白云鄂博某礦排土機堆排工藝設計

董紅彥　王伊鳴

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

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白云鄂博某礦排土機堆排工藝設計

董紅彥王伊鳴

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

摘要針對目前露天礦山的生產(chǎn)特點，根據(jù)膠帶機運輸物料的特性，以白云鄂博某礦的排土場為背景，提出了在半連續(xù)工藝系統(tǒng)中排土機排土工藝。通過上排作業(yè)排土帶寬度、下排作業(yè)排土帶寬度、排土工作平臺寬度工藝參數(shù)及設備選型確定了排土場最大移設寬度，選擇了扇形排土方式，介紹了排土機組裝和初始路堤布置的要求，為深凹露天礦山排土場建設生產(chǎn)提供了參考。

關鍵詞露天礦山排土機堆排扇形排土

露天采礦場粗破碎的廢石排土場占用土地多，體積大，對地表破壞性大[1]。目前我國的露天礦山排土場大多采用汽車排土的方式。在露天礦場初期開采，排土場一般都采用礦用自卸汽車運輸，推土機推排的排土工藝。汽車排土場均為多階段覆蓋式平地排土場[2]。進入到礦山開采后期，汽車運距逐漸增加，超出了經(jīng)濟合理運距的范圍，就要考慮運輸方式的替代。一方面礦山開采后期產(chǎn)量不斷增加，一方面采場不斷深入，排土場堆土標高的不斷增加致使運輸?shù)呢Q向距離不斷增加，膠帶機就成為了合適的替代運輸設備。汽車-采場內半移動破碎站-膠帶機聯(lián)合運輸系統(tǒng)因其強大的經(jīng)濟性優(yōu)勢在近20多a的礦山開采中得到了較廣泛應用。以白云鄂博某礦的排土場為背景，設計排土機堆排工藝，為安全生產(chǎn)、保護環(huán)境、節(jié)約土地和提升綜合經(jīng)濟效益提供技術保障。

1工程概況

白云鄂博某礦山根據(jù)采剝進度計劃，目前排土場均為汽車直排，排土場分別排棄稀土、白云巖、廢巖、第四系巖土和鈮礦。新設計的Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場位于西采場西側，自東向西布置，排土場采用聯(lián)合運輸，排土機堆排的排土工藝，即采場后期深部剝離的稀土、白云巖及廢巖按種類不同，通過汽車-采場內半移動破碎站-邊幫膠帶運輸機運至Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土機排土場，經(jīng)卸料小車轉載后由排土機進行排土作業(yè)。

2排土工藝設計

2.1排土參數(shù)確定

Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場均為多階段覆蓋式平地排土場，分2個臺階布置，每個臺階上排高15 m，下排高40 m。上、下排土平臺及臺階間的安全距離為20 m。排土場的排土標高：Ⅳ-1#為1 630，1 685 m；Ⅳ-2#為1 630，1 685 m；Ⅳ-3#為1 635，1 690 m。

排土工藝參數(shù)主要有上排作業(yè)排土帶寬度、下排作業(yè)排土帶寬度、排土工作平臺寬度3個指標。

2.1.1上排作業(yè)排土帶寬度

排土機側幫上排作業(yè)時，排土帶寬度可由下式確定：

(1)

式中，WH為上排作業(yè)排土帶寬度，m；L為排料臂長度，m；b為排土機走行中心線與下排臺階坡腳安全距離，m；Dp為排料臂與機體連接點與臂架水平回轉中心距離，m；h為上排作業(yè)排土體頂部與排料臂間安全距離，m；α為排料臂仰角，(°)；v為排料膠帶機帶速，m/s；g為重力加速度，m/s2。

2.1.2下排作業(yè)排土帶寬度

排土機側幫下排作業(yè)時，排土帶寬度可由下式確定：

(2)

式中，WL為下排作業(yè)排土帶寬度，m；S為排土機走行中心線與排土臺階坡頂安全距離，m；Hp為排料臂與機體連接點對地高度，m；其他符號意義同前。

2.1.3排土工作平臺寬度

排土機上、下排聯(lián)合作業(yè)時，工作平臺寬度可由下式確定：

(3)

式中，B為排土工作平臺寬度，m；A為膠帶機中心線距上排臺階坡腳最小距離，m；TP為排土機走行中心線與膠帶機中心線最小間距，m；N為排幅數(shù)量；W為排土帶寬度,m。

2.1.4排土機選型

依據(jù)采場內的巖石量，設計選用PLK4500型排土機，理論生產(chǎn)能力為4 500 m3/h，排料臂回轉半徑為50 m，受料臂長(50±2) m，膠帶機帶寬1 800 mm，膠帶機帶速為5.5 m/s，理論能力利用系數(shù)為71.4%～78.1%。

根據(jù)排土機的型號以及上述參數(shù)計算確定Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場最大移設寬度為85 m。

2.2排土方式選擇

排土機排土場的排土工藝主要有扇形排土、矩形排土和混合排土方式。由于移設方式的差異，在移置式膠帶機長度相同的前提下，矩形排土移設一次排土量約為扇形排土的1.4倍。然而扇形排土綜合移設距離相對矩形排土較短，并且在移設時卸料小車可以通過軌道移至膠帶機尾部，在移設其他部位的工作中，不必移動卸料小車及排土機，因此，扇形排土膠帶機移設時間較短，一般為3～5 d；由于矩形排土綜合移設距離較大，并且在每個移設步距中均需平行移設卸料小車，移設時間較長，根據(jù)相關資料及調查統(tǒng)計，矩形排土移設時間大約為15～20 d，為扇形排土的3～4倍。因此,扇形排土與矩形排土相比，一次移設排土作業(yè)效率更高。

