膠帶運輸在露天金屬礦山中的應用

欒福佳

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

金屬礦產資源是多種工業生產中的重要物質，我國目前金屬礦產資源品種較為齊全，金屬礦山分布較為廣泛，且主要為露天金屬礦山。隨著我國工業的不斷進步與發展，在一定程度上對露天金屬礦山開采與運輸等作業提出了新要求，需要對運輸系統進行全面、深入分析，找出運輸系統應用中存在的不足與缺陷，并及時采取相應的處理措施，才能為我國露天金屬礦山開采的順利進行提供一定保障，促進我國工業積極發展。

1 膠帶運輸在露天金屬礦山中的重要作用

膠帶運輸也就是膠帶運輸開拓，主要是指運用膠帶運輸系統構建適應礦巖運輸通道的一種開拓方式，該種方式可以在很大程度上節省露天金屬礦開采中的運輸成本，同時還具有較好的運輸能力，有著生產能力大、升坡能力強、運輸距離短、運輸成本低等較好技術優勢，目前已經被廣泛運用到我國各大金屬露天礦山、煤礦中[1-3]。

1.1 滿足改擴建需求

目前還未對建（構）筑物所在地的工程地質進行勘查和評價，場區是否有不良工程地質現象存在尚不清楚，因工程地質情況不詳，目前無法準確的確定建筑物的基礎合理形式，現階段按一般天然地基考慮，未考慮不良地質情況的影響。而膠帶運輸系統整體結構搭建比較簡單，在操作、維修以及管理等方面均具有較好優勢，可以在很大程度上滿足金屬礦山改擴建需求。

1.2 可節省能源

（1）根據現場地形情況，適合本項目的廢石運輸方式為汽車運輸和膠帶輸送機運輸。新建南加排土場與露天采場間的公路運輸距離約7.85km，超過汽車運輸的合理經濟運距近5km。采用膠帶輸送機運輸方式運行費用僅1.0元/t，相比汽車運輸方式1.5元/（t·km）的運輸費用大幅度節約了廢石運輸成本。

（2）根據礦山生產需要在南加排土場上游建設南加尾礦庫，尾礦壩共分四期建設，需要廢石量共計2214×104m3。通過膠帶輸送機將采場剝離廢石運至尾礦壩附近來修筑尾礦壩，避免了在尾礦壩附近取料對周邊環境的破壞，同時也減少了排土場占地面積。

（3）膠帶輸送機均為下行布置，下運膠帶在啟動、無功負荷和輸送負荷較少時，變頻器從供電回路取電后給電動機供電，此時電機做正功與一般的變頻調速系統完全相同；當負荷達到一定量時，負載在慣性作用下，產生向下驅動力，電機做負功，處于發電狀態。采用四象限運行的有源整流/回饋柜+逆變器控制系統。在速度控制及需要減速制動時，實現再生回饋制動功能，并通過IGBT實現網側換流，將再生能量回饋電網,膠帶輸送機運行時，將物料產生的勢能轉變為電能，并通過變頻器將產生的電能回饋電網。水平輸送長度約2km，垂直落差214m,經過估算，膠帶輸送機前期可發電約535×104kwh/a，產生直接經濟效益241萬元/a。

（4）銅街—曼家寨礦段，是以鋅、錫、銦為主，伴生有銅、銀、鎘、硫、鐵、螢石、滑石等多種可回收的有益共、伴生組分的礦床，礦石價值高，每噸礦石可產生約200元利潤。為避免廢石剝離過程中混入礦石直接丟棄造成的資源浪費，在1#膠帶輸送機與2#膠帶輸送機轉載倉處預留了后期增加LPPC生產系統的位置，為后期礦石回收做了充分準備。

1.3 可減少開采運輸成本

華聯鋅銦南加排土場一號破碎站及膠帶運輸系統初步設計概算總投資為23836萬元，其中工程費用為18247萬元，工程建設其他費用3621萬元，預備費用為1968萬元。本項目廢石處理能力為1350×104t/a（4.5×104t/d）。生產期內廢石破碎及輸送制造成本為2541萬元/a～3248萬元/a，其中經營成本為1126萬元/a～1470萬元/a，折合單位廢石制造成本為1.88元/t～2.41元/t，折合單位經營成本為0.83元/t～1.09元/t，低于礦山現在廢石破碎及輸送成本，因此南加排土場一號破碎站及膠帶輸送系統建設是完全必要的，也是經濟可行的。

