某矿废石提升系统方案设计与实践

孔科伟，邓 伟

(1.五矿矿业控股有限公司，安徽 合肥 230000；2.五矿矿业（安徽）工程有限公司，安徽 合肥 230000)

根据某矿提供2011年-2015年全矿废石计划及完成量统计，每年有约90万t的废石量需要排出地表，而现有井筒的排岩能力仅有50万t/a。这样每年仍有40万t左右的废石需倒入溜破系统，混入矿石由主井提出地表。混岩对采矿场矿石生产及产品质量造成极大的影响，金属量损失较大。经矿方统计，每年40万t废石倒入溜破系统所损失的经济效益约达2510万元。针对这一问题，对废石提升进行方案设计以改善这种状况，通过系统设计、方案比选，得出最优的提升系统方案，矿方据此进行了废石提升系统建设，目前已很好的解决了瓶颈问题。

1 矿山基本情况及废石量介绍

矿山设计生产规模为矿石750万t/a，每年的废石量50万t，大部分在掘进过程用坑内卡车运输用于充填采空区，剩余极少量废石通过副井提出地表。

在实际生产过程中，诸多因素如勘查等级低实际采切量增大、新增措施工程及生产不均衡等，导致废石量比原设计增加，根据矿方提供连续五年废石计划及完成量统计，每年有约90万t的废石量需要排出地表。现有井筒的排岩能力仅有50万t/a（根据设备核实分别为：1#副井17万t/a、南风井8万t/a和联合副井25万t/a）。本次设计专用废石提升措施工程来解决此问题，废石措施井的提升能力为40万t/a。

2 废石提升措施井选择

8线附近有两个提升井1#小主井和1#小副井。1#小主井装备2JTKC-1.6型单绳缠绕式提升机1台，提升1.2m3翻转式箕斗，现在停止运行。1#小副井装备2JK-2型单绳缠绕式提升机1台，提升最大载重1t的简易罐笼，现在停止运行。1#小副井作为罐笼井，拆除原井筒装备比较繁琐浪费工期，且1#小副井在掘进中曾井筒出水淹井存在安全隐患，故选1#小主井延伸作为废石措施井。

3 提升系统方案比选

1#小主井直径3.2m，混凝土支护，废石提升能力40万t/a可以选择两种装备方案，方案一单绳缠绕提升机配4m3翻转箕斗，方案二多绳摩擦轮提升机配4m3底卸箕斗，下面对两个方案进行详述。

3.1 方案一：单绳缠绕提升机配4m3翻转箕斗

将原8线附近1#小主井作为废石措施井延深至-450m水平，废石措施井附近设置φ3.5m废石溜井，-400m水平以下设置60°的φ4m废石仓，-425m水平为装岩水平，-425m水平施工25°斜井到-450m水平进行粉岩回收。

3.1.1 提升系统

废石措施井井筒净直径φ3.2m，井深488.212m，支护厚度100mm，喷砼局部加锚杆支护。井口标高+38.212m，装岩水平-425m，井底标高-450m，年提升废石量40万t/a。装备JK-3.5/20型单绳缠绕式提升机1台，提升4m3翻转式箕斗，提升速度5.5m/s，配用电机为1200kw，转速为600r/min。井架采用单斜撑型钢井架，井架高度27.5m，井架总高度34m,用钢量62t。

3.1.2 装岩系统

在-425m设装岩硐室，配备HPF1260棒条振动给料机一台，功率22kW，废石仓废石经棒条振动给料机给入计量斗。

3.2 方案二：多绳摩擦轮提升机配4m3底卸箕斗

底卸箕斗要求废石最大块度不超过350mm，目前矿山生产废石块度大于350mm，所以废石必须破碎后才能装入箕斗。将原8线附近1#小主井作为废石措施井延深至-483m水平，废石措施井附近设置φ3.5m废石溜井，-400m水平以下设φ4m废石仓，-425m水平与运输中段连通设废石破碎，-441m水平设皮带装岩系统，-483m水平为粉岩回收水平。

