安庆铜矿下向分期延伸开采节能降耗系统优化实践

王革奇

（铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿）

安庆铜矿于1991年投料试车，原有风机、水泵200余台，装机容量4万余kW；矿山实际用电容量1.5万kW，生产矿石综合电耗约为90 kW·h/t。其中，矿井提升系统为8 kW·h/t，运输系统为1.6 kW·h/t，通风系统为6 kW·h/t，压风系统为15 kW·h/t，选矿系统为37 kW·h/t，排水系统16 kW·h/t。风机、水泵类负荷用电比例占总用电量75%以上。2014年延伸至-900 m开采后，-580 m以下矿石需要通过-510 m盲主井提升至-580 m，再通过主井提升至地表，同时增加了排水、通风、压风等设备设施，而且深部资源品位低，矿山生产经营面临着巨大的压力，处于临近亏损状态。为此，需要对矿山采选系统能源消耗进行优化改造，稳定生产，提高经济效益。

1 存在问题

原有生产系统和用能设备等存在不合理状况，主要表现为以下几点。

（1）供配电系统为20世纪80年代产品，能耗高，维护费用高，安全可靠性低，急需改造。

（2）供风系统设备老化，效率低。且随着生产重心的转移，设备布置不合理性逐步显现，风能损耗高。

（3）通风系统设备老化，效率低，且不能根据井下作业时间实时调整，风机全速运行，造成风能浪费。

（4）提升系统设备老化，提升能力不足。

（5）选矿系统破碎、球磨设备等为20世纪80年代产品，设备老化，耗能高。

（6）给排水存在大马拉小车情况，水泵不能在额定状态或合理工况下运行，排水系统布局不合理之处较多，井下排水与地表储水及排水设施配套不合理。

（7）在各生产环节中，存在非节能型电动机与变压器。

2 系统优化原则

矿山经过20多年的开采，面对出现的问题，从2014年开始，不断进行优化采选系统与装备升级改造，实行节能降耗，为矿山持续发展提供强有力的支撑。

2.1 能源分级管理

工艺上选矿多碎少磨，井下排水多堵少排；设备上淘汰高能耗设备，通风与泵类采用变频控制；管理上勤堵多疏，错峰生产，井下排水、压风、主井提升、碎矿等低谷用电段多生产。同时借助能源管理中心的平台，将主要能耗设备接入能管系统，实时在线监控各车间、各生产工序的能耗状况，为能源计划管理、能源实绩分析、能效对标管理、能源统计分析、能源流向分析、能源预测分析、能源网络优化、能源平衡优化等提供考核与决策依据。

2.2 矿山能源的循环利用

矿山生产要将井下水排至地表，同时井下与地表生产又要用水。针对不同涌水与水质情况分别处理，将-60 m中段以上清水通过泵房无人值守系统排至地表供选矿使用；将-280 m中段清水通过虹吸现象供井下生产使用；将-900 m中段浑水排至地表万吨级水池，过滤后供选矿使用；选矿生产的回水也排至万吨级水池过滤，实现水循环利用。

矿山压风系统既是高耗能装备，同时产生大量热能。将热能余热回收，供矿山职工三班制洗澡使用，既节约了能源，又实现了矿山无煤化生产。

矿山尾矿中还有再回收价值，建立了尾矿综合资源利用系统，在尾矿中提取高硫低品位铁精矿作为选煤重介质使用，同时回收部分低品位铜，每年创效益5 000万元以上。

3 主要做法

3.1 矿山节能降耗技术

针对矿山延伸开采生产中的节能降耗技术难题，矿山与高等院校和科研单位进行联合攻关。其中，深井复杂通风系统优化技术研究项目采用矿用空气幕引射风流装置等技术，进一步提高了通风质量，降低了能源消耗。深部防治水工程项目有效治理了深部涌水，节约了排水费用。选矿磨浮系统自动化项目进一步稳定了生产，优化了选矿经济技术指标。碎矿系统改造项目实现了多碎少磨，极大降低了选矿用电单耗。

3.1.1 深井排水泵房无人值守自动化系统［1］

矿山延伸开采前，井下有-10，-280，-400，-580，-640 m共5个排水泵房，每天排水约为1万多m³。延伸至-900 m后，将泵房优化为-60，-400，-580，-900 m共4个泵房。将-60，-400，-580 m泵房改造为无人值守自动化控制，设定安全水位后，水泵均在用电低谷与平时时段运行。-900 m泵房采用先进节能的自平衡型多级离心泵，同时安装国内首台千米深井2DGN型油隔离泥浆泵，解决了水仓清理工作。与此同时，将-60 m中段以上清水排至地表直接供选矿使用，将-280 m中段清水通过虹吸现象供井下生产使用，将-900 m中段浑水排至地表万吨级水池，过滤后供选矿用水，选矿生产的回水也排至万吨级水池过滤，实现水循环利用。每年节约电费200万元以上。

