南非某深井礦山提升系統(tǒng)方案比選

王文杰

(北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

礦業(yè)開發(fā)一直為國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展提供不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，伴隨著時間的推移，國內(nèi)外淺部礦體逐步開采完畢，未來深部礦體的開采將是礦業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

深部采礦面臨諸多難題，比如基建時間長、深井降溫、深井提升等方面，目前國外深井開采應用比較多的包括南非、德國、加拿大等國家，開采深度已經(jīng)達到2 500～4 000 m，南非計劃開采深度為6 000 m[1]，目前國內(nèi)也有將近20座地下金屬礦山開采深度達到或者超過1 000 m，部分礦山已經(jīng)超過1 500 m。

深井開采提升是需要解決的重要問題之一[2]，本文依據(jù)南非某鉑金礦為例提出深井提升系統(tǒng)方案比選的方法。

1 提升系統(tǒng)方案比選

南非某鉑金礦位于南非布什威爾盆地的東翼西北角，該礦包含兩層礦體，分別為MR礦體和UG2礦體，開采范圍內(nèi)埋深350～2 350 m，見圖1。

礦山設(shè)計生產(chǎn)能力為5 000 t/d，服務年限14年，采用豎井+斜坡道聯(lián)合開拓方式，一期開采1 150 m以上礦體，豎井最大提升高度1 230 m，豎井配備箕斗提升系統(tǒng)和罐籠提升系統(tǒng)，箕斗提升負責提升礦石，罐籠提升負責人員上下任務，設(shè)備、材料均從斜坡道進入到井下。

本文引入SWOT分析方法對該礦山提升方案的選擇進行分析。該方法是一種用于企業(yè)市場戰(zhàn)略分析的方法，綜合企業(yè)內(nèi)外部條件，分析優(yōu)勢、劣勢以及機會和威脅，從而制定企業(yè)最佳戰(zhàn)略，將該分析方法引入提升系統(tǒng)方案的比選分析，不僅考慮了不同提升系統(tǒng)配置之間的評價分析，還考慮了系統(tǒng)提升機設(shè)備在選型方面存在的一些機會及威脅，使得方案選擇更具有全面性。

根據(jù)該礦體賦存條件、提升高度及提升能力的要求，首先對采用一套提升系統(tǒng)還是采用多套提升系統(tǒng)進行SWOT分析，單套提升系統(tǒng)分析見表1，多套提升系統(tǒng)分析見表2。

圖1 鉑金礦體縱投影圖Fig.1 Projection map of platinum ore body

序號項目優(yōu)勢劣勢機會威脅1投資投資較低基建時間較長2運營成本運營成本較低3功率電耗較大4豎井相關(guān)工程量井下裝載硐室工程量小5占地面積占地面積小6基礎(chǔ)基礎(chǔ)相對較大7維修保養(yǎng)維修保養(yǎng)較少需要較大的起重機設(shè)備標準化罐籠較大8生產(chǎn)單一裝礦卸礦點有設(shè)計冗余量系統(tǒng)出現(xiàn)問題,導致100%停產(chǎn)

表2 多套提升系統(tǒng)分析表

通過以上分析，結(jié)合本礦需要，箕斗提升和罐籠提升的能力都不是特別大，考慮節(jié)約投資及降低運營成本方面，箕斗和罐籠提升分別采用單套提升系統(tǒng)是相對比較合理的，國內(nèi)外類似項目較多，運行可靠，有成熟的參考經(jīng)驗。

另外考慮用于井筒檢查、輔助及救援工作，選用1臺移動救援絞車，該設(shè)備與移動式吊車一樣，絞車可以直接開到豎井前，伸縮臂由液壓定位到所需要的位置上，通過外部轉(zhuǎn)向滑輪操作鋼絲繩提升下放圓形提升容器(直徑1 m)。

根據(jù)提升任務需求，選擇以下5個方案進行對比。

方案1： 摩擦式雙箕斗提升機

摩擦式罐籠提升機

方案2： 摩擦式雙箕斗提升機

雙滾筒罐籠提升機

方案3： BMR式雙箕斗提升機

摩擦式罐籠提升機

方案4： BMR式雙箕斗提升機

雙滾筒罐籠提升機

方案5： 雙滾筒雙箕斗提升機

雙滾筒罐籠提升機

考慮工業(yè)場地比較寬敞，設(shè)計采用鋼井架，提升機均采用落地布置形式，井筒裝備和機房土建，提升機安裝工程可同時施工，從而加快基建速度[3]。

根據(jù)提升任務的要求，各方案提升設(shè)備主要設(shè)備選型見表3。

對上述各方案分別進行投資估算，涉及井架及相關(guān)設(shè)施、提升機房、礦石提升系統(tǒng)、人員提升系統(tǒng)四個方面，計算結(jié)果見表4。