3.2.1 提升系统

废石措施井井筒净直径φ3.2m，井深521.212m，支护厚度300mm，混凝土支护。井口标高+38.212m，破碎水平-425m，装岩水平-441m，井底标高-483m。年提升量：废石40万t/a。装备JKMD-2.25×4（Ⅰ）E型多绳摩擦式提升机1台，提升4m3底卸式箕斗，提升速度6.14m/s，配用电机为300kw，转速为600r/min。

井架采用单斜撑箱型井架，井架高度43m，井架总高度47.5m，用钢量292t。

3.2.2 破碎系统

在破碎硐室内选用PE600×900颚式破碎机1台，电机功率80kW，进料粒度0mm～500mm；HPF1260棒条给料机1台，电机功率22kW；破碎硐室设LD型10吨电动单梁起重机一台用于设备安装和检修。

3.3 方案比较表

其中方案二投资4621.70万元，由于建设工期滞后8.14个月，考虑金属量损失给经济效益造成的损失为2510÷12×8.14=1702.62万元，计入累计净现值。方案一、方案二最终统计的比较表如下。

表1 方案比较表

综上方案比较，方案一具有工程量少、工期短、投资少等优点，最终推荐方案一单绳缠绕提升机配4m3翻转箕斗。

4 提升系统计算

废石措施井为箕斗井专用于提升废石，设计提升废石量40万t/a。采用单筒缠绕式提升机，单绳提升4m3翻转式箕斗。

（1）钢丝绳选用不扭转钢丝绳35W×7+FC-φ40mm-1770，PS=7.36kg/m,Qp=1020kN×1.287=1312.74kN。

钢丝绳的安全系数8.29符合安全规程的要求。

（2）提升机的选择

卷筒直径选用3.5m的单筒提升机。卷筒宽度按缠绕两层进行计算，设计选用卷筒宽度为1.7m。钢丝绳作用在卷筒上最大静张力158.359N，选用JK-3.5×1.7/20型矿井提升机。天轮直径取Dt=Dj=3500（mm）。

电动机选用电机功率1200kW、转速600rpm、750V，提升速度为5.5m/s。经计算及过载校核该电机满足提升的要求。

提升能力计算：

（1）提升能力计算

按日提废石19.5小时计算：

富裕系数为1.13

故该井可满足年提升废石量40万t废石的提升任务。

（2）主井提升系统电机过载能力校核

电动机额定拖动力Fe的计算：

Fe=Ne1000η/v=1200×1000×0.85÷5.5=185.623kN

按力图过负荷验算：

Fmax/Fe=226.621÷185.623=1.22＜0.85λ=1.785

预选电动机校核满足要求。

5 施工方法

延伸原1#小主井准备阶段先把井筒现有装备拆除，现有机房拆除。延伸井筒采用普通法即凿岩爆破法掘进施工，考虑井筒服务年限短，采用喷砼加局部锚杆的支护形式。废石措施井延伸完成后施工粉岩回收斜井，最后井筒装备试运行。

-425m联巷完成后施工装岩硐室，施工上部岩仓，上部岩仓采用爬罐法施工，钢筋混凝土支护，并用锰钢板加固。

施工主溜井时若-400m和-300m联巷完成具备条件，可选择反井钻机施工。将上口巷道刷高到4m，安设反井钻机自上而下导孔钻到底，再由下而上扩孔到φ1.2m，上口安设施工设施后，由上而下将溜井刷大至设计规格，并喷射混凝土进行临时支护，然后再自下而上完成永久支护。此方法效率比较高。如果施工主溜井时-300m联巷尚未施工完成，也可以用爬罐法施工。主溜井及溜槽钢筋混凝土支护，并用锰钢板加固。主溜井与上部矿仓底部距离较近，施工过程中可能全部崩开，需要用钢筋混凝土重新砌筑。

从-425m水平正掘25°粉岩回收斜井，斜井内设置台阶和扶手方便人员上下，由于斜井斜长60m比较短，考虑行车不行人，所以未设置躲避硐室。

巷道的施工利用矿山生产现有设备Rocket Boomer281型液压凿岩台车，TORO301柴油铲运机，MT2010井下卡车（20t），Romec装药车。