2 膠帶運輸系統在露天金屬礦山中的運用

為滿足礦山生產需要，需在露天采場東南側約2.5km處新建南加尾礦庫和南加排土場。南加尾礦庫位于南加排土場上游，采用廢石筑壩。用于筑壩的廢石和排土場排放的廢石均通過新建的南加排土場一號破碎站及膠帶運輸系統運至南加排土場。輸送系統能力為3000t/h，其中，2400t/h的廢石通過主膠帶輸送機尾部的粗碎站給料，600t/h的廢石從擬建的廢石綜合回收廠通過上料膠帶輸送機直接給料到主膠帶輸送機中部位置。根據礦山整體布局情況和地形條件，結合現有露天采場廢石量和大露天采場東幫廢石量，將廢石破碎站設在露天采場東南側最終境界外約500m處，汽車卸載平臺標高為1065m。將廢石破碎站設在此處可減少廢石的反向運輸，同時兼顧現有露天采場的大部分廢石處于合理運距范圍內。膠帶輸送機轉載站的位置靠近南加尾礦庫和南加排土場的結合處。為避免膠帶輸送機與尾礦設施發生干涉，并考慮南加排土場的廠址情況及后續膠帶的設置要求，將轉載站設在標高840m。

2.1 廢石運輸系統

根據昆明有色冶金研究院股份公司編制的《云南華聯鋅銦股份有限公司南加排土場可行性研究》，大露天采場內廢石量為31594.00×104m3，其中露天采場西幫廢石量為18359.70×104m3，占總量的58.11%；露天采場東幫廢石量為13234.30×104m3，占總量的41.89%。設計的南加排土場庫容為22620.86×104m3，可堆存實方17400.66×104m3，可供排廢16年左右。東部排土場擴容后庫容量15300×104m3，可堆存實方11769.23×104m3。另外，露天采場后期可內排廢石約3000×104m3，增加庫容量約3900×104m3。三處廢石排放場地可堆存實方32169.89×104m3，可滿足大露天境界內廢石排廢需求。東部排土場臨近露天采場東部，采用汽車排土方式；南加排土場位于露天采場的東南側，距離較遠，采用膠帶+排土機排土方式。按照最初設想，露天采場東幫廢石就近運往東部排土場堆存，露天采場西幫廢石運往南加排土場堆存。但受采礦生產約束，露天采場西幫前期不具備廢石剝離的條件，同時，受南加排土場地形限制，初期也難實現采用排土機進行大規模排土作業，需要通過汽車排土為后續采用膠帶+排土機排土創造條件。另外，還要考慮前期修筑南加尾礦庫初期壩的要求。因此，需要先形成東幫一號破碎站及膠帶運輸系統，該系統的功能定位主要是完成南加尾礦壩初期壩的修筑以及為西幫系統后續采用膠帶+排土機排土創造條件。另外，根據采礦生產進度計劃，露天采場西幫廢石排放量大于南加排土場的廢石堆存量。因此，東幫過來的廢石不宜太多，當完成既定目標后應就近排往東部排土場，以免擠占南加排土場過多庫容，導致西幫系統排廢成本增加。根據露天初步生產計劃，前4年東幫一號破碎站及膠帶運輸系統每年排至南加排土場廢石量為410×104m3，第5年西幫系統建成后每年向南加排土場排廢量為955.14×104m3。從第5年開始，東、西幫系統每年可向南加排土場排廢1365.14×104m3。

2.2 膠帶運輸系統

2.2.1 系統

本次設計的膠帶輸送線路從新建廢石破碎站至南加排土場。地形復雜，周邊設施繁多，沿途要穿越東部排土場，在線路東北側有即將建設的廢石綜合回收廠，西南側有萬龍山尾礦庫和即將建設的南加尾礦庫。設計充分考慮了膠帶輸送線路穿越位置的原始地形情況以及現有生產設施、道路的情況，共布置3條膠帶輸送機接力將破碎后的廢石從破碎站運往排土場。膠帶機接力順序：1#膠帶輸送機2#膠帶輸送機3#膠帶輸送機。

