。 提升高度1500m、规模3000万t/a时, 胶带斜井的系统组成 Á Á 1、总提升高度1500m、规模3000万t/a 时,需要胶带斜井一条,由5段组成; WWW.KY114.CN 运输能力按6600t/h计,采用平行胶带 斜井设置斜坡道的布置方式,角度9゜ 3 0’,胶带机斜长1818m; 提升高度1500m、规模3000万t/a时, 胶带斜井的系统组成 Á Á 井巷工程包括胶带斜井、相关硐室、措 施工程等; 每段带宽2m,带速5m/s,带强ST5000, 按3滚筒、5+1的冗余方式设置驱动单元 WWW.KY114.CN 5套工作,1套备用),电机功率 ( 2050kw/台。 Á 一段胶带斜井可比总投资(含机、电、 安装、井巷、建筑,下同)约1.33亿元。 规模1500万t/a、1000万t/a、600万t/a 时,胶带斜井的系统组成 2 、规模1500万t/a、1000万t/a、600万 t/a时,每段胶带斜井采用2滚筒、 +1的驱动单元。运量不同,相应采 用不同 1. 1. 2m)、 带速(5~4.5~4m)、带强(ST4000~ 500~2500)和功率(单机1750~ 150~760kw)。 一段胶带斜井的总投资分别约为0.93~ .8~0.52亿元。 3 的带宽( 6~ WWW.KY1142~.C1.N 3 1 0 3.3箕斗竖井的系统组成 Á Á 1、 提升高度1500m时,提升能力按600万t/a.条 计。3000万t/a需要5条; 竖井群集中布置,共用井塔。每条采用JKM6×6井 塔式多绳摩擦提升机提升21m3双箕斗,V=18m/s, N=10500kw,竖井净直径6m;主要附属设施有上部 WWW.KY114.CN 井塔电梯1台,井底粉矿回收井1条,井底粉矿回收 联道,井底排水泵站等。 Á 2、规模1500万t/a、1000万t/a、600万t/a时,需 要的箕斗竖井分别为3条、2条、1条。具体组成情 况见表2。 Á 一条箕斗竖井总投资约2.53亿元。 3 .4箕斗竖井及胶带斜井与 辅助井巷的组合 Á 要实现年产千万吨级以上的大规模开采,设置 斜坡道非常必要,否则就需要设置大型副井, 将特大型设备拆分后下放(如10m3铲运机)。 Á Á 因此,箕斗竖井至少需要配套大副井,最好还 应设置斜坡道; WWW.KY114.CN 胶带斜井配套斜坡道已可以满足特大型无轨设 备和其它设备、人员、材料下井的基本需要, 但最好再设置小副井以提高辅助运输的效率。 Á 故分别对不同的组合情况作了比较,见表3。 3 .5比较条件 Á 箕斗竖井、大副井等参考近年来国内若干 深井设计研究的工程量、装备和投资情况 进行投资估算。 Á Á 胶带斜井、斜坡道等根据工程设计实践和 近期价格进行投资估算。 WWW.KY114.CN 岩石条件按稳固、水文地质条件按一般考 虑。 辅助井巷简况 深度1500m时: 可通行10m3铲运机的斜坡道井巷工程 Á 2 4.34万m3,总投资1.825亿元; WWW.KY114.CN 大副井净直径10m,井巷工程16.07万 m3,总投资约3.4亿元; Á Á 小副井净直径7m,井巷工程约8万m3, 总投资约1.5亿元。 3 .6比较情况和结果 Á 比较情况见以下各表 WWW.KY114.CN 提升高度1500m,提升量3000万t/a 主井 井巷 数量和装备 工程量 主辅井组合 开拓方 式 井巷 工程量 序号 投资 亿元) 投资 ( 万m ) ( (万m ) (亿元) 3 3 5 JKM6×6井塔式 多绳摩擦提升机 提升21m 双箕 斗,V=18m/s, 条,每条用 箕斗竖井+ 大副井 4 7.16 16.05 箕斗 竖井 3 1 31.09 12.65 箕斗竖井+ WWW.KY114.CN N=10500kw,竖 井净直径6m。 小副井+斜 63.43 15.975 坡道 胶带斜井+ 斜坡道 1 条、5段。每段 带宽2m,带速 5 0.49 8.475 9.975 胶带 5m/s,带强 斜井 ST5000,3滚筒、 2 26.15 6.65 胶带斜井+ 斜坡道+小 58.49 副井 5+1驱动设置,N =2050kw/台。 