国内某露天矿山排土工艺研究

张 伟，贺茂坤

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

目前，我国很多大型露天矿山的开采方式由山坡开采转入深凹开采，使得汽车运输的距离加长，重载下坡运行变成重载上坡运行，运输效率降低，运输成本增加，导致生产成本急剧上升，经济效益迅速下滑[1]。国内某露天矿山目前就面临这样的问题。

该矿露天坑内的废石目前采用汽车运输的方式运至露天坑东北部的排土场内。由于排土台阶高度不断增加，露天坑内开采水平逐渐降低，导致汽车重载上坡运行，运输距离不断延长，从目前的开采水平到排土场的运距已达约4km。与此同时，由于征地困难，矿山只能考虑将排土场继续向高向上发展以满足废石排弃的需要。汽车运输成本的急剧上升，排土场征地困难等因素，要求矿山优化排土工艺以达到降低废石运输成本的目的。

本文以该露天矿山为背景，进行排土工艺的研究。

在露天矿山开采初期，排土场一般采用矿用自卸式汽车运输、推土机推排的排土工艺，汽车排土场均为多阶段覆盖式平地排土场[2]。但是，随着开采深度增加及排土场堆土标高的升高，单一的汽车运输方式已经不能适应矿山日益变化的开采条件。采用高效的运输系统，控制生产成本的增加，有利于保证矿山的正常生产和可持续性发展。汽车—胶带半连续运输的联合运输方式兼具汽车和胶带输送机的优势，对大中型深凹露天矿山具有普遍适用性[3]。

由于露天开采方式产生的废石块度较大，为满足胶带运输的要求，采场的废石需由汽车运输至破碎站破碎，

破碎后的废石经胶带输送系统运至露天坑东北部的排土场。研究方案拟采用汽车—破碎—胶带运输的形式将废石破碎后运至排土场，通过移动式胶带机—排土设备进行堆排。对汽车—破碎—胶带运输系统进行合理的设备选型，对胶带运输线路合理规划，是保证该系统高效运行，降低生产成本的关键因素，也是方案研究的重点内容。

2 废石破碎站

为满足胶带运输系统的要求，废石块度应不大于350mm，需在露天采场新建废石破碎站。通过分析废石台阶分布状态及运输距离，确定在-24m台阶东南侧靠帮位置新建废石固定式破碎站，可使采场内废石运输距离最近。

矿山目前常用的粗破碎机类型主要有颚式破碎机和旋回破碎机两种，也有一些矿山采用对辊破碎机。对辊破碎机多用于破碎中等硬度以下的矿石和岩石，出料粒度小，主要应用于煤矿等软岩破碎，不适用于此矿山。与旋回破碎机相比，颚式破碎机构造简单，工作可靠，便于维护，价格较低，配置需要的高差小；而旋回破碎机生产能力大，可直接受料，无需专设粗矿仓和给矿设备，破碎比大。

根据破碎任务要求，可选择配置1台处理能力不小于2 300t/h的旋回破碎机或3台处理能力为1 000t/h的颚式破碎机。考虑该矿为露天矿山，具有废石块度较大、汽车直接给料等特点，宜采用旋回破碎机。

3 固定胶带输送系统

破碎后的废石由胶带运输系统运至露天坑东北部的排土场进行堆排。对胶带运输线路进行合理规划，有利于避免胶带输送机与汽车运输道路的相互干涉，减少对采场正常生产秩序的影响，优化设计，减少初期投资，降低运营成本。

废石破碎站设置在采场东南侧-24m台阶，初步确定胶带输送机尾部标高为-57m。根据该矿山排土场现状，初始排土台阶标高定在+220m，移动式胶带机和排土设备的工作平台设置在+200m标高。胶带输送机自采场东南侧出，至排土场东南侧止。