1#膠帶輸送機設計帶寬B=2.0m，帶速v=2.0m/s，運量Q=3000t/h。頭部設除鐵器，起保護后續膠帶作用。膠帶輸送機水平輸送長度L=153m，頭部滾筒標高1046.6m，尾部滾筒標高1032m，提升高度H=14.6m。采用頭部單滾筒單電機驅動，電機功率355kW。采用EP-200×5(10+6)聚酯帆布阻燃輸送帶。

為方便現場生產運營，提高系統可靠性，考慮在1#膠帶輸送機與2#膠帶輸送機之間設置廢石轉載倉。轉載倉高約20m，直徑φ18m，有效容積約1700m3，可滿足1個半小時左右的廢石儲存量，降低采場來料不均衡時對運輸系統產生的不利影響。在轉載倉下部設1臺BZOK2400-7型板式給料機為膠帶輸送機喂料，給料機采用變頻電機傳動，可調整輸送速度，控制給料量，使之與膠帶輸送機運輸能力相匹配。轉載倉內設料位計控制倉內廢石的儲存量，并與上下游設備實現聯鎖控制。

2#膠帶輸送機設計帶寬B=1.2m，帶速v=4.5m/s，運量Q=3000t/h。水平輸送長度L=1517m，頭部滾筒標高848m，尾部滾筒標高1014.63m，下放高度H=-166.63m。尾部布置在轉載倉底部，出轉載倉后先沿地表敷設跨越東部排土場，再穿過地下巷道后沿地表通廊至南加排土場外840m轉載站。其中，穿排土場處標高1000m，跨越排土場長度350m。

3#膠帶輸送機設計帶寬B=1.2m，帶速v=4.5m/s，運量Q=3000t/h。水平輸送長度L=531.5m，頭部滾筒標高784m，尾部滾筒標高842m，下放高度H=-58m。尾部布置在840m轉載站底部，出轉載站后沿地表敷設至排土場內的740m堆場，膠帶輸送機頭部采用懸挑結構，架空高度約40m。在料堆底部設裝礦硐室，經汽車倒運進行尾礦庫初級壩修筑和排土場初期排放。

根據排土計劃，南加排土場服務年限16年。根據現場地形和生產實際情況，到排廢第7年，740m標高以下的排土任務完成，此時拆除740m堆場設施和3#膠帶輸送機，并在900m標高建堆場設施和3A#膠帶輸送機，服務至排土場結束。

2.2.2 路線

路線制定主要考慮方案的技術可行性和經濟性、系統生產管理和維護方便、穿越東部排土場的膠帶輸送機結構形式、膠帶輸送機輸送的部分物料來自于廢石綜合回收廠（廢石綜合回收廠處理后的廢石需通過該廠膠帶輸送機給到主膠帶輸送機上）、膠帶輸送機輸送線路穿越位置的原始地形情況以及現有生產設施以及道路情況方面。主要按照確定的廢石破碎站和840m轉載站的位置布置膠帶輸送機輸送線路，共設計三條輸送線路方案：方案一為一段膠帶輸送機直線布置方案，方案二為高標高兩段膠帶輸送機轉運布置方案，方案三為低標高兩段膠帶輸送機轉運布置方案。

2.3 膠帶運輸系統設備部件

2.3.1 膠帶

采用B=1200mm膠帶，2#膠帶輸送機選用ST2500鋼繩芯阻燃輸送帶，上覆蓋膠厚度10mm，下覆蓋膠厚度6mm；3#膠帶輸送機選用ST1250鋼繩芯輸送帶，上覆蓋膠厚度10mm，下覆蓋膠厚度6mm。

