地下礦山膠帶和豎井提升運(yùn)輸?shù)膶?shí)際能耗對比

楊 勇

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

礦山開拓系統(tǒng)的確定，首先要針對礦體的產(chǎn)狀、地面地形、有關(guān)建筑物、地表情況進(jìn)行分析，然后再考慮礦床的開拓方式，經(jīng)過開拓方案的技術(shù)分析比較、經(jīng)濟(jì)分析比較、社會(huì)效益分析比較，最后綜合各方因素后給出優(yōu)選方案。

目前地下金屬礦山的礦、巖豎向開拓系統(tǒng)可分為豎井提升運(yùn)輸系統(tǒng)和斜井提升運(yùn)輸系統(tǒng)。豎井提升運(yùn)輸系統(tǒng)一般采用提升機(jī)，提升箕斗、罐籠等提升容器；斜井提升運(yùn)輸有采用提升機(jī)，提升斜井箕斗、串車的斜井有軌運(yùn)輸、采用帶式輸送機(jī)的膠帶提升運(yùn)輸系統(tǒng)和采用無軌汽車的無軌斜坡道運(yùn)輸。

由于斜井有軌運(yùn)輸和無軌斜坡道運(yùn)輸在生產(chǎn)能力、運(yùn)輸成本上不太適應(yīng)大規(guī)模的深井礦山開采，且目前國內(nèi)大型金屬礦山提升運(yùn)輸方式多是膠帶提升運(yùn)輸系統(tǒng)和豎井箕斗提升，所以該文主要對比膠帶提升運(yùn)輸系統(tǒng)和豎井箕斗提升在實(shí)際生產(chǎn)過程中能耗的差異。

1 能耗計(jì)算

能耗是單位時(shí)間內(nèi)能量的損耗，能耗可以理解為電能在單位時(shí)間內(nèi)做的功，也是生產(chǎn)單位的用電成本。

W=PA×T

式中：

W——能耗(kW·h)；

PA——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際功率(kW)；

T——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作時(shí)間(h)。

就該文討論的提升運(yùn)輸系統(tǒng)而言，通過能耗統(tǒng)計(jì)，可以得出系統(tǒng)每提升運(yùn)輸1 t物料，所耗費(fèi)的能量，從而得到提升的能耗成本。

Wt=W/Q

式中：

Wt——單耗(kW·h/t)；

W——能耗(kW·h)；

Q——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量(t)。

通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單耗的分析，可以為新建礦山開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的確定提供參考。

膠帶系統(tǒng)的能耗根據(jù)《帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法》GB/T36698—2018，膠帶系統(tǒng)所需的功率計(jì)算公式是：

傳動(dòng)滾筒軸功率：PA=Fu×V/1 000

式中：

PA——穩(wěn)定運(yùn)行條件抵抗運(yùn)行阻力所需的傳動(dòng)滾筒圓周上的總功率，單位：kW；

Fu——上下分支運(yùn)行阻力的總和，單位：N。

運(yùn)行阻力的總和等于從傳動(dòng)滾筒傳遞到輸送帶上的滾筒圓周驅(qū)動(dòng)力：

Fu=FH+FN+Fs+Fst

式中：

FH——主要阻力(主要是膠帶線路上的托輥旋轉(zhuǎn)、膠帶壓陷滾動(dòng)、彎曲和物料內(nèi)摩擦的阻力)；

FN——附加阻力(導(dǎo)料槽和膠帶在滾筒上的彎曲阻力和滾筒軸承阻力)；

Fs——特種阻力(采用清掃器、凸凹弧段和緩沖床等特殊布置和設(shè)計(jì)時(shí)產(chǎn)生的阻力)；

Fst——提升阻力(提升輸送帶和物料的重力產(chǎn)生)。

膠帶系統(tǒng)的能耗：

膠帶系統(tǒng)的單耗Wd：

豎井系統(tǒng)的功率根據(jù)《采礦設(shè)計(jì)手冊》和公式推導(dǎo)，雙容器豎井提升系統(tǒng)的等效功率Nx(kW)：

式中：

提升系統(tǒng)勻速狀態(tài)下的張力差Fx(N)，雙箕斗提升的情況下，張力差就是提升物料的重力產(chǎn)生；η是傳動(dòng)效率。

提升系統(tǒng)的能耗：

T——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作時(shí)間(h)；

K——提升附屬耗電系數(shù)。

雙箕斗豎井提升系統(tǒng)的提升單耗Wd：

式中：

Q——驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量(t)。

對比膠帶提升系統(tǒng)和雙箕斗豎井提升系統(tǒng)，如果同樣的生產(chǎn)能力，同樣的提升高度，單耗上計(jì)算見表1。

從表1可見，膠帶系統(tǒng)和豎井系統(tǒng)的能耗差異主要體現(xiàn)在系統(tǒng)各自特點(diǎn)所帶來的附加阻力的能耗。

表1 膠帶提升系統(tǒng)和雙箕斗豎井提升系統(tǒng)單耗計(jì)算表Tab.1 Unit energy consumption calculations of belt lifting and double-skip shaft lifting systems

