礦山豎井提升系統(tǒng)技術改造方案研究

王會來,于兆清

（1.中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038；2.招金礦業(yè)股份有限公司夏甸金礦,山東 招遠 265400）

0 前言

國內(nèi)很多生產(chǎn)礦山,隨著企業(yè)的發(fā)展需要,以及實際生產(chǎn)的情況,豎井提升系統(tǒng)的提升能力不足,不能滿足提升要求,制約礦山生產(chǎn)和基建,同時也為礦山的生產(chǎn)管理帶來了困難。增加豎井提升系統(tǒng)提升能力,對其進行升級改造成為部分礦山的迫切需求。

本文以某一豎井提升運輸系統(tǒng)為例,對其改造方案進行研究探討,尋求提升系統(tǒng)最佳的改造方案。

本文假設某個礦山現(xiàn)有豎井井筒凈直徑Φ5.5 m,井筒內(nèi)配置底卸式箕斗與雙層罐籠互為配重的提升系統(tǒng),剛性罐道。箕斗主要提升礦石,罐籠用于升降部分人員、材料。提升機為JKM-4.5×4(Ⅲ)型塔式多繩摩擦提升機,電動機功率1 600 kW,提升鋼絲繩為4根抗拉強度1 770 MPa,直徑Φ44 mm國產(chǎn)鋼絲繩,提升速度為9.895 m/s,箕斗載量21 t,罐籠最大載重4 t,曲軌卸載,提升高度900 m。本文擬探討對其進行提升能力增加改造,豎井提升系統(tǒng)要求改造后系統(tǒng)最大靜張力小于770 kN,最大提升礦石能力達到6 000 t/d,同時改造工程量及工期盡可能短,不影響或少影響生產(chǎn)。豎井提升系統(tǒng)改造方案主要有:增大一次提升量方案、增加提升速度方案、同時增大一次提升量和提升速度方案、雙箕斗方案。

1 改造方案簡述

(1)方案一:增大一次提升量方案

仍采用箕斗罐籠互為平衡提升系統(tǒng),井筒斷面及提升容器斷面保持不變,增大一次提升量,即增大箕斗容積,保持箕斗斷面不變,長度加長,箕斗一次提升量由21 t增加至25.5 t,箕斗自重25.5 t。罐籠自重37.75 t,載重1 t,利用現(xiàn)有電機。由于箕斗長度加長,地表井塔過卷及井下過放高度不能滿足安全規(guī)程要求,將現(xiàn)有卸載曲軌改為直軌,可保持過卷高度不變,縮短爬行時間。井下過卷擋梁及楔形罐道下移。改造井下裝載計重漏斗。為降低系統(tǒng)最大靜張力,將鋼絲繩更換為抗拉強度為4根1 960 MPa進口鋼絲繩,改造后系統(tǒng)最大靜張力769 kN。改造后提升能力可達6 045 t/d。

(2)方案二:增加提升速度方案

仍采用箕斗罐籠互為平衡提升系統(tǒng):井筒斷面及提升容器保持不變?；芬淮翁嵘?1 t保持不變,箕斗自重24.5 t。罐籠自重33 t,載重4 t。提升速度提高至14.366 m/s。系統(tǒng)最大靜張力保持不變,將現(xiàn)有直流電機更換為交流電機,電機基礎不變,電機功率2 200 kW。由于提升速度增加,對剛性罐道安裝要求提高,需同時對井筒內(nèi)罐道進行整修,保證其垂直度及安裝精度,以適應提升速度增加。改造后系統(tǒng)最大靜張力752 kN。改造后提升能力可達6 045 t/d。

(3)方案三:同時增大一次提升量和提升速度方案

方案三是綜合以上兩方案,仍采用箕斗罐籠互為平衡提升系統(tǒng):井筒斷面及提升容器斷面保持不變,增大一次提升量,即增大箕斗容積,保持箕斗斷面不變,長度加長,一次提升量由21 t增加至25.5 t,最大載重2 t,最大載人25人。提升速度11.775 m/s。將現(xiàn)有直流電機更換為交流電機,提升機電機基礎不變,電機功率2 200 kW。將卸載曲軌改為直軌,保持過卷高度滿足規(guī)程要求。井下過卷擋梁及楔形罐道下移。改造井下裝載計重漏斗。將鋼絲繩更換為4根抗拉強度為1 960 MPa進口鋼絲繩,直徑Φ41 mm,改造后系統(tǒng)最大靜張力759 kN。改造后提升能力可達6 728 t/d。

