廠壩鉛鋅礦改擴(kuò)建開拓方案的選擇及設(shè)計(jì)

朱文志,張軍奎,劉志強(qiáng)

(蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

0 概 述

廠壩鉛鋅礦是白銀有色集團(tuán)主要的鉛鋅原料基地，屬大型鉛鋅采選聯(lián)合礦山企業(yè)。廠壩礦、李家溝礦通過幾年的開發(fā)建設(shè)，基本形成井下150萬t/a生產(chǎn)能力。甘肅小廠壩鉛鋅開發(fā)有限責(zé)任公司是聯(lián)合體企業(yè)。本次對(duì)廠壩、李家溝和小廠壩3個(gè)礦區(qū)進(jìn)行整合改擴(kuò)建，擴(kuò)建規(guī)模為300萬t/a。

1 開拓系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)有開拓系統(tǒng)包括廠壩采區(qū)盲豎井、李家溝采區(qū)盲主副井、小廠壩采區(qū)盲豎井，廠壩1202 m主平硐、小廠壩1138 m主平硐，廠壩、李家溝3#、4#、5#、6#斜井等。3個(gè)礦區(qū)都有現(xiàn)有各自相對(duì)獨(dú)立的開拓系統(tǒng)，為了不影響礦山正常生產(chǎn)，在充分利用現(xiàn)有開拓工程的基礎(chǔ)上，按整合后300萬t/a生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行此次開拓方案比選。

2 開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的選擇

按盡量不影響現(xiàn)有生產(chǎn)，基建工程量省、經(jīng)營費(fèi)低、管理方便等原則及礦山現(xiàn)狀，技術(shù)上可行的開拓方案主要有：

方案Ⅰ：平硐溜井+輔助豎井(已有)+膠帶斜井開拓方案；

方案Ⅱ：平硐溜井+輔助豎井(已有)+箕斗主井開拓方案；

兩種開拓方案其它項(xiàng)一樣，只比較膠帶斜井和箕斗主井方案的優(yōu)劣(投資和經(jīng)營費(fèi)等)。

2.1 膠帶斜井基本參數(shù)計(jì)算

帶式輸送機(jī)與其它運(yùn)輸設(shè)備相比較，有其明顯的優(yōu)勢，如輸送能力大、操作簡單、輸運(yùn)成本低等，另外其爬坡能力大，縮短了運(yùn)輸距離、減少了基建工程量、縮短了基建周期、減少噪音和污染。

帶式輸送機(jī)的計(jì)算基本參數(shù)為：

(1) 運(yùn)輸物料為鉛鋅礦，300萬t/a，9090 t/d，606 t/h；物料最大塊度200 mm，松散容重γ=1.6 t/m3，動(dòng)堆積角ρ動(dòng)=20°～25°，有磨損性；輸送垂直距離487 m(722～1209 m)，膠帶傾角14°04′23″，膠帶傾斜距離1933.5 m；工作制度為330 d/a、3班/d、5h/班，服務(wù)年限22 a。帶速和運(yùn)送物料的性質(zhì)、塊度、輸送帶寬度和輸送機(jī)傾角有關(guān)，根據(jù)帶速選擇的原則和結(jié)合廠壩礦自身特點(diǎn)，選擇帶速v=2.5 m/s。

(2) 小時(shí)運(yùn)輸量Q的計(jì)算。

式中：A—年輸送量，t/h。C—給料不均系數(shù)，有儲(chǔ)倉時(shí)C=1.1～1.2，無儲(chǔ)倉時(shí)C=1.2。Th—年工作小時(shí)數(shù)，一般在4500～5500 h。

(3) 帶寬B的計(jì)算。

式中：Q—小時(shí)運(yùn)送量，t/h；

k斷=斷面系數(shù)；

kv=速度系數(shù)；

kb=傾角系數(shù)；

r=物料的松散容重。

由于考慮諸多不確定因素，因此，本次選擇膠帶帶寬B=1000 mm。

(4) 水平運(yùn)輸量的確定。運(yùn)輸量Q0是按照物料在水平布置的輸送帶上所形成的動(dòng)堆積角ρ動(dòng)、帶寬B、帶速v及槽角α槽等條件得出的理論計(jì)算值。經(jīng)查表，在該特定條件下，Q0=1017 m3/h。當(dāng)輸送機(jī)為傾斜輸送時(shí)，輸送量應(yīng)相應(yīng)減小，輸送量Q=kbQ0=0.9*1017 m3/h=915 m3/h。

(5) 功率簡單計(jì)算。驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率N0按下式計(jì)算：