3.1.2 最优矿石粗、中、细破碎系统［2］

矿山原有破碎系统采用传统的三段闭路碎矿、一段磨矿、螺旋分级、最后浮选的常规选矿工艺流程。将粗碎设置在井下，采用2台低矮式破碎机，配有链板机。矿石粗破后，由箕斗提升至地表，进入粗矿仓。矿石由粗矿仓通过下料口到皮带给料机，再到中碎前预先筛分机。

矿山生产过程中，一是由于矿石复杂多变，且铁器较多，分拣漏掉铁器经常会进入中、细破碎设备等，造成设备严重老化，破碎机处理能力严重下降。每班生产7～8 h，依然很难满足生产要求。二是近几年来，-580 m以上井下回采矿柱量逐年增加，矿柱回采过程中尾砂混入，原矿含泥沙量增多。同时，2#矿体矿石回采过程中，矽卡岩中的蛇纹石、绿泥石遇水泥化，黏性较强。由于以上原因，经常发生矿仓、漏斗、振动筛和破碎腔等的堵塞现象，碎矿流程不再畅通，严重影响到破碎筛分作业的正常生产。三是-616 m装有2台低矮式破碎机，矿山延伸开采后，-922 m设计1台破碎机，提升至-580 m后，需要再次经过粗破，既浪费能源，又增加备件成本。

与研究院合作，完成了安庆铜矿破碎系统技术改造，在不改变粗碎前、细碎后原工艺的基础上，建立破碎系统模型，优化破碎参数，具体改造方案：拆除-616 m的1台低矮式破碎机，改为成品矿仓直通；在-616，-922 m各装1台C110型鄂式破碎机，选矿中碎采用HP300型破碎机替代现有圆锥破碎机，细碎采用2台HP200型破碎机替代现有3台国产破碎机，对振动筛、电气系统作相应局部改造。改造后效果：一是破碎系统开车时间每班次由原来7～8 h缩短为4～5 h，节约了能源；二是细碎后由原来的14 mm变为10 mm左右，充分发挥以碎代磨，在处理量不变的情况下，选矿3号球磨机可少开动，进一步节约了能源。选矿用电单耗由37（kW·h）/t降到目前24.13（kW·h）/t。

与此同时，采用KQ型料仓堵塞治理清仓系统，对粉矿仓进行清理［3］，确保粉矿仓有效储存，为碎矿系统避峰就谷运行提供了有力保障。

3.1.3 深井复杂通风系统优化技术应用

目前开采有10个中段，深井通风尤其复杂。与高校合作，开展了多方面的研究：一是矿井通风系统三维仿真软件开发与应用，解决了复杂通风系统三维仿真与优化软件通用性的关键技术；二是矿井硐室型风流调控理论技术的研究应用，解决了大断面运输巷道不掘绕道设置风机机站的关键技术；三是高效湿式旋流除尘装备开发与研究应用，解决了湿式除尘器除尘效率低的关键技术，进一步降低了能源消耗。

3.2 科学组织生产

3.2.1 合理组织生产

矿山多中段、多采场生产，各个采场矿石品位相差很大，既要满足矿山处理量、产品产量，又要满足井下采、掘、充平衡。按照用电避峰就谷原则、能源循环利用的理念，合理组织生产。