以長度為1 000 m的排土線為例，扇形排土與矩形排土方案比較見表1。其中，考慮移置式膠帶機中心線距坡頂安全距離為10 m，膠帶機與排土機最小工作距離為20 m，排土機走行中心距排土場下排坡頂最小工作距離為20 m及排土機安裝場地所需平面尺寸，初始路堤的寬度初步確定為70 m，排土機工作路堤寬度確定為115 m，移置式膠帶機中心線距下排臺階坡頂線為100 m，距上排臺階坡腳線15 m。

表1　扇形與矩形排土方案比較

綜合以上因素，排土機排土場宜選擇扇形排土形式。

2.3排土機組裝及初始路堤

排土機以部件形式運至露天礦后，由于機體和重量都很大，必須在專門的場地組裝。組裝場地應距離使用現(xiàn)場較近，平整且有一定的承載能力，并具備電源及外部交通聯(lián)絡等條件。

同時組裝設備的規(guī)格和數(shù)量根據(jù)工程進展計劃制定的每套機組的投產(chǎn)間隔期推算確定，而組裝場地的面積則取決于同時在場內組裝的設備數(shù)量及每套設備的組裝時間。根據(jù)有關資料，中等型號排土機(Q=5 000 m3/h，機重950 t)所需臺位面積為11 000～12 000 m2；而《冶金礦山排土場設計規(guī)范》(征求意見稿)中規(guī)定初始排土機組裝場地面積不宜小于100 m×50 m。膠帶機驅動站所需臺位面積為3 000～3 500 m2。

組裝場地需配置一定的起重設備，數(shù)量及規(guī)格主要根據(jù)排土機最大部件重量、組裝工作量及組裝工藝等因素確定。排土機主要組裝件包括履帶架、履帶固定裝置、平臺(工字型支座)、平衡架、電氣房、配重架提升部分、排料膠帶機及受料膠帶機等，其中排土機平臺、平衡架以及排受料臂為較重部件，在選擇起重設備時應充分考慮[3]。

排土機正常排土作業(yè)前需設置初始路堤。初始路堤寬度由3部分組成，即移動膠帶機中心線至路堤邊緣距離(不小于10 m)、移動膠帶機中心線至排土機中心線距離(20 m)、排土機中心線至路堤邊緣距離(根據(jù)穩(wěn)定性分析計算確定)。初始路堤可由汽車排土填筑，也可由排土機自筑形成。排土機自筑初始路堤時，每次延伸長度應符合膠帶機單元模數(shù)，并且應避免推進速度過快而產(chǎn)生明顯沉降現(xiàn)象。

3排土作業(yè)過程

Ⅳ-1#及Ⅳ-2#排土機安裝場地尺寸為70 m×150 m，由前期生產(chǎn)排土完成，然后由白云巖及廢巖排土機自筑145 m寬路堤向轉載點的北部排棄，最終形成白云巖與廢巖的排土路堤。排土場內XB、XF移置式膠帶以尾部為軸分別逆時針、順時針移設，移設最大寬度為85 m，XB、XF移置式膠帶機長1 580，1 380 m。第一臺階排土完成后排土場需進行升段，此時新設X6、X7升段膠帶機自X4轉運站分別延伸至Ⅳ-2#及Ⅳ-1#排土場第二臺階，升段后路堤寬70 m。升段后XB、XF移置式膠帶分別以尾部為軸順時針、逆時針移設，膠帶機的長度分別為1 150，950 m。

Ⅳ-3#排土機安裝場地尺寸為70 m×150 m，由前期生產(chǎn)排土完成，然后由稀土排土機自筑70 m寬路堤向轉載點的西部排棄，最終形成稀土排土路堤。排土場內XX移置式膠帶以尾部為軸逆時針移設，移設最大寬度為85 m，XX移置式膠帶機長1 670 m。第一臺階排土完成后排土場需進行升段，此時新設X5升段膠帶機自X3轉運站延伸至排土場第二臺階，升段后路堤寬70 m，排土作業(yè)及移設方式與升段前相同，升段后XX移置式膠帶機長1 250 m。Ⅳ-1#～Ⅳ-3#排土場及膠帶系統(tǒng)布置見圖1。

圖1?、?1#～Ⅳ-3#排土場及膠帶系統(tǒng)布置

排土機以往復走行的方式進行排土作業(yè)。首先排土機自移置式膠帶機的尾部開始下排，直到移動至膠帶機頭部，然后排土機從膠帶機頭部繞行至膠帶機另一側開始上排，直到移動至膠帶機尾部，最后對移置式膠帶機(包括機架及頭部驅動站)進行移設，完成一個排土作業(yè)循環(huán)。

4結語

深凹露天礦開采中汽車-破碎站-帶式輸送機-排土機半連續(xù)工藝系統(tǒng)具有技術含量高、爬坡能力強、適應性強、運營費低的優(yōu)點。排土機排土場作為其中的一個重要環(huán)節(jié)，應給予足夠的重視。通過確定排土場工藝參數(shù)及設備選型，選擇合理堆排方式，技術可行，經(jīng)濟合理，安全可靠，對深凹露天礦山排土工作具有很好的指導意義。

參考文獻

[1]王運敏.現(xiàn)代采礦手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2]中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.GB 50421—2007有色金屬礦山排土場設計規(guī)范 [S].北京：中國計劃出版社，2007.

[3]王鑫.某露天煤礦排土機選型 [J].露天采礦技術,2013(12):31-33.

(收稿日期2016-02-22)

董紅彥(1985—)，女，工程師，碩士,066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)龍海道71號。