某铅锌矿提升系统改造技术研究

2019-05-24高常宝胡建钊赵战国

中国矿山工程 2019年2期

高常宝，胡建钊，赵战国，高涵

(1.金诚信矿业管理股份有限公司，北京 100070； 2.中国运载火箭技术研究院，北京 100076)

1 前言

某铅锌矿2 702m以上采用平硐+盲竖井+斜坡道开拓，2 702m以下采用平硐+副井+斜坡道开拓。目前采矿中段为2 762m、2 702m和2 642m三个中段。

平硐标高为3 055m，于1986年建成并投入使用；盲竖井位于平硐内，井筒净直径为6.0m，井口标高3 062m，井底标高2 682m，最低服务2 702m中段，提升高度为360m。提升机为德国产直径3.5m单绳提升机，电动机动率400kW，提升方式为罐笼平衡锤提升，每次提升2m3侧卸式矿车1辆，或者提升25人；平衡锤质量8.53t，最大提升速度4.78m/s。盲竖井主要承担3 062m至2 702m中段矿石和废石的提升以及人员和物料的输送，盲竖井目前提升能力约为30万t/a。

副井井筒净直径6m，井口标高3 142m，井底标高2 190m。采用双层单绳罐笼平衡锤提升方式，提升高度840m(3 062m至2 222m水平)。提升容器采用双层多绳罐笼，每次可以提升车2m3侧卸式矿车2辆或者提升100人；平衡锤质量22.5t，最大提升速度10m/s。采用型钢罐道，井筒内设有梯子间。

斜坡道硐口标高3 065m，坡度约10%，斜坡道工程已施工至2 322m水平，到地表运距约10km。

2 提升系统改造方案

结合矿山生产现状，在满足120万t/a生产能力的前提下，为充分利用原有设施，发挥现有盲竖井和副井作用并综合考虑建设投资和运营成本[1]，提出竖井提升系统优化改造方案为盲竖井+副井罐笼提升方案[2]。

盲竖井+副井罐笼提升方案只需对盲竖井主提升系统和副井罐笼做适当改造[3]，不但可充分发挥现有的盲竖井和副井作用，而且可以降低运输成本，减少改造工程量，对生产的影响较低[4]。

2.1 盲竖井改造方案

现盲竖井共安装有二套提升机，一套为主提升机，另一套为副提升机。主提升机设计主要用于提矿石，副提升机用于提升人和材料或少量矿石(只能提0.7m3矿车)。设计的电动机为800kW，电动机转速950r/min，提升速度8m/s。但现在使用的电机功率为400kW，电动机转速590r/min，提升速度4.8m/s，其提升速度远低于设计速度。因此，其提升量也低于设计提升量。

本文研究将盲竖井主提升机电机恢复到原设计电机功率，即将现有电机功率更换成800kW，950r/min的交流异步电动机，使提升速度提高到8m/s。采用对现有罐道进行严格检测和修整，保证满足8m/s运行速度的要求。由于2 702m、3 062m摇台故障多，严重影响矿车的上罐和下罐效率，此次考虑一并更换。现有罐笼使用年限较长，锈蚀严重，予以更换[5]。

现根据现场实际操作参数，推算主提升机不同服务中段、不同提升速度的提升能力。

1)主提升机目前生产情况

主提升机服务中段2 762m，运行速度4m/s，正常每小时提13罐，每罐一个矿车，一个矿车装矿4t；一个循环时间为4min40s，其中上车1min，下车1min，运行时间2min40s，在单程的1min20s中，加速、减速各10s；加、减速距离各30m，匀速运行距离240m，匀速运行时间60s。