（1）合理配矿，稳定生产。在保证矿山处理量、产品产量基础上，合理布置各采场出矿量，精细到每个小班，避免生产波动，带来能源消耗波动。

（2）调整井下掘进作业时间。掘进需要大量压风，正常作业需要380 m³/min。掘进安排在用电平谷时段与用电低谷段时间作业，每年可节约电费100万元以上。

（3）合理安排主井提升与选矿碎矿系统衔接。在早班用电低谷时段，主井与碎矿全时段运行。

（4）西风井通风机安装变频装置。矿山检修、井下交接班等井下作业减少时，在满足通风的基础上，通过变频调节，减少风机用电。

（5）优化副井乘罐制度。17～22点不开机，井下乘罐人员较少时不开机等，减少副井用电。

（6）提高井下电机车运输装载率，减少运输用电。

3.2.2 堵疏结合

矿山延伸至千米后井下正常涌水12 000 m³/d，突发涌水26 000 m³/d。为减少井下排水费用，采取了堵、疏多种措施。

（1）加强井下防治水。矿山涌水量较大，坚持有水必探、有水必治、堵疏结合。采用注浆方式，治理多处涌水。

（2）加强井口治理。对主井扣、副井口、斜坡道口周围进行清理疏通，建立合理排水系统，防止雨水倒灌。

通过一系列治理，井下涌水减少到8 000 m³/d以下，减少了排水费用。

3.3 大力推进节能降耗工作

2014—2019年累计完成技术改造项目100余项，其中节能降耗的项目有供配电系统改造工程、压风系统改造工程、通风机改造工程、提升系统改造工程、选矿系统改造工程、高能耗电机与变压器改造等，改造后每年可产生3 000万元的经济收益。

（1）供配电系统改造工程。针对原供配电系统6 kV及0.4 kV电缆基本上为铝芯电缆、无功补偿设备电容器老化、总降压变电所继电保护常规继电稳定性与精度差、供配电系统负荷控制和监测技术手段落后等问题，通过6 kV/0.4 kV铝芯电缆改为铜芯阻燃电缆、GK-1型无功补偿装置改为TDWK6-3600/3型与部分就地补偿结合、添加电力负荷监控装置等改造措施，实现了供配电系统的稳定，降低了供配电系统自身的能耗。

（2）压风系统改造工程。改造前原供风系统为地面站全矿集中供风，安装5台大型空压机及其附属设备，其中有4台国产和1台进口的空压机，额定功率均为540 kW。原供风系统存在设备均为高能耗设备，设备运行效率低、能耗高，装机容量大，存在严重大马拉小车现象，能耗浪费严重；随着井下作业战线拉长，压风输送管线增长，沿程阻力损失大，井下用风点的增加使用风时间不一致，集中供风制经常不能满足生产用风调节要求，严重浪费能源。改造主要措施：采用螺杆空压机替代原活塞式空压机、改集中供风制为移动分散型压风供风制或采用集中供风与就地供风相结合，对分散作业地点采用移动分散供风，对集中用风中段，采用就近集中供风；对井下装载系统、放矿闸门、给矿闸门尽量采用电液推杆闸门，不用风动闸门；其它使用压风为动力源的场所尽量直接用电力驱动，避免二次能量转换造成能源损失；对供风管网进行合理布置，减少管网损失，便于加强用风管理；添加风机的自动化在线监控装置，使风机的运行状态实时得以监控调控。矿山压风系统同时产生大量热能，增加了余热回收装置，供矿山澡堂使用。改造后每年减少用电100余万kW·h。

（3）通风机改造工程。改造前通风系统的总出口主风机是沈阳鼓风机厂生产的ZK60-4No28型矿用轴流风机，电机功率800 kW，于1992年正式投入使用，至今已用20 a，该机噪音大，电机效率低下。改造为高效节能型新风机，新的对旋式轴流通风机采用双电机和双主扇，效率高，电机消耗功率小，抽风量相当，新风机的总功率为2×315 kW。改造后可节省12.5%的能耗。

（4）井下运输及提升系统优化节能改造。改造前井下-580 m以下矿石通过汽车运输至-570 m，再由-580 m电机车运输至主井提升，能耗高，运输成本大，对井下造成较为严重环境污染。在-510 m建设1套盲主井提升系统，由汽车运输改为盲井提升，降低了能源消耗。并在-580 m建设了自动化电机车运输系统，提高了电机车装载率，避免了矿废石混装。

（5）选矿系统改造。选矿磨矿系统原有一段磨矿球磨机3台：2台MQG3245型和1台MQY2736型球磨机，日处理能力约为3 500 t。铁精矿再磨1台MQY2736型球磨机，铜精矿再磨1台MQY2136型球磨机。以上球磨机主轴承都是滑动轴承（球面瓦），摩擦阻力大，能耗高，摩擦功耗约占球磨机电机功率的17%～23%。磨矿系统能耗较高，入磨粒度为16 mm，因此在生产初期，安庆铜矿磨矿系统的处理能力只有3 000 t/d，无法达到3 500 t/d的设计能力。为此，矿山在1#、2#2台ϕ3200×4500型格子球磨机的基础上，于1997年又增加了3#ϕ2700×3600型溢流型球磨机。3#ϕ2700×3600型球磨机的装机功率为455 kW，每年增加电耗370 kW。同时，由于入磨粒度大，钢球消耗也有很大增加。为此，将5台球磨机的滑动轴承改为滚动轴承，球磨机锰钢衬板改为合金衬板，增加了磨矿自动化控制系统。原铁精矿脱水设备为3台ZPG-72型盘式过滤机，配备2台185 kW水环真空泵，铜精砂脱水设备为3台GD-20型折带式过滤机，同样也配备2台185 kW水环真空泵。以上设备能耗高，效率低。为此，拆除原有6台过滤机，安装2台TT-80型陶瓷过滤机［4］作为铁精砂脱水设备（1开1备用）。安装2台TT-30型陶瓷过滤机作为铜精砂脱水设备（1开1备用），共淘汰4台185 kW水环式真空泵。改造后，不但稳定了生产，提高了选矿经济技术指标，减少精矿损失，而且选矿用电单耗进一步下降。

