韩旺铁矿斜井胶带运输的设计与应用

娄广文张洪果武 飞刘文通

（1.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.莱钢集团鲁南矿业有限公司；5.昆明市东川金水矿业有限责任公司）

金属地下矿山一般产量大于1 000 t/d，井深大于300 m 时，多选用箕斗提升。使用箕斗提升的金属地下矿山，采用铲动机将矿石铲运至采场溜井，通过采场溜井下部的振动放矿机向运输巷内的矿车进行装矿，利用电机车将矿石运输至卸载站，矿石进入溜破系统进行破碎后，碎矿落入平巷胶带运输并向箕斗装矿，最后由箕斗提升系统提升至地表。

1 韩旺铁矿基本情况

韩旺铁矿是露天转地下的矿山，由上河矿段和王峪矿段组成，2005 年7 月开始“露天转地下开采工程”基建，2010 年10 月份完成上河矿段基建并投产。王峪矿段地下开采正处在基建之中。

韩旺铁矿的矿床由东南向西北方向展布，矿床空间分布较为狭长，走向长度为3 570 m。上河矿段处在矿床西北部，矿带控制走向长度1 300 m；王峪矿段处在矿床东南部，矿体控制走向长度1 870 m。两矿段之间存在无矿带，无矿带长度为400 m。

上河矿段的露天采场已形成长约为1 350 m，宽约为225 m，深约为80 m，长轴方向近NW—SE向的凹陷采坑，采坑+100 m水平坑底长约为1 010 m，宽30～50 m，露天开采范围达到了设计开采境界的下界。上河矿段由露天转地下后，设计范围为45～57 线、-50～+100 m标高已控制矿体，+90～+100 m标高矿体作为地下开采的保安顶柱预留，不予开采。设计开采范围内可利用储量2 212.39 万t，平均品位36.29%，其中B 级储量933.47 万t，C 级储量1 278.92万t。在两矿段之间布置了上河主井、上河副井2条提升井，上河主井采用3.2 m3翻转式双箕斗提升，承担上河矿段100万t/a矿石提升任务。

王峪矿段于1992 年闭坑，露天采场为长约为1 300 m、宽约为110 m、深约为20 m、长轴方向近NW—SE 向的凹陷采坑，采坑+157 m 坑底长约为810 m，宽10～30 m。王峪矿段由露天转地下后，开采对象是61～75线、+130～-50 m范围内赋存的矿体。王峪矿段的设计范围内保有资源储量1 238.52 万t，其中111b 储量186.21 万t，122b 储量733.80 万t，332 资源量20.20 万t，333 资源量298.31 万t，+100 m 以上矿体平均品位35.60%，+100 m 以下平均品位34.45%。在王峪矿段东部仅布置了王峪主井作为提升井，王峪主井采用多绳双层双车单罐配平衡锤提升，承担王峪矿段50万t/a矿石提升任务。

上河矿段地下开采初期采用翻转式双箕斗提升，但由于未设置溜破系统对矿石进行破碎，为了适应箕斗提升，采场内二次破碎工作量较大，向箕斗供矿能力不足，同时受个别漏破大块影响，导致箕斗每次提升量偏少，大块卡箕斗等提升事故率升高，直接影响上河主井年提升能力，箕斗提升能力仅为60～80 万t/a，不满足“上河矿段100 万t/a，王峪矿段50 万t/a，总年产量150万t/a”企业战略目标。

设计单位与韩旺铁矿的工程技术人员多次外出考查，与设备厂家进行研讨、沟通，经过多方面论证后，决定采用斜井胶带运输矿石替代上河矿段的竖井提升矿石，同时兼顾王峪基建开拓提升系统，将王峪矿段已形成基建工程纳入整体设计，形成统一的开拓提升系统［1-2］。

2 韩旺铁矿胶带斜井运输设计

2.1 竖井提升改造为斜井胶带运输原因

（1）上河矿段露天转地下投产后，设计生产能力为100 万t/a，由于井下未建设破碎系统，致使二次破碎量较大，大幅度降低上河主井箕斗提升能力，制约了企业战略发展目标。

（2）上河主井井口卸矿站至选矿厂的原矿平台运输距离约为2.5 km，运输直接费用12.6元/t，年运输成本为756～1 008 万元，直接运输成本较高。王峪主井井口至选矿厂的原矿平台运输距离约为1.1 km，年运输成本较大。

（3）从上河主井至选矿厂运输矿石的车辆经过村庄，由于碾路面、扬尘、噪声等影响了当地居民，当地居民封堵运输道路，并多次上访，公司与居民产生了纠纷，严重影响了地表矿石运输，造成矿石断供。

（4）随着王峪矿段的建成投产，矿山未来为完成150 万t/a 的矿石生产能力，需2 套提升系统同时运行，存在能耗指标高、生产成本高等问题。

（5）井下高品位与低品位矿有明显界限，2 种品位矿石混合提升将导致选矿厂干选成本高，需在采场进行分采、分装，在提升运输方面实行2 条清晰独立线路。

（6）经过多方面技术和经济论证，采用井下建设溜破碎系统和胶带斜井运输井下高品位矿石，采用上河主井提升低品位矿石和废石，彻底解决以上问题。

2.2 斜井胶带运输替代竖井提升

采用斜井胶带运输系统为上河矿段与王峪矿段的矿石运输服务，胶带输送机选用钢绳芯胶带输送机。在王峪矿段中部增加井下溜破系统，在±0 m 布置卸载硐室，在-26 m 布置破碎硐室，在-50 m 布置斜井胶带机尾，在选矿厂的原矿平台+220 m 处布置双驱动滚筒［3-4］，电机功率为2×500 kW，胶带倾角为14°，胶带总长度为1 165 m，胶带宽度为1 200 mm，提升高度为270 m，设计运输能力为150万t/a［5-6］。

