南非某深井矿山提升系统方案比选

王文杰

(北京矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

矿业开发一直为国民经济持续发展提供不可或缺的物质基础，伴随着时间的推移，国内外浅部矿体逐步开采完毕，未来深部矿体的开采将是矿业发展的必然趋势。

深部采矿面临诸多难题，比如基建时间长、深井降温、深井提升等方面，目前国外深井开采应用比较多的包括南非、德国、加拿大等国家，开采深度已经达到2 500～4 000 m，南非计划开采深度为6 000 m[1]，目前国内也有将近20座地下金属矿山开采深度达到或者超过1 000 m，部分矿山已经超过1 500 m。

深井开采提升是需要解决的重要问题之一[2]，本文依据南非某铂金矿为例提出深井提升系统方案比选的方法。

1 提升系统方案比选

南非某铂金矿位于南非布什威尔盆地的东翼西北角，该矿包含两层矿体，分别为MR矿体和UG2矿体，开采范围内埋深350～2 350 m，见图1。

矿山设计生产能力为5 000 t/d，服务年限14年，采用竖井+斜坡道联合开拓方式，一期开采1 150 m以上矿体，竖井最大提升高度1 230 m，竖井配备箕斗提升系统和罐笼提升系统，箕斗提升负责提升矿石，罐笼提升负责人员上下任务，设备、材料均从斜坡道进入到井下。

本文引入SWOT分析方法对该矿山提升方案的选择进行分析。该方法是一种用于企业市场战略分析的方法，综合企业内外部条件，分析优势、劣势以及机会和威胁，从而制定企业最佳战略，将该分析方法引入提升系统方案的比选分析，不仅考虑了不同提升系统配置之间的评价分析，还考虑了系统提升机设备在选型方面存在的一些机会及威胁，使得方案选择更具有全面性。

根据该矿体赋存条件、提升高度及提升能力的要求，首先对采用一套提升系统还是采用多套提升系统进行SWOT分析，单套提升系统分析见表1，多套提升系统分析见表2。

图1 铂金矿体纵投影图Fig.1 Projection map of platinum ore body

序号项目优势劣势机会威胁1投资投资较低基建时间较长2运营成本运营成本较低3功率电耗较大4竖井相关工程量井下装载硐室工程量小5占地面积占地面积小6基础基础相对较大7维修保养维修保养较少需要较大的起重机设备标准化罐笼较大8生产单一装矿卸矿点有设计冗余量系统出现问题,导致100%停产

表2 多套提升系统分析表

通过以上分析，结合本矿需要，箕斗提升和罐笼提升的能力都不是特别大，考虑节约投资及降低运营成本方面，箕斗和罐笼提升分别采用单套提升系统是相对比较合理的，国内外类似项目较多，运行可靠，有成熟的参考经验。

另外考虑用于井筒检查、辅助及救援工作，选用1台移动救援绞车，该设备与移动式吊车一样，绞车可以直接开到竖井前，伸缩臂由液压定位到所需要的位置上，通过外部转向滑轮操作钢丝绳提升下放圆形提升容器(直径1 m)。

根据提升任务需求，选择以下5个方案进行对比。

方案1： 摩擦式双箕斗提升机

摩擦式罐笼提升机

方案2： 摩擦式双箕斗提升机

双滚筒罐笼提升机

方案3： BMR式双箕斗提升机

摩擦式罐笼提升机

方案4： BMR式双箕斗提升机

双滚筒罐笼提升机

方案5： 双滚筒双箕斗提升机

双滚筒罐笼提升机

考虑工业场地比较宽敞，设计采用钢井架，提升机均采用落地布置形式，井筒装备和机房土建，提升机安装工程可同时施工，从而加快基建速度[3]。

根据提升任务的要求，各方案提升设备主要设备选型见表3。

对上述各方案分别进行投资估算，涉及井架及相关设施、提升机房、矿石提升系统、人员提升系统四个方面，计算结果见表4。

表3 各提升系统主要设备选型表

注：需要指出的是，南非的矿山安全标准跟国内不同，表中设备选择按照南非标准来选型。

表4各方案投资估算表

Table4Investmentestimatesoftheschemes/千美元

方案1和方案2投资相对较小。

根据各方案的所选电机的功率，统筹考虑每年运行时间，相关功率系数，按8%的折现率，10%的电价上涨率，分别计算矿山整个服务年限内各方案耗电费用的净现值。计算结果见表5。

可以看出，方案1耗电费用最少。

随着开采深度的增加，提升钢丝绳所受的交变应力也在不断加大，这对钢丝绳的使用寿命有很大影响[4]。深井矿山提升钢丝绳的消耗费用占的比重相对较大，各方案钢丝绳选型不同，且不同的提升系统钢丝绳的寿命是不同的，且钢丝绳的选型对于矿山提升系统运行的可靠性起着相当大的作用，本次方案比选将钢丝绳的消耗成本纳入进来，对比较结果更有说服力。根据各方案的提升运行时间及钢丝绳的寿命，同样按8%的折现率，10%的时价上涨率，分别计算矿山整个服务年限内各方案钢丝绳消耗费用的净现值，计算结果见表6。

表5 各方案电耗运营成本表

表6钢丝绳运营成本表

Table6Operatingcostofwireropeofthe/千美元

由表6中可知，方案2钢丝绳消耗费用最小，方案1次之。

各种提升系统均有各自的特点，以下是对摩擦式提升系统、布雷尔式提升系统以及双滚筒提升系统的SWOT分析表，在方案选择时起到一定的指导作用，各分析表分别见表7～9。

表7 摩擦式提升系统分析表

表8 BMR提升系统分析表

表9 双滚筒提升系统分析表

从以上分析表可知，摩擦式提升机和BMR式提升机对于深井开采是相对适合的，但也存在一些问题，钢丝绳平衡装置相对复杂，检修量较大，使井架高度增加，双滚筒提升机在深井提升中虽然也有自己的优势，但前期投入较大，对于项目的资金回收，项目经济效果表现不好。目前在南非多数深井中应用较多的还是摩擦式和BMR式提升机，目前随着技术的发展，摩擦式提升系统在深井中应用会越来越多，目前多绳摩擦提升已成为现代化提升的发展方向之一[5]，目前国内大型提升机厂家中信重工机械股份有限公司的技术和装备生产力量已经达到了较高的水平，国外瑞典ABB和德国西马格企业在国内也已分别建厂，为提升机的发展和使用提供了更广阔的空间[6]。

2 结论

综上所述，投资成本和运营成本的比较综合表见表10。

表10选型方案综合比较表

Table10Comprehensivecomparisonselectionoftheschemes/千美元

从表10中可以看出，方案1费用最低，方案4费用最高，综合SWOT分析及费用比较，方案1技术上合理，经济上可行，因此推荐方案1为最优方案。

该矿设计竖井提升高度为1 200 m左右，属于中等深度矿山，经过方案比选可以得出摩擦式提升机在中等深度竖井中具有相对的优势；另外引入SWOT分析到提升系统方案比选中，对未来其它矿山的提升系统方案比选有一定的借鉴意义。