N0=(k1Lhv+k2LhQ+0.00273QH)>k3k4

=(0.0229×1876×2.5+10.89×10-5*1876*690+)>

(0.00273×690×487×1.14×1.0)>

=1328 kw

電動(dòng)機(jī)功率N=K*N0=1.2×1328 kW=1595 kW

式中：N0—驅(qū)動(dòng)滾筒軸功率，kW；

Lh—輸送機(jī)水平投影長度，m；

H—輸送機(jī)垂直提升高度，m；

k1—空載運(yùn)行功率系數(shù)；

k2—物料水平運(yùn)行功率系數(shù)；

k3—附加功率系數(shù)；

k4—卸料車功率系數(shù)。

(6) 單位電耗的計(jì)算。帶式輸送機(jī)的單位電耗：

式中：a—單位電耗，kW·h/(t·km)；

n1—電動(dòng)機(jī)效率，%；

n2—電力網(wǎng)絡(luò)效，%；

2.2 箕斗主井的計(jì)算

(1) 小時(shí)提升量。在選擇箕斗提升容器之前，需先計(jì)算小時(shí)提升量：

式中：As——小時(shí)提升量，t/h；

C——不均衡系數(shù)，取1.15；

An—年產(chǎn)礦石量，t/a；

tr—年工作天數(shù)；

ts—每日工作數(shù)。

(2) 箕斗的選擇。單箕斗提升時(shí)一次提升量：

箕斗容器的小時(shí)提升量：

式中：H—最大提升高度，m；

u—箕斗在卸載曲軌處低速爬行的附加時(shí)間；

ρs—礦石松散容重，t/m3；

Cm—箕斗裝滿系數(shù)；

K1—系數(shù)，K1=2.7～3.7；

θ—箕斗裝滿停歇時(shí)間；

Q'—箕斗提升時(shí)一次提升量，t；

(3) 鋼絲繩的選擇。當(dāng)所有提升鋼絲繩每米質(zhì)量與所有平衡繩每米質(zhì)量相等時(shí)，提升鋼絲繩根數(shù)為n，則每根提升鋼絲繩每米質(zhì)量：

式中：p'—提升鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m；

Qd—提升鋼絲繩終端負(fù)荷的質(zhì)量，kg；

Q—有效裝載量，kg；

Qr—提升鋼絲繩質(zhì)量，kg；

n—提升鋼絲繩根數(shù)；

δ—提升鋼絲繩抗拉強(qiáng)度；

ρ0—鋼絲繩密度；

g—質(zhì)量加速度；

H0—鋼絲繩懸垂長度，m；

H—提升高度，m；

Hf—井架高度，m；

Hw—最低階段到尾繩環(huán)底端的高度，m；

m—鋼絲繩安全系數(shù)；

QP—根標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩所有鋼絲破斷力之和，N；

p—根標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩每米質(zhì)量，kg/m

根據(jù)以上計(jì)算，選擇標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩，p=6.88 kg/m，安全系數(shù)計(jì)算：

(4) 鋼絲繩作用在主導(dǎo)輪上的最大靜張力差計(jì)算:

S0=(S1-S2)>g
S1=npH0+Q1+Q+m1
=4×6.88×580+30000+32600=78562(kg)
S2=n'qH0+Qc+m2
=2×6.88×580+30000=37981(kg)
S0=(S1-S2)>g
=(78562-37981)×9.8=397694 N

(5) 電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算：

式中：N'—電動(dòng)機(jī)功率，kW；

K—提升阻力系數(shù)，K=1.1～1.2；

η—傳動(dòng)效率；

ρ—?jiǎng)恿ο禂?shù)；

v—提升最大速度。

(6) 單位電耗的計(jì)算：

式中：Wt—每噸提升量的電耗，kW·h/t；

1.05為提升附屬設(shè)備耗電系數(shù)。

2.3 兩方案比較

根據(jù)以上計(jì)算，結(jié)合礦山實(shí)際，按可比因素，兩方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表1。

比較結(jié)果表明，無論基建投資還是年經(jīng)營費(fèi)膠帶斜井方案明顯占優(yōu)勢，且該方案對(duì)礦山現(xiàn)有生產(chǎn)影響最小，便于管理，故本次設(shè)計(jì)推薦采用方案Ⅰ：平硐溜井+輔助豎井(已有)+輔助斜坡道+膠帶斜井開拓方案。

表1 開拓方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

2.4 推薦的膠帶斜井方案簡述

采選擴(kuò)能工程達(dá)產(chǎn)后，膠帶斜井擔(dān)負(fù)全部300萬t/a的礦石運(yùn)輸任務(wù)。膠帶斜井井口位于大王溝溝口東側(cè)山坡坡腳，場地標(biāo)高為1206.00 m，硐口Z=1209.00 m，裝礦設(shè)在724.30 m；膠帶斜井傾角為14°04′23″，膠帶斜井巷道寬4.0 m，高3.133 m，凈斷面11.05 m2，掘進(jìn)斷面為12.86 m2，斜長1933.50 m。除硐口30 m采用整體鋼筋混凝土400 mm支護(hù)，其余部分一般均采用噴射混凝土120 mm支護(hù)，部分不穩(wěn)定地段采用噴錨網(wǎng)支護(hù)。

膠帶斜井中設(shè)檢修通道，配置檢修索道設(shè)施，便于檢修人員上下及檢修器材運(yùn)輸。索道運(yùn)行速度1.1 m/s，電機(jī)功率55 kW。檢修索道驅(qū)動(dòng)站設(shè)在膠帶驅(qū)動(dòng)站下層，尾部拉緊設(shè)在井下722 m水平；并與722 m中段巷道聯(lián)通，可作為722中段的一個(gè)安全出口。

3 結(jié) 論

膠帶運(yùn)輸方式在國內(nèi)外大型露天礦應(yīng)用比較廣泛，隨著其運(yùn)輸能力大、管理方便等優(yōu)越性的發(fā)展，近十年在大型地下礦山也逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。廠壩礦為多年的老礦山，所以在方案選擇上，所選的開拓運(yùn)輸方式要盡量不影響現(xiàn)有礦山的正常生產(chǎn)，推薦的膠帶斜井方案對(duì)現(xiàn)有礦山生產(chǎn)影響最小，保證了礦山的正常運(yùn)行。

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