新建胶带斜井的井口标高为+220 m，井底标高为-50 m，斜井纵剖面倾角为14°（与胶带向上运输倾角保持一致），包括井底平直段在内的斜井总长度为1 165 m。斜井断面为直墙三心拱，净宽为4.2 m，全高为3.5 m，净面积为12.97 m2。除井口段的350 m 为厚度400 mm 钢筋混凝土支护外，其余采用混凝土支护100 mm。斜井内设置高强度钢芯胶带运输机和检修轨道［7］。

采场爆破后矿石经铲运机铲运至采场溜井，经溜井底部的振动放矿机向矿车组供矿，架线电机车牵引矿车组至卸载硐室，经卸矿后，矿石进入上部矿仓，再经破碎机破碎后，进入下部矿仓，下部矿仓底部的振动放矿机向胶带输送机供矿，直接运送至选 矿厂卸矿平台。斜井胶带改造后情况见图1、图2。

2.3 斜井胶带输送机主要参数

为保证150 万t/a 生产能力，斜井胶带主要参数计算如下。

（1）小时运输量（As）计算公式为

式中，C为给料不均系统，本次取1.2；As为年运输量，t/a，取1 500 000 t/a；Th为年工作小时数，取5 000 h。

经计算，As不小于360 t。

（2）胶带宽度（B）计算公式为

式中，A为物料断面系数，取422；V为胶带输运速度，取2.5 m/s；γ为物料松散密度，取2.25 t/m3；K为输送机倾角系数，本次取0.95。

经计算，B不小于0.4 m。

（3）按物料最大块度计算胶带宽度为

B1≥2dmax+200， （3）

式中，dmax物料最大块度，取450 mm。经计算，B1不小于1 100 mm。

由B、B1计算胶带宽度，取最大数值，胶带宽度应

不小于1 100 mm，取1 200 mm。

（4）电机功率计算公式为

N=KN0， （4）

式中，N0为驱动滚筒轴功率，kW；F为输送机运行阻力，经计算为233 205 N；V为胶带输运速度，取2.5 m/s；K为功率系数，取1.4。经计算，N0=583 kW，N=816 kW。

实际选用电机功率≥1.2N=1.2×816=979 kW，故选用电机功率P=2×500 kW。

经过计算分析，斜井胶带各类配置参数见表1。

2.4 竖井提升与地面运输发生变化

斜井胶带运输机投入使用后，上河矿段和王峪矿段的提升井功能发生根本性变化。

上河主井仅承担±0 m 以下矿石提升任务以及两矿段的废石提升任务，王峪主井作为王峪矿段的进风井和安全出口，不再承担矿石提升任务。斜井胶带输送机直接将井下的矿石输送至选矿厂卸矿平台，地面取消了汽车对矿石进行运输。

3 技术改造后效果

斜井胶带在韩旺铁矿投入运行后，系统运行安全可靠，解决了矿山瓶颈问题，为企业做大、做强、高质量发展奠定了坚实基础，具有广阔经济效益和社会效益［8］。

（1）斜井胶带运输机运输能力大大提高，满足了采矿、选矿能力，为企业下一步扩能创造了有利条件。

（2）斜井胶带运输机实现了无人自动化控制系统，大大减少劳动力，全面提高了运输系统本质安全［9］。

（3）斜井胶带直接将矿石运输至地表选矿厂，解决了汽车运输扰民的纠纷问题，缓和了与当地村民关系。

（4）斜井胶带具有运输成本低、故障率低、输送能耗低、运行平稳等特点，有利于矿山长期发展，给矿山带来可观的经济效益。

4 注意问题

（1）应根据输送物料特性，选用斜井胶带倾角，输送机向上输送时最大倾角不宜超过16°，向下输送时最大倾角不超过12°，当输送物料含水大、大块率高和带速高时，倾角应取小值，可根据试验选取。

（2）采用斜井胶带运输时，井下矿石应进行破碎，破碎后的矿石块度适合运送条件。

（3）胶带运送物料的速度过快，会引起击载荷的增加，对胶带损害较大，缩短胶带的使用寿命，运送矿石的带速控制在1.28～3.2 m/s。

（4）地下矿山是否采用斜井胶带运输，应从经济、技术方面等方面进行方案比较，一般露天转地下矿山开采深度较浅，可采用斜井胶带运输；技术改造的地下矿山在延伸段可采用斜井胶带运输。

5 结 语

韩旺铁矿技术改造项目完成后，上河矿段和王峪矿段的矿石由独立的提升井进行提升，特别是上河矿段还需要地表汽车进行矿石运输，均由斜井胶带将井下矿石直接运送到选矿厂，很好解决了井下采矿、运输、选矿等不匹配环节，两矿段实现了统筹兼顾、集中调度、统一运输，胶带运输实现自动化控制后，达到了自动化减人目的，保障了安全生产，具有重大经济效益和社会效益。