目前每小时生产能力=13×4=52t，

每天工作19.5h，年工作330d，

年提升能力=52×19.5×330=334 620t，

即盲竖井罐笼在2 762m的提升能力为33万t/a。

2)在2 882m提升能力的验算

盲竖井主要服务于2 882m中段，提升速度4m/s，由于提升速度相同，因此，加、减速时间相同，即各10s，加、减速的距离相同，即各30m。

匀速运行的距离=(3 062-2 882)-60=120m，

匀速运行时间=120/4=30s，

一个循环时间=上车时间+下车时间+(加速时间+减速时间+匀速时间)×2=1min+1min+(10s+10s+30s)×2=3min40s，

每小时提矿次数=60min/3min40s=16.36次，

每小时提升矿量=16.36×4=65.44t，

年工作330d，每天工作19.5h，

年提升矿量=65.44×19.5×330=421 106t，

即当时在2 282m中段的提升能力为42万t/a，与生产记录基本相符。

3)在2 702m中段的提升能力计算

一、二年后，盲竖井的服务中段将从现在的2 762m中段下移至2 702m中段，在系统不作任何改变的情况下计算其提升能力。

由于提升速度相同，因此，加、减速时间相同，即各10s，加、减速的距离相同，即各30m。

匀速运行的距离=(3 062-2 702)-60=300m，

匀速运行时间=300/4=75s，

一个循环时间=上车时间+下车时间+(加速时间+减速时间+匀速时间)×2=1min+1min+(10s+10s+75s)×2=5min10s，

每小时提矿次数=60min/5min10s=11.61次，

每小时提升矿量=11.61×4=46.44t，

年工作330d，每天工作19.5h，

年提升矿量=46.44×19.5×330=298 841t，

即盲竖井提升系统不作改造，在2 702m中段的提升能力只有29.9万t/a。

4) 在2 702m中段，提升速度8 m/s

盲竖井系统提升速度提高至8m/s，并对摇台进行改造，计算系统的加、减速时间各为16.5s，加、减速的距离相同各50m。

匀速运行的距离=(3 062-2 702)-100=260m，

匀速运行时间=260/8=32.5s，

一个循环时间=上车时间+下车时间+(加速时间+减速时间+匀速时间)×2=1min+1min+(16.5s+16.5s+32.5s)×2=4min11s，

每小时提矿次数=60min/4min11s=14.34次，

每小时提升矿量=14.34×4=57.36t，

年工作330d，每天工作19.5h，

年提升矿量=57.36×19.5×330=369 111t，

盲竖井提升系统改造后，每天工作时间为19.5h，则提升量为36万t/a，提升能力按35万t/a计算。

5)盲竖井改造主要工程量

(1)更换电机，将提升速度提高至8m/s。

(2)更换配电设备和控制装置，实现系统的自动运行，达到高效运行。

(3)原有型钢罐道整修或改为钢丝绳罐道。

(4)更换摇台和罐笼。

(5)对电动机的土建基础进行改造，满足新电机要求。

2.2 副井改造方案

1)副井改造方案描述和计算

现副井内安装的提升机为JKM2.8×6多绳摩擦提升机，电机功率1 000kW，设计最大提升速度10m/s。提升容器为5 000mm×2 000mm双层多绳罐笼，罐笼质量15t，每次可以提升2m3侧卸式矿车(外形尺寸3 000×1 250×1 300mm，自重1.88t)2辆或者提升100人，平衡锤质量22.5t。

由于现有罐道不满足设计要求，使提升速度只能达到4m/s，目前实际提升能力为1 000t/d，年提升能力约30万t。为了提高副井的提升能力，一是需要对罐道进行整修，保证提升速度最大达到设计速度10m/s，正常运行速度8m/s；二是对罐笼进行改造，使之轻量化，在最大载荷不变的情况下，提高有效载荷值；三是对矿车进行改造，既能满足有效载荷下的矿石装载容积又尽可能降低矿车自重。

副井改造的主要参数如下：

提升机的最大载荷为30t，现罐笼自重为15t，现罐笼最大载荷为15t；改造后的轻质罐笼自重为12t，改造后的罐笼最大载荷为18t，改造后的矿车规格为3.3m3，改造后的矿车自重为2.2t，改造后矿车装载矿石量为7t。

提升速度8m/s，计算系统的加、减速时间各为16.5s，加、减速的距离相同各50m；

按服务中段2 342m计算，匀速运行的距离=(3 062-2 342)-100=620m；

匀速运行时间=620/8=77.5s。

按目前实际生产经验，上、下车间为210s，即上车105s(双层罐笼)、下车105s。

一个循环时间=上车时间+下车时间+(加速时间+减速时间+匀速时间)×2=105s+105s+(16.5s+16.5s+77.5s)×2=7min11s，

每小时提矿次数=60min/7min11s=8.35次，

每小时提升矿量=8.35×14=116.9t，

年工作330d，每天工作19.5h，

年提升矿量=116.9×19.5×330=752 251t，

年提升能力=752 251/1.15=650 000t，

即副井提升系统通过改造，在2 342m中段的提升能力可以65万t/a。

需要说明的是：由于罐笼自重降低，导致空罐时的张力差加大，为保证张力差不变，不允许空罐提升和下降，至少需有一个空矿车作为配重。

2)副井改造的主要工程

(1)把现有罐笼更换成轻质罐笼，使罐笼自重从15t降低至12t。

(2)把中段全部矿车和通过副井提升至选厂的矿车更换成3.3m3矿车，该矿车为非标矿车，其尺寸需满足在现有3 055m平硐内运行所需的安全距离。

(3)更换三个中段的推车机，以提高效率。

(4)对现有型钢罐道进行修复，达到满足10m/s设计速度运行的要求；对井筒渗水部位进行治理，对井壁进行整修，满足竖井安全运行要求。

2.3 中段运输能力计算

1)设备选型

中段运输选用10t架线式电机车牵引10辆3.3m3侧卸式矿车。

2)电机车台数的确定

(1) 电机车班运行次数为

(1)

式中：T班——电机车每班纯工作时间，取T班=6h；

T——电机车往返一次所需时间。

(2)

式中：L——电机车运行距离，L=1 200m；

U——电机车运行平均速度，U=2.8m/s；

t装——一列车装车时间，t装=10min；

t卸——一列车卸车时间，t卸=5min；

t休——休止时间，取9min。

经计算，T=38.3min，则n=9.4次，取9次。

(2)最大运输矿石量需运输次数为

(3)

