廠壩鉛鋅礦改擴建開拓方案的選擇及設計

朱文志,張軍奎,劉志強

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000)

0 概 述

廠壩鉛鋅礦是白銀有色集團主要的鉛鋅原料基地，屬大型鉛鋅采選聯合礦山企業。廠壩礦、李家溝礦通過幾年的開發建設，基本形成井下150萬t/a生產能力。甘肅小廠壩鉛鋅開發有限責任公司是聯合體企業。本次對廠壩、李家溝和小廠壩3個礦區進行整合改擴建，擴建規模為300萬t/a。

1 開拓系統現狀

現有開拓系統包括廠壩采區盲豎井、李家溝采區盲主副井、小廠壩采區盲豎井，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個礦區都有現有各自相對獨立的開拓系統，為了不影響礦山正常生產，在充分利用現有開拓工程的基礎上，按整合后300萬t/a生產規模進行此次開拓方案比選。

2 開拓運輸系統的選擇

按盡量不影響現有生產，基建工程量省、經營費低、管理方便等原則及礦山現狀，技術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一樣，只比較膠帶斜井和箕斗主井方案的優劣(投資和經營費等)。

2.1 膠帶斜井基本參數計算

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

帶式輸送機的計算基本參數為：

(1) 運輸物料為鉛鋅礦，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，動堆積角ρ動=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，服務年限22 a。帶速和運送物料的性質、塊度、輸送帶寬度和輸送機傾角有關，根據帶速選擇的原則和結合廠壩礦自身特點，選擇帶速v=2.5 m/s。

(2) 小時運輸量Q的計算。

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

(3) 帶寬B的計算。

式中：Q—小時運送量，t/h；

k斷=斷面系數；

kv=速度系數；

kb=傾角系數；

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) 水平運輸量的確定。運輸量Q0是按照物料在水平布置的輸送帶上所形成的動堆積角ρ動、帶寬B、帶速v及槽角α槽等條件得出的理論計算值。經查表，在該特定條件下，Q0=1017 m3/h。當輸送機為傾斜輸送時，輸送量應相應減小，輸送量Q=kbQ0=0.9*1017 m3/h=915 m3/h。

(5) 功率簡單計算。驅動滾筒軸功率N0按下式計算：

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

電動機功率N=K*N0=1.2×1328 kW=1595 kW

式中：N0—驅動滾筒軸功率，kW；

Lh—輸送機水平投影長度，m；

H—輸送機垂直提升高度，m；

k1—空載運行功率系數；

k2—物料水平運行功率系數；

k3—附加功率系數；

k4—卸料車功率系數。

(6) 單位電耗的計算。帶式輸送機的單位電耗：

式中：a—單位電耗，kW·h/(t·km)；

n1—電動機效率，%；

n2—電力網絡效，%；

2.2 箕斗主井的計算

(1) 小時提升量。在選擇箕斗提升容器之前，需先計算小時提升量：

式中：As——小時提升量，t/h；

C——不均衡系數，取1.15；

An—年產礦石量，t/a；

tr—年工作天數；

ts—每日工作數。

(2) 箕斗的選擇。單箕斗提升時一次提升量：

箕斗容器的小時提升量：

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間；

ρs—礦石松散容重，t/m3；

Cm—箕斗裝滿系數；

K1—系數，K1=2.7～3.7；

θ—箕斗裝滿停歇時間；

Q'—箕斗提升時一次提升量，t；

(3) 鋼絲繩的選擇。當所有提升鋼絲繩每米質量與所有平衡繩每米質量相等時，提升鋼絲繩根數為n，則每根提升鋼絲繩每米質量：

式中：p'—提升鋼絲繩每米質量，kg/m；

Qd—提升鋼絲繩終端負荷的質量，kg；

Q—有效裝載量，kg；

Qr—提升鋼絲繩質量，kg；

n—提升鋼絲繩根數；

δ—提升鋼絲繩抗拉強度；

ρ0—鋼絲繩密度；

g—質量加速度；

H0—鋼絲繩懸垂長度，m；

H—提升高度，m；

Hf—井架高度，m；

Hw—最低階段到尾繩環底端的高度，m；

m—鋼絲繩安全系數；

QP—根標準鋼絲繩所有鋼絲破斷力之和，N；

p—根標準鋼絲繩每米質量，kg/m

根據以上計算，選擇標準鋼絲繩，p=6.88 kg/m，安全系數計算：

(4) 鋼絲繩作用在主導輪上的最大靜張力差計算:

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) 電動機的功率計算：

式中：N'—電動機功率，kW；

K—提升阻力系數，K=1.1～1.2；

η—傳動效率；

ρ—動力系數；

v—提升最大速度。

(6) 單位電耗的計算：

式中：Wt—每噸提升量的電耗，kW·h/t；

1.05為提升附屬設備耗電系數。

2.3 兩方案比較

根據以上計算，結合礦山實際，按可比因素，兩方案技術經濟比較見表1。

比較結果表明，無論基建投資還是年經營費膠帶斜井方案明顯占優勢，且該方案對礦山現有生產影響最小，便于管理，故本次設計推薦采用方案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 開拓方案技術經濟比較

2.4 推薦的膠帶斜井方案簡述

采選擴能工程達產后，膠帶斜井擔負全部300萬t/a的礦石運輸任務。膠帶斜井井口位于大王溝溝口東側山坡坡腳，場地標高為1206.00 m，硐口Z=1209.00 m，裝礦設在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，其余部分一般均采用噴射混凝土120 mm支護，部分不穩定地段采用噴錨網支護。

膠帶斜井中設檢修通道，配置檢修索道設施，便于檢修人員上下及檢修器材運輸。索道運行速度1.1 m/s，電機功率55 kW。檢修索道驅動站設在膠帶驅動站下層，尾部拉緊設在井下722 m水平；并與722 m中段巷道聯通，可作為722中段的一個安全出口。

3 結 論

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

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