表3 各提升系統(tǒng)主要設(shè)備選型表

注：需要指出的是，南非的礦山安全標準跟國內(nèi)不同，表中設(shè)備選擇按照南非標準來選型。

表4各方案投資估算表

Table4Investmentestimatesoftheschemes/千美元

方案1和方案2投資相對較小。

根據(jù)各方案的所選電機的功率，統(tǒng)籌考慮每年運行時間，相關(guān)功率系數(shù)，按8%的折現(xiàn)率，10%的電價上漲率，分別計算礦山整個服務年限內(nèi)各方案耗電費用的凈現(xiàn)值。計算結(jié)果見表5。

可以看出，方案1耗電費用最少。

隨著開采深度的增加，提升鋼絲繩所受的交變應力也在不斷加大，這對鋼絲繩的使用壽命有很大影響[4]。深井礦山提升鋼絲繩的消耗費用占的比重相對較大，各方案鋼絲繩選型不同，且不同的提升系統(tǒng)鋼絲繩的壽命是不同的，且鋼絲繩的選型對于礦山提升系統(tǒng)運行的可靠性起著相當大的作用，本次方案比選將鋼絲繩的消耗成本納入進來，對比較結(jié)果更有說服力。根據(jù)各方案的提升運行時間及鋼絲繩的壽命，同樣按8%的折現(xiàn)率，10%的時價上漲率，分別計算礦山整個服務年限內(nèi)各方案鋼絲繩消耗費用的凈現(xiàn)值，計算結(jié)果見表6。

表5 各方案電耗運營成本表

表6鋼絲繩運營成本表

Table6Operatingcostofwireropeofthe/千美元

由表6中可知，方案2鋼絲繩消耗費用最小，方案1次之。

各種提升系統(tǒng)均有各自的特點，以下是對摩擦式提升系統(tǒng)、布雷爾式提升系統(tǒng)以及雙滾筒提升系統(tǒng)的SWOT分析表，在方案選擇時起到一定的指導作用，各分析表分別見表7～9。

表7 摩擦式提升系統(tǒng)分析表

表8 BMR提升系統(tǒng)分析表

表9 雙滾筒提升系統(tǒng)分析表

從以上分析表可知，摩擦式提升機和BMR式提升機對于深井開采是相對適合的，但也存在一些問題，鋼絲繩平衡裝置相對復雜，檢修量較大，使井架高度增加，雙滾筒提升機在深井提升中雖然也有自己的優(yōu)勢，但前期投入較大，對于項目的資金回收，項目經(jīng)濟效果表現(xiàn)不好。目前在南非多數(shù)深井中應用較多的還是摩擦式和BMR式提升機，目前隨著技術(shù)的發(fā)展，摩擦式提升系統(tǒng)在深井中應用會越來越多，目前多繩摩擦提升已成為現(xiàn)代化提升的發(fā)展方向之一[5]，目前國內(nèi)大型提升機廠家中信重工機械股份有限公司的技術(shù)和裝備生產(chǎn)力量已經(jīng)達到了較高的水平，國外瑞典ABB和德國西馬格企業(yè)在國內(nèi)也已分別建廠，為提升機的發(fā)展和使用提供了更廣闊的空間[6]。

2 結(jié)論

綜上所述，投資成本和運營成本的比較綜合表見表10。

表10選型方案綜合比較表

Table10Comprehensivecomparisonselectionoftheschemes/千美元

從表10中可以看出，方案1費用最低，方案4費用最高，綜合SWOT分析及費用比較，方案1技術(shù)上合理，經(jīng)濟上可行，因此推薦方案1為最優(yōu)方案。

該礦設(shè)計豎井提升高度為1 200 m左右，屬于中等深度礦山，經(jīng)過方案比選可以得出摩擦式提升機在中等深度豎井中具有相對的優(yōu)勢；另外引入SWOT分析到提升系統(tǒng)方案比選中，對未來其它礦山的提升系統(tǒng)方案比選有一定的借鑒意義。