2.3.2 承載托輥

采用三輥式槽型托輥，槽角35°，輥子直徑Φ159mm，承載托輥間距為1.0m。

2.3.3 回程托輥

采用二輥式V型托輥，槽角10°，輥子直徑Φ159mm，承載托輥間距為3.0m。

2.3.4 傳動滾筒

傳動滾筒規格Φ1250mm×1400mm，表面采用人字型鑄膠。

2.3.5 改向滾筒

改向滾筒規格包括Φ1250mm×1400mm、Φ1000mm×1400mm、Φ800mm×1400mm，表面采用光面鑄膠。

2.3.6 拉緊裝置

采用自動液壓絞車拉緊裝置，拉緊裝置包括拉緊絞車、拉緊小車、測力計、液壓缸等[4]。膠帶輸送機拉緊裝置位于頭部，最大拉緊力45kN。

2.3.7 驅動裝置

選擇尾部滾筒+電機+減速器驅動方式，變頻調速控制[5]；減速器與電機之間的高速軸采用蛇形彈簧聯軸器；減速器與滾筒之間的低速軸設蛇形彈簧聯軸器和盤式制動器。為保證系統安全，選用的制動器要能實現恒減速制動，同時要一用一備[6]。

2.3.8 清掃器

頭部滾筒處安裝一級、二級刮板清掃器；尾部滾筒回程膠帶上表面裝有犁式清掃器。

2.3.9 其他輔助設施

膠帶輸送機物料轉載點設溜槽堵塞檢測；膠帶輸送線路上設拉繩開關、跑偏保護裝置、縱向撕裂保護裝置、打滑保護裝置等保護設施；膠帶輸送機沿線設電話、揚聲器、聲光報警裝置及火災自動報警裝置；膠帶輸送機頭尾滾筒、物料轉載點、拉緊裝置處安裝攝像頭，監視滾筒處膠帶是否打滑、轉載處物料是否堵塞、拉緊裝置是否運行正常；1#膠帶輸送機尾部裝載點附近安裝電子皮帶秤，對物料的瞬時輸送量以及累計輸送量進行自動計量；1#膠帶輸送機頭部設除鐵器，防止下游膠帶被鐵器撕裂；膠帶輸送機物料轉載點設收塵設施或噴霧降塵設施；鋼繩芯膠帶在線監測系統對膠帶輸送機的膠帶狀況進行實時監控[7]。

3 總結

膠帶運輸在露天金屬礦山采礦操作中有著重要作用，需要重視膠帶運輸系統在實際操作中的運用，及時發現運行過程中存在的不足與缺陷，查找相關影響因素，并采取相應的處理措施，讓膠帶運輸系統可以更好地服務于露天金屬礦采工作，保證運行安全性，降低安全事故風險，進而將運輸成本控制在合理范圍，增加企業收益，為作業人員生命安全提供一定保障。

（1）破碎站場地與原有運廢道路相連，原有運廢道路寬約11m，需擴建，采用露天礦山二級道路標準，汽車荷載汽-110級，路面寬15m，路肩寬2m。場地及道路做法由上到下為：30mm-40mm砂礫磨耗層、250mm厚泥結碎礫石面層、350mm厚混鋪塊碎石基層。

（2）料堆設高、低料位計，同時設高低料位報警，并與長距離膠帶設備連鎖控制。料堆外部設小型控制室，對每輛汽車裝料情況進行高、低料位檢測，并與振動放礦機進行連鎖控制，在控制室能夠實現自動控制。

（3）膠帶排土系統流程單一且自動化程度較高，關鍵設備重要參數通過中控DCS系統進行監控，作業現場關鍵點安裝視頻進行監控。由于流程單一設備的唯一性，導致流程中單臺設備故障將影響整個流程的停產，所以確保設備完好就顯得尤為重要。

（4）為實現本質化安全，膠帶系統已經基本實現了人機隔離和遠程視頻監控。結合膠帶系統實際運轉情況，同時提高設備的完好率和運轉率顯得尤為重要，因此，需要加強設備、電氣的點巡檢、預防性維修保養工作，減少事后維修頻次。

（5）膠帶運輸系統所有設備的日常維修維護保養時間與生產相互制約，時間較短不能完成區域設備的維修維護工作，同時修理人員較少、技能不強，維修人員缺乏是目前制約膠帶系統高效生產的主要因素，因此對崗位進行優化維修人員勢在必行。

（6）實現工藝流程本質化安全，DCS系統已實現設備狀態及運行參數實時在線監測，中控室具備在線觀測的條件，視頻監控系統已實現重點區域設備設施實時監控功能，膠帶運行區域實行封閉管控，運行期間所有人員不得進出。