（6）高能耗电机与变压器改造。首先对全矿用电设备进行检测，根据《用电设备检测报告》，逐步淘汰了高能耗电机、变压器，大马拉小车现象电机。大力推进永磁电机的使用，目前已将重介质球磨机、5号铜再磨球磨机、8 m³浮选机、尾矿输送砂泵等全部改为永磁电机。例如，重介质球磨机通过永磁电机改造，经过能源公司检测，节电达27.5%。

3.4 绿色矿山建设

按照《有色金属行业绿色矿山建设规范》（DZ/T 0320—2018），在矿山生产全过程中，实施科学有序开采，对矿区及周边生态环境扰动控制在可控制范围内，实现环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、管理信息数字化和矿区社区和谐化的矿山。

（1）重介质脱水改造。近年来，随着安庆铜矿下向分期延伸开采矿体的变化，矿石性质也发生变化，矿石中硫矿物逐步以具有磁性的磁黄铁矿为主。为保证选矿厂铁精矿产品品位，降低铁精矿含硫，大选厂一方面强化磁精矿脱硫效果，一方面改进选矿流程，以达到降低铁精矿含硫品位的效果。而大选厂产出的大量脱硫泡沫等磁黄铁矿产品进入重介质厂回收，造成高硫超细铁产品精矿（重介质）产量大幅度增加。

针对年产量8万余吨浓度低于30%、粒度-20μm达31.29%以上、含硫达12%以上、黏度大的高硫超细铁精矿［5］，采用磁化脱水工艺与高分子过滤板式陶瓷过滤机进行脱水，产品水份由原来20%以上降低到12%以下，达到减少产品流失、降低环境污染、便于储存与运输，增加矿山了经济效益与社会效益。

（2）推广绿色照明。矿山车间厂房、井下巷道、矿区道路、办公场所原采用的是白炽灯与荧光灯照明，年总耗电量300 kW·h。将照明用具全部改为LED照明，进一步节约电费。

（3）破碎锤使用。矿山采掘过程中易出现大块，一般需要二次爆破处理。与厂家合作，利用一台报废的铲运机，改为移动破碎锤，进一步降低了炸药使用，提高了安全，减少了排放。

4 实施效果

矿山下向分期延伸开采后，通过系统优化，矿山生产稳定，产品产量、经济技术指标趋好。由于矿山-580 m以下东马鞍山矿体铜、铁品位降低，但是矿山通过调整采场、合理配矿等措施，加强“挖潜降耗、节能减排”工作，稳定了生产。矿山延伸至-900 m后，根据原设计采矿用电单耗43.5（kW·h）/t，选矿单耗为37（kW·h）/t。通过采选系统优化，到2019年底，采矿用电单耗降到23.65（kW·h）/t，选矿单耗降到24.13（kW·h）/t，节能降耗效果明显。矿山从-580 m延伸到-900 m，增加了排水系统、通风系统、提升系统、压风系统等设备设施，在矿山处理量115.5万t/a不变的情况下，总用电量不但没有增加，反而比以前减少，呈逐年递减，节能降耗取得明显效益，生产成本进一步下降。根据现有探明储量，矿山还有30余年的开采期限，为矿山持续发展奠定了基础。

5 结 语

安庆铜矿通过近几年的不断优化改造，在经济效益、社会效益方面均取得较好的成效。经过广州赛宝认证中心服务有限公司节能审核，2014—2020年，实际节约电量3 313.57万（kW·h）/a，节水90万t/a，节约燃油680 t/a；节约设备维修费用500万元/a；各项累计年增加经济效益3 000万元。通过系统优化，稳定了矿山供电系统，改善了矿山通风系统，保障了矿山压风系统，提高了矿山提升系统效率，降低了矿山井下排水量，优化了矿山选矿系统经济技术指标，美化了矿山与周边社区的环境。安庆铜矿获得绿色矿山称号。