提升高度1500m,提升量1500万t/a 主井 主辅井组合 井巷 序号开拓 方式 井巷 投资 投资 数量和装备 工程量 3 工程量 3 万m )( 亿元) (万m ) (亿元) ( 箕斗竖井+ 大副井 3 条 ,每条用JKM6×6井 35.12 11.03 塔式多绳摩擦提升机提升 3 箕斗 1 19.05 7.63 2 1m 双箕斗,V=18m/s, WWW.KY114箕斗竖井+ .CN 竖井 N=10500kw,竖井净直径6m 。 小副井+斜 47.07 10.995 坡道 胶带斜井+ 斜坡道 5 1.39 6.495 1 条、5段。.带宽1.6m,带 胶带 速4.5m/s,带强ST4000, 斜井 双滚筒、3+1驱动设置,N =1750kw/台, 2 22.73 4.67 胶带斜井+ 斜坡道+小 55.07 7.995 副井 提升高度1500m,提升量1000万t/a 主辅井组合 序号开 拓 方主井 式 数量和装备 井巷工3 程量 投资 (万m ) (亿元) 井巷工程 投资 3 量(万m ) ( 亿元) 1 2 箕 斗 竖2条 ,每条用JKM6×6井塔 13.02 5.12 箕斗竖井+大29.09 副井 8.52 井 式多绳摩擦提升机提升21m3 双箕斗,V=18m/s, N=10500kw,竖井净直径6m。 箕斗竖井+小45.36 副井+斜坡道 8.385 WWW.KY114.CN 胶 带 斜1条、5段。. 20.73 4 胶带斜井+斜45.07 坡道 5.825 7.325 井 带宽1.2m,带速5m/s,带强 ST3500,双滚筒、3+1驱动设 置,N=1150kw/台 胶带斜井+斜53.07 坡道+小副井 提升高度1500m,提升量600万t/a 主井 开 拓 方 式 井 巷 工投 资 程 量 ( 3 序号 数量和装备 亿元) ( 万m ) 箕 斗 竖1条 ,每条用JKM6×6井塔式多绳摩 1 2 擦提升机提升21m3双箕斗,V=18m/s 6.9 2.6 WWW.KY114.CN 井 , N=10500kw,竖井净直径6m。 1 条、5段。 胶 带 斜带宽1.2m,带速4m/s,带强ST2500, 20.73 3.82 井 双滚筒、3+1驱动设置,N=760kw/ 台, 比较结果之一 1 )在1500m深度、3000万t/a左右规模时, 胶带斜井优势显著,1条(5段)斜井对5条竖 井,可比投资约少47%(6亿元),井巷工程 约少5万m3; 规模越W大,W胶W带斜.K井越Y1有1优4势。.CN Á Á 当规模更大时(3000万t/a以上),竖井需 要的条数越多,而胶带斜井仍然是1条,越有 优势。 比较结果之二 Á 2)在1500m深度、1500~ 1000万t/a规模时,3~2条竖 井对1条斜井,胶带斜井经济 WWW.KY114.CN 优势仍然明显,投资少3~1 亿元。 比较结果之三 Á 3)在1000~1500m深度情况下, 随产量的减小(如减少至每年数 百万吨时,为5段斜井对1条竖 井),相对可比工程量和投资均增 WWW.KY114.CN 大。产量越小越不适合使用。 比较结果之四 Á 4)在井深1000m以内、斜井段数不 多,规模数百万吨级的大型矿山, 在总体开拓条件合适时,采用胶带 斜井开拓也可以充分发挥其优越性。 大红山铁矿一、二期工程采用胶带 斜井开拓就是很好的例证(投资少 WWW.KY114.CN 0.43~0.48亿元)。 比较结果之五 Á Á 5)深度300~500m(含以下)时,胶带斜 井段数少,即使规模较小(100~400万 t/a),只要条件合适,也有优势; 如大红山铜矿、攀钢尖山采场露天转坑工 WWW.KY114.CN 程、二道河铁矿、贵州猫场铝土矿等。 Á 在此深度范围,规模越大,用胶带斜井开 拓越有利。 比较结果之六 Á 6)总的来说,胶带斜井的运 营费低一些,如大红山铁矿 一、二期工程分别少9.2%~ WWW.KY114.CN 1 5.6%。 比较结果之七 Á 7)比较还表明深度1500m时,辅助运 输用斜坡道与大副井相比,虽然工程 量大一些(多8万m3),但投资少得多 WWW.KY114.CN ( 度,生产使用方便,与胶带斜井配合 少1.57亿元),而且能加快施工进 最合适。 比较结果的说明 Á Á 主井与辅助井巷组合的比较结果与上面的 比较情况基本相似(见上面比较表)。 以上比较随具体条件和方案的不同,将会 出现各种各样的结果,但上述大的趋势是 存在的。 WWW.KY114.CN Á 以上是单独考量时的情况。但无论箕斗竖 井或胶带斜井开拓,都必须结合矿床的总 体情况和开发要求来拟定完整合理的开拓 方案,通过详细比较才能最终确定。 