(4)方案四:改造雙箕斗方案

將現(xiàn)有的箕斗罐籠互為平衡系統(tǒng)改為雙箕斗提升系統(tǒng),提升速度保持不變,將罐籠側(cè)改造為箕斗,箕斗一次提升量18 t,更換現(xiàn)有電機及電控系統(tǒng),將電機功率增大至2 200 kW。提升鋼絲繩保持不變。井底需增加箕斗裝礦硐室裝礦皮帶道及對應的溜井礦倉,地表部分需要新增卸載設施和礦倉及轉(zhuǎn)運設施。改造后系統(tǒng)最大靜張力712 kN。提升能力可達到7 850 t/d。

2 各改造方案比較

三個方案主要改造內(nèi)容如表1所示。

表1 各方案主要改造內(nèi)容表

方案一、方案二、方案三各方案預計改造工期如圖1所示。方案四預計改造工期如圖2所示。

圖1 方案一、方案二、方案三各方案預計改造周期

圖2 方案四預計改造周期

根據(jù)各改造方案的工期編排,需要地表和井下同時實施改造。前三個方案均能夠在1個月左右完成改造任務,對礦山生產(chǎn)影響較小。而方案四改造為雙箕斗方案,由于井下需要增加一些井巷工程,地表井塔也需要進行較大改造,估算改造時間在4個月左右,將會對礦山生產(chǎn)影響較大。

四個方案投資估算如表2所示。

表2 各方案投資估算表

四個方案優(yōu)缺點對比如表3所示。

表3 各方案優(yōu)缺點對比表

礦山生產(chǎn)豎井提升系統(tǒng),要增大其提升能力主要由幾個方面考慮,增加一次提升量,增大提升速度,改變提升系統(tǒng)的提升方式。本文假設提升系統(tǒng)為箕斗罐籠互為平衡的提升系統(tǒng),即一側(cè)箕斗提升礦石,一側(cè)罐籠可升降人員材料。要增加礦石提升能力,豎井系統(tǒng),首先考慮增加其箕斗一次提升量,由于豎井系統(tǒng)最大靜張力有限制,故還要考慮如何降低系統(tǒng)最大靜張力,同時還要考慮到現(xiàn)有系統(tǒng)電機的富余能力,在現(xiàn)有電機,如果有富余的情況下,系統(tǒng)一次的最大提升量是多少,此時如果能夠滿足改造要求,不需更換電機,那么改造工作量和投資均會降低很多,如果電機不能滿足要求,則需要更換電機,本次改造的提升系統(tǒng),電機功率有一定的富余能力,通過系統(tǒng)的調(diào)整即可滿足提升能力要求。

在系統(tǒng)最大靜張力受限的情況下,采用提高提升速度的方案,增大提升能力,當為剛性罐道時,由于提升速度的提高,使系統(tǒng)對罐道安裝精度的要求提高,如果原礦山的安裝精度不高,僅能適應現(xiàn)有系統(tǒng)的提升速度,那么對現(xiàn)有提升系統(tǒng)罐道的調(diào)整,難度和工作量均很大。如果增加提升速度,那么原電機則不能滿足要求,必須更換電機以適應新的提升速度。

改變提升系統(tǒng)的提升方式及由罐籠箕斗互為平衡的提升方式,改為雙箕斗的提升方案,從理論上來說是可行的,但是由于系統(tǒng)的布置問題,容器的布置方向不一致,新增的箕斗裝礦和卸礦方向均與現(xiàn)有箕斗系統(tǒng)的裝礦和卸礦方向不同,那么就不能利用現(xiàn)有的工程,需要在現(xiàn)有的井塔和井底新增工程,井下施工裝礦硐室,地表新增礦倉及卸載設施,不但施工難度大,對生產(chǎn)的影響也大,故此改造的實施可行性很低。

3 結(jié)論

綜合以上豎井改造方案內(nèi)容,對其技術經(jīng)濟比較結(jié)果和各方案優(yōu)缺點進行分析可見,在提升系統(tǒng)條件允許的情況下采用增加一次提升量的改造方案較增加提升速度的方案投資小,實現(xiàn)難度小,系統(tǒng)適應性好。采用同時增加提升速度和一次提升量的改造方案適合對提升能力和豎井功能有更高要求的工況。方案四雖然可以大幅提高豎井的提升能力,但對礦山生產(chǎn)的影響大,在實際的改造過程中很難實現(xiàn)。