结合现场的实际情况，研究A、B、C 3个方案，以确定胶带输送机的合理运输线路。方案A中，胶带输送机长度最短，采用一条胶带输送机即可将废石由破碎站运至排土场+200m标高，上运，倾角11.93°，中间不需要转运，但爬坡角度较大，且胶带输送机需要穿过老排土场；为避免胶带输送机穿越老排土场，方案B采用两条胶带输送机接力运输的布置方式；方案C为尽量避免胶带输送机对采场内运岩道路的影响，缩短采场内胶带输送机的长度，采用垂直采场道路方向的胶带输送机FBC1接FBC2转运至排土场，但胶带输送机FBC2需穿过老排土场。

图1为胶带运输线路布置方案的剖面图，由图1中可以看出，方案A和方案C胶带输送机均需穿过老排土场，将给胶带斜井的掘进和支护带来很大的困难，增加建设投资；方案A中胶带输送机FBC1离采场路面距离很近，与运岩道路相互影响。方案B中胶带输送机FBC1、FBC2接力运输的方式可操作性强，安全保障性高，经研究认为宜选用方案B。

确定胶带运输线路后，根据废石产量、作业时间等参数，可确定废石破碎及胶带运输的生产能力，进行胶带输送机的选型计算。

4 移动式胶带机和排土设备

4.1 排土设备的选择

废石经胶带运输系统运至排土场后，需要移动式胶带机配合排土设备进行废石的堆排。排土设备处于汽车—胶带半连续运输工艺的最后一个环节，在整个系统中起着至关重要的作用。

排土机作为移动式连续工作的排料设备，通过臂上的胶带输送机将来自移动式胶带输送机的物料排至料堆，相对于其他排土方法，生产能力大，一次排弃宽度大，辅助作业时间少，自动化程度高[4]，但其设备重量重，价格较贵，也会导致整套排土系统初期投资较高。而排料胶带机则是一种简易的排料设备，价格便宜，但臂长较短，运量较小，设备本身自动化程度不高，需增加人员和设备进行辅助工作。

选用排土机作为汽车—胶带半连续运输的末端设备更为合理。

4.2 排土参数的确定

排料能力和臂长是排土机选型的两个主要参数。排土机的排料能力应根据运输任务要求和排土机的工作效率确定。

图1 胶带运输线路布置方案剖面图

排土机排料臂长和受料臂长的选取，主要取决于排土工艺、排土方法，排土条带宽度和排弃物料的物理性质等[5]。排土机是否考虑上排、上排段高及上排的排土条带宽度、下排的排土条带宽度等与排料臂长和受料臂长关系如下。

(1)上排段高H上：

H上=H底+L排sinα

(1)

式中：H底——排土机底盘高度，m；

L排——排料臂长度，m；

α——排料臂仰角，(°)。

(2)上排时排土条带最大宽度W上排：

W上排=L受-2L排cosα+Dp

(2)

式中：L受——受料臂长度，m；

Dp——排土机行走机构到移动式胶带机中心线的最小距离，m；

其他符号同前所述。

(3)下排时排土条带最大宽度W下排：

(3)

式中：γ——排料臂与移动式胶带机中心线的最小夹角，(°)；

v——排料臂臂上胶带输送机的运行速度，m/s；

h——排料臂端部到地面的高度，h≈H底，m；

g——重力加速度，m/s2；

其他符号同前所述。

根据废石运输任务要求和排土机的工作效率可以确定，排土机处理能力应不小于1 200m3/h。根据现场条件和工艺要求，确定下排段高为60m，上排段高为20m，选用排土机排料臂长和受料臂长均为50m，臂上的胶带输送机带宽为1 200mm、带速为4m/s。根据上述参数计算，移动式胶带机每次移设形成的排土条带宽度约为75m。