式中：K——运输不均衡系数，取K=1.25；

A0——矿石运输量，A0=556t；

Z——列车矿车数，Z=10；

G——矿车有效载重量，G=6.2t。

经计算，n0=11.21次，取11次。

从计算可看出n

3)矿车数量的确定

矿车数量的确定是根据全矿所需电机车台数、工作面数和装卸点数量等，按照“定点排列法”来确定[6]。经计算中段运输共需3.3m3侧卸式矿车30辆，备用30辆，共计60辆。

2.4 主运输平硐能力计算

1)设备选型

主运输平硐选用14t架线式电机车牵引12辆3.3m3侧卸式矿车。

2)电机车台数的确定

(1)电机车班运行次数为

(4)

式中：T班——电机车每班纯工作时间，取T班=6h；

T——电机车往返一次所需时间。

(5)

式中：L——电机车运行距离，L=2 100m；

U——电机车运行平均速度，U=3.1m/s；

t装——一列车组车时间，t装=8min；

t卸——一列车卸车时间，t卸=5min；

t休——休止时间，取9min。

经计算，T=44.6min，则n=8.07次，取8次。

(2) 主运输平硐矿石需运输次数为

(6)

式中：K——运输不均衡系数，取K=1.25；

A0——矿石运输量，A0=707t；

Z——列车矿车数，Z=12；

G——矿车有效载重量，G=6.2t。

经计算：n0=11.88次，取11次。

从计算可看出，n

3)矿车数量的确定

矿车数量的确定是根据全矿所需电机车台数、工作面数、装卸点数量等，按照“定点排列法”来确定。经计算3 055m平硐运输共需3.3m3侧卸式矿车24辆，备用6辆，共计30辆。

3 提升系统改造方案投资运营成本分析和净现值计算

3.1 建设投资

方案主要改造内容：对盲竖井的主提升系统和副井的提升系统进行改造，初步计算盲竖井可以达到35万t/a，副井可以达到65万t/a的矿石提升量，总的提升能力可以达到100万t/a。剩余20万t/a经斜坡道运至地表矿仓，经振动放矿机装入4m3侧卸式矿车，由14t电机车牵引至选厂。

建设投资包括改造工程量、设备、电气、安装工程及土建工程，其中设备、电气及安装工程单价均根据厂家询价所确定，井巷工程量单价依据定额及类比其他工程确定[7]。

竖井提升系统改造投资详见表1。

表1 盲竖井和副井联合提升方案投资

从表1中可以看出，盲竖井+副井罐笼方案改造投资为1 684.02万元。

3.2 运营成本分析

运营成本包括中段运输成本、提升成本和斜坡道年运输成本。

中段运输成本：中段运输均为有轨运输，根据中段实测平面图，计算本方案中段平均运输距离，电机车运输成本参考矿山经验数据确定，运输距离和电机车运输成本的乘积即为中段吨矿运输成本。中段吨矿运输成本和中段年运输矿石量乘积即为中段年运输成本。

提升成本包括电费、提升系统和破碎系统人员工资、年修理费。

斜坡道年运输成本：斜坡道运输距离根据斜坡道实测图测量得出，斜坡道吨矿运输成本参考矿山经验数据和其他类似项目数据确定。斜坡道运输距离、吨矿运输成本和年运输矿石量三者乘积即为斜坡道年运输成本。人员和设备材料通过斜坡道运输的成本估算为60万元/年[8]。

3.3 方案费用现值分析

本方案改造费用包括改造投资、改造施工期间增加的运营成本、中段年运输成本、提升成本、斜坡道年运输成本。根据矿山设计利用储量，经计算全矿服务年限为12年。计算方案改造费用在矿山服务年限内的费用现值，对方案费用现值进行分析。盲竖井+副井罐笼方案费用现值见表2。

表2 盲竖井+副井罐笼方案费用现值

从表2可以看出，盲竖井+副井罐笼方案建设投资为1 684.02万元，费用现值为11 503.91万元，盲竖井+副井罐笼方案改造工程量小，对生产的影响小，设计推荐盲竖井+副井罐笼方案。

4 推荐方案效益估算

采用盲竖井+副井罐笼方案改造后和改造前效益估算详见表3。

从表3中可以看出，盲竖井+副井罐笼方案费用现值为19 293.57万元，比竖井不改造方案的20 677.62万元节省1 384.05万元；盲竖井+副井罐笼方案费用现值为11 503.91万元，比竖井不改造方案的12 128.14万元节省624.23万元。

5 结论

随着矿山生产发展的需求，矿山逐渐进入深部开采，斜坡道运输距离近10km，运输距离长，运输成本较高，且斜坡道运输压力大造成通风困难，原有运输方式已不适应矿山发展的需要。盲竖井提升能力为30万t/a，副井提升能力为30万t/a，矿山生产能力为120t/a，提升能力较小。为充分发挥盲竖井和副井提升能力，降低矿山提升运输费用，本文结合铅锌矿目前生产情况，在满足120万t/a生产能力的前提下，原斜坡道运输改为盲竖井+副井罐笼提升为主，斜坡道运输为辅的提升运输方式，经技术分析可知，盲竖井+副井罐笼提升具有以下优点：