4 进一步解决有关问题的综合措 施及需要研究的问题 Á 简述于后 WWW.KY114.CN 4.1解决可靠性问题的综合措施 Á Á 应进一步采取综合措施 1)采用交流变频传动,使系统的可靠性大 大提高。封开华润水泥长胶带、多驱动单 元的成功经验充分表明了这一点。 WWW.KY114.CN Á 2)选用优质胶带运输机,特别是提高滚筒 和托辊质量;选用优质防撕裂耐磨胶带,安 全系数不宜小于7。 解决可靠性问题的综合措施 Á Á 3)确定合理的作业时间,如16.5h/d, 作业率宜小于68%左右,留有充分的检查 和维修时间。 总之,发展到现在,胶带运输的传动方 式、机、带质量,监测、控制和保护手 段、使用和管理经验已有了长足的进 展,使可靠性有了极大提高,远不是以 往传统情况可比的了。 WWW.KY114.CN 4 .2解决胶带斜井“段数多,工程量大,工期 长”问题的综合措施 也需要采取综合措施 Á 1)采用胶带斜井与无轨斜坡道平行设置的方式。 2)采用措施工程。使用多段胶带斜井时,宜设 Á 胶带系统回风井兼施工措施井,并可利用进回风 井、管缆充填井、探矿井等作为施工通道,创造 WWW.KY114.CN 条件形成上下多段同时施工,并改进施工方法, 以缩短工期。 在正常工程地质条件下,采取综合措施后, 工期可 望得以改善,甚至可与箕斗竖井方案 相近(深度1500m时,竖井方案37个月,斜井方 案39个月),见表4。 工期比较表 工作面 月进度 耗时 第一年 第二年 第三年 第四年 工程量 长度(m) 4000 对比项目 序号 工程名称 数(个) (m ) (月) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 胶带斜井第一、二段 1 2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 2 150 60 26 17 17 12 3 三段 四段 五段 2000 1 2000 60 1440+280 90 280 90 胶带斜井第一、二段 4000 2000 2000 150 60 60 60 90 26 17 17 12 3 三段 四段 五段 2 1440+280 280 措施竖井 措施平巷 900 100 9 斜井 3 300+300 100 3 WWW.KY114.CN 进风竖井 进风平巷 1500 500 1 1 100 150 15 3 4 5 安装工程 一段 二段 三段 四段 6 3 3 3 3 五段 39个月 37个月 1 2 3 井底工程 4 5 井口设施基坑开挖 井筒 3 16 6 6 6 5×1530 5 100 竖井 井塔 安装工程 说明 备用及调剂时间 解决工期长问题的综合措施 Á 3) 适当增加段高,例如,将段高提高到400m,能 减少段数和驱动站数,从而减少工程量、投资、 工期和环节。 Á Á Á 4)井深,用胶带斜井一次建成周期长时,可考虑 WWW.KY114.CN 采用分期建设,如大红山铁矿。 5)在下部深度增加数百米的范围内,用胶带斜井 进行下延开拓,往往比竖井简单易行。 6)超深矿井,可以考虑竖井与胶带斜井相结合, 上部区段先用竖井开拓,下部区段用胶带斜井持 续开拓,发挥各自优势。 4 .3进一步研究的问题 Á Á 1)发展低阻力、节能托辊,并进一步提高带速 例如6m/s)。 2)进一步优化胶带斜井和运输机的配置。例 如,确定更 置方式、 负荷分配、带强、带速、托辊间距等。进一步 研究和优化段与段之间转接方式、多滚筒驱动 站及转接硐室的设置、转载卸料点的缓冲措施。 ( 合 与驱动单元布 WWW理的.K滚筒Y114.CN Á 3)进一步完善胶带机多机运行的检测、监控、 保护、协调措施。 结 语 Á Á Á 综上所述,胶带斜井用于本文研究的深井 开拓范围内: 运行可靠性及工期问题可以得到有效解 决; WWW.KY114.CN 规模越大无论工程量和经济效果都越有优 势;当规模在1000~1500万t/a时,虽然工 程量可能大一些,但经济方面仍有优势; 其它情况下,条件合适时也可取得好的效 果。 Á 随着我国矿业的发展,在深井开采中, 汇报到此结束 Á WWW谢.KY114谢.CN Á


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