4.3 初始路堤的修筑

在移动式胶带机—排土机运输系统中，采用移动式胶带机给排土机喂料，由排土机进行排土。在基建期，需提前修筑初始路堤，用于敷设移动式胶带机。路堤宽度与移动式胶带机宽度有关，胶带机两侧应能行驶辅助车辆，并保证两侧车辆到边坡的安全距离。初始路堤可由汽车排土堆筑，也可以由汽车堆筑部分路堤后，排土机自筑形成，以提高排土机的利用率。需要注意的是排土机自筑路堤时应考虑新排土区域的沉降速度，避免因推进速度过快而产生明显的沉降现象，影响胶带机的延伸和敷设。

4.4 排土方法的选择

根据排土工作线在排土场内推进的形式以及单次排土形成的几何形状，移动式胶带机—排土机运输系统可采用的工作方法分为矩形排土方法、扇形排土方法和混合排土方法(矩形排土+扇形排土)。

采用矩形排土方法时，废石由露天采场运输至排土场后，经两条移动式胶带机转运，给排土机喂料，形成以一条胶带机长度为长边、以排土机一次排土宽度(75m)为短边的矩形排土条带。

扇形排土方法则是以移动式胶带机与上游胶带机的转载漏斗中心为圆心，以移动式胶带机长度为半径，进行顺时针或逆时针旋转，排土机沿着移动式胶带机往复移动进行排土，所形成的排土带近似扇形。

混合排土方法包含上述两种排土方法。

与矩形排土方法比，扇形排土方法中，移动式胶带机和排土机移设次数较多，每次移动的排土量是矩形排土方法的一半；但由于扇形排土方法不需要第二条延伸胶带机，所以排土生产初期投资少[6]。无论采用何种排土方法，胶带机两次移设的间隔时间应不小于新排土区域所需的沉降时间，以便达到敷设移动式胶带机的条件。若沉降时间不够，还需采取措施，人工加速沉降。

因此，采用何种排土方法，除了与初始投资、排土场形状有关外，与排土场大小也有很大关系。根据该矿山排土场情况，以扇形布置为宜。

4.5 拟选方案

根据上述研究，确定该露天矿山排土方案采用汽车—破碎—胶带—排土机的半连续排土工艺。在露天采场东南侧-24m台阶靠帮位置新建废石固定式破碎站，选用1台处理能力不小于2 300t/h的旋回破碎机。为了避免胶带输送机与汽车运输道路的干涉，减少对采场正常生产秩序的影响，破碎后的废石经两条固定胶带机运至排土场，胶带运输能力与破碎机生产能力一致。排土场内配置一条移动式胶带机和一台排土机，排土机的排料臂长和受料臂长均为50m，处理能力不小于1 200m3/h，采用扇形排土的方式进行堆排，上排段高20m，下排段高60m。

5 结语

汽车—胶带半连续运输系统是一种高效的运输方式，对大中型深凹露天矿山具有普遍适用性，是未来我国深凹露天矿山排土作业的重点发展方向，有利于降低排土成本，减少排土场占地，保护环境。本文以国内某露天矿山排土工艺研究为契机，对汽车—破碎—胶带运输系统中重要设备的选型、胶带运输线路的规划等进行研究比选，为矿山排土方案的选择提供依据，为后续排土工艺的改造提供技术支持。

[参考文献]

[1] 蔡美峰，李军财，郝树华.汽车—胶带半连续运输系统线路优化研究[J].金属矿山，2004，(8)：6-8.

[2] GB50421- 2007，有色金属矿山排土场设计规范[S].

[3] 蔡美峰,郝树华,李军财.大型深凹露天矿高校运输系统综合技术研究[J].中国矿业，2004，(10)：10-13.

[4] 闫建伟.高士强,王兆俊,等.排土机技术现状及发展趋势[J].露天采矿技术，2004，(1)：42-45.

[5] 张 敬,贺茂坤.某大型深凹露天矿排土工艺改造[J].有色金属工程，2002，(3)：55-57.

[6] 石 伟,邓 克,姜 科，等.大型露天矿山胶带排土工艺的研究[J].中国矿业，2004，(10)：14-18.