南非某深井礦山提升系統方案比選

王文杰

(北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

礦業開發一直為國民經濟持續發展提供不可或缺的物質基礎，伴隨著時間的推移，國內外淺部礦體逐步開采完畢，未來深部礦體的開采將是礦業發展的必然趨勢。

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，開采深度已經達到2 500～4 000 m，南非計劃開采深度為6 000 m[1]，目前國內也有將近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]，本文依據南非某鉑金礦為例提出深井提升系統方案比選的方法。

1 提升系統方案比選

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，開采范圍內埋深350～2 350 m，見圖1。

礦山設計生產能力為5 000 t/d，服務年限14年，采用豎井+斜坡道聯合開拓方式，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和罐籠提升系統，箕斗提升負責提升礦石，罐籠提升負責人員上下任務，設備、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市場戰略分析的方法，綜合企業內外部條件，分析優勢、劣勢以及機會和威脅，從而制定企業最佳戰略，將該分析方法引入提升系統方案的比選分析，不僅考慮了不同提升系統配置之間的評價分析，還考慮了系統提升機設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還是采用多套提升系統進行SWOT分析，單套提升系統分析見表1，多套提升系統分析見表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基礎基礎相對較大7維修保養維修保養較少需要較大的起重機設備標準化罐籠較大8生產單一裝礦卸礦點有設計冗余量系統出現問題,導致100%停產

表2 多套提升系統分析表

通過以上分析，結合本礦需要，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是相對比較合理的，國內外類似項目較多，運行可靠，有成熟的參考經驗。

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，通過外部轉向滑輪操作鋼絲繩提升下放圓形提升容器(直徑1 m)。

根據提升任務需求，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

考慮工業場地比較寬敞，設計采用鋼井架，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]。

根據提升任務的要求，各方案提升設備主要設備選型見表3。

對上述各方案分別進行投資估算，涉及井架及相關設施、提升機房、礦石提升系統、人員提升系統四個方面，計算結果見表4。

表3 各提升系統主要設備選型表

注：需要指出的是，南非的礦山安全標準跟國內不同，表中設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。

根據各方案的所選電機的功率，統籌考慮每年運行時間，相關功率系數，按8%的折現率，10%的電價上漲率，分別計算礦山整個服務年限內各方案耗電費用的凈現值。計算結果見表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，對比較結果更有說服力。根據各方案的提升運行時間及鋼絲繩的壽命，同樣按8%的折現率，10%的時價上漲率，分別計算礦山整個服務年限內各方案鋼絲繩消耗費用的凈現值，計算結果見表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。

各種提升系統均有各自的特點，以下是對摩擦式提升系統、布雷爾式提升系統以及雙滾筒提升系統的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 摩擦式提升系統分析表

表8 BMR提升系統分析表

表9 雙滾筒提升系統分析表

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勢，但前期投入較大，對于項目的資金回收，項目經濟效果表現不好。目前在南非多數深井中應用較多的還是摩擦式和BMR式提升機，目前隨著技術的發展，摩擦式提升系統在深井中應用會越來越多，目前多繩摩擦提升已成為現代化提升的發展方向之一[5]，目前國內大型提升機廠家中信重工機械股份有限公司的技術和裝備生產力量已經達到了較高的水平，國外瑞典ABB和德國西馬格企業在國內也已分別建廠，為提升機的發展和使用提供了更廣闊的空間[6]。

2 結論

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技術上合理，經濟上可行，因此推薦方案1為最優方案。

該礦設計豎井提升高度為1 200 m左右，屬于中等深度礦山，經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勢；另外引入SWOT分析到提升系統方案比選中，對未來其它礦山的提升系統方案比選有一定的借鑒意義。