2 膠帶提升運(yùn)輸系統(tǒng)

2.1 礦山基本概況

國內(nèi)某地下鐵礦山的原礦運(yùn)輸系統(tǒng)采用膠帶提升，一、二期工程形成7段膠帶接力運(yùn)輸系統(tǒng)。將原礦從井下-45 m提升到地表選廠原礦堆場738 m標(biāo)高，提升總高度共783 m，膠帶總長度4 801.478 m。

原礦膠帶系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 原礦膠帶系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flowsheet of the raw ore belt conveyor system

2.2 生產(chǎn)的實(shí)際能耗

鐵礦山的原礦運(yùn)輸系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，生產(chǎn)系統(tǒng)正常、流程順暢，系統(tǒng)近幾年的有效作業(yè)率均在80 %左右。

原礦膠帶系統(tǒng)工藝參數(shù)見表2。

表2 膠帶工藝參數(shù)表Tab.2 Technical parameters of the belt conveyors

原礦膠帶系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)量及能耗見表3。

表3 原礦膠帶系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)量及能耗見表Tab.3 Practical capacities and energy consumptions of the raw ore belt conveyors

原礦膠帶系統(tǒng)運(yùn)量單耗分析見表4。

表4 原礦膠帶系統(tǒng)運(yùn)量單耗分析表Tab.4 Unit consumption analysis of the raw ore conveying system

由于該文討論的內(nèi)容是豎向提升的能耗，所以計(jì)算單耗時(shí)，選用的是有提升高度的膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)。根據(jù)表格數(shù)據(jù)可以計(jì)算出該礦山膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)的年平均提升單耗是4.343 kW·h/t(提升高度783 m)，提升100 m的能耗554.7 kW/kt。

3 豎井箕斗提升

3.1 礦山基本概況

國內(nèi)某地下銅礦山的原礦運(yùn)輸系統(tǒng)采用豎井箕斗提升。將原礦從井下-100 m提升到地表，提升總高度共951 m；提升設(shè)備：JKM 4.5×6井塔式提升機(jī)，提升容器：2個(gè)15 m3底卸式箕斗，提升主電機(jī)為2臺(tái)2 500 kW的直流電機(jī)，箕斗豎井井筒凈直徑5.5 m，罐道采用鋼繩罐道。

原礦豎井提升系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 原礦豎井提升系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flowsheet of the raw ore shaft lifting system

3.2 生產(chǎn)的實(shí)際能耗

原礦豎井提升系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)量及能耗見表5。

表5 原礦豎井提升系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)量及能耗表Tab.5 Practical capacities and energy consumptions of the raw ore shaft lifting system

根據(jù)表5數(shù)據(jù)可以計(jì)算出該豎井的年平均提升單耗是3.88 kW·h/t(提升高度951 m)，每千噸提升100 m的能耗408.3 kW。

4 工程實(shí)例數(shù)據(jù)說明

該文選定的實(shí)際礦山是相對產(chǎn)能較大，管理水平較高，技術(shù)力量較強(qiáng)，且近3年基本穩(wěn)產(chǎn)的生產(chǎn)礦山。選取膠帶運(yùn)輸?shù)牡V山，生產(chǎn)能力約650 萬t/a，提升高度783 m，提升100 m的實(shí)際能耗是554.7 Kw/kt。選取箕斗提升運(yùn)輸?shù)牡V山，生產(chǎn)能力約200 萬t/a，提升高度951 m，每千噸提升100 m的能耗408.3 kW。2系統(tǒng)每千噸100 m提升能耗差146.4 kW，按這個(gè)數(shù)據(jù)如果1個(gè)礦山，生產(chǎn)能力是10 000 t/d(未考慮系統(tǒng)的擴(kuò)產(chǎn)能力)，原礦提升高度800 m，2系統(tǒng)每天的能耗差是1.17萬kW/h。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明在產(chǎn)能較大、提升高度較大的礦山，2種提升運(yùn)輸方式在能耗有一定的差異。如果2種開拓系統(tǒng)在技術(shù)分析比較、經(jīng)濟(jì)分析比較以及社會(huì)效益分析比較差不多的基礎(chǔ)上，箕斗提升運(yùn)輸在能耗上優(yōu)于膠帶提升運(yùn)輸。

5 結(jié) 語

近年來，隨著國家節(jié)能、減排監(jiān)管力度加大，礦山節(jié)能問題越來越為人們關(guān)注，綠色、環(huán)保、節(jié)能也是礦山系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要考慮的問題。通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、能耗等指標(biāo)全面比較后，推出的優(yōu)選方案才能保障礦山經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的全面提高。