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半连续露天采矿工艺
发布时间：2013-07-20 15:10 来源：未知
1、简述
目前，发达国家已经采用汽车一半移动破碎机一胶带运输机的半连续开采工艺。这种工艺技术含量高，既可发挥汽车运输机动灵活、适应性强、短途运输经济、有利于强化开采的长处，又可以发挥带式输送机运输的能力大、爬坡能力强、运营费用低的优势，两者联合可以达到最佳的经济效益。
对于半连续开采工艺而言．破碎站的选择是非常关键的一环，它是将大块坚硬的物料破碎处理成为适于带式输送机输送的物料，是接受间断工艺单斗装卸卡车卸载的大块物料和联结连续工艺的关键设备。如何选择合适的破碎站成为正准备采用半连续开采工艺的矿山企业所面临的一个重要问题。同时，随着采场的逐渐加深，带式输送机的长度不断增加，如何布置才能最大限度节约能耗？由此引来的带式输送机的设计、管理和使用方面的一系列问题．也会摆在设计单位和矿山企业决策者的面前。
如今，部分水泥矿山正在或行将进入露天凹陷开采阶段，正面临着生产成本加大，生产工艺急需改进的问题，而采用汽车一半移动破碎机一胶带运输机的半连续开采工艺无疑是一种行之有效的采矿工艺系统。为了进一步在国内的露天矿山，特别是在水泥矿山推广先进节能的半连续开采工艺，《矿业装备》杂志社与中国冶金矿出企业协会矿山设备委员会、中国水泥协会矿山专业委员会于2008年7月16—18日在河北唐山迁安市共同举办了首届半连续开采工艺节能技术现场交流会。来自冶金、有色金属、煤炭、水泥建材和非金属矿等行业的矿山企业、设计院所及相关设备制造厂商的代表近80人参加了此次会议。
作为国内最早应用汽车一半移动破碎机一胶带运输机半连续开采工艺的冶金矿山企业之一，首钢水厂铁矿在节能增效方面走在了行业的前列，被评为第二届全国冶金矿山“十佳厂矿”，这也是本次会议最终选址河北迁安的原因所在。通过应用德国蒂森克虏伯公司的半移动破碎站、1套矿石运输系统和2套岩石运输系统，水厂铁矿的采矿工艺水平得到了进一步提升，原有的矿车出采场直接排往最终卸载点的运输方式成为了历史。经测算，矿岩通过胶带运输与矿车直接运输排放相比，每吨可降低综合物耗成本1.04元．年创经济效益5 700万元，在开采深度逐年增加的情况下，首钢水厂铁矿矿石生产制造成本由2001年的每吨54.2元，逐年下降，2007年达到每吨36.2元。同时，通过多年的应用，首钢矿业公司也摸索出一套独特的胶带管理经验，并在行业内率先开展了数字化矿山的应用。
此次交流会期间，围绕着如何节能降耗的主题．与会嘉宾进行了精彩的发言�；嵋橛芍泄苯鹂笊狡笠敌峥笊缴璞肝被崦岢ぶ茉俦蛑鞒郑杂澜艹Ｎ窀被岢ぶ驴淮剩菏赘挚笠倒靖弊芫硇炀昂Ｖ禄队�。随后，中煤国际工程集团沈阳设计研究院的阎发尧高工介绍了水厂铁矿东部排岩和矿石系统的设计心得：水厂铁矿的冯增敏矿长助理介绍了水厂铁矿半连续开采工艺的实际应用情况：首钢矿业公司企管处的郝壮处长做了“胶带管理创一流”汇报：首钢矿业公司计控室的张立成主任介绍了露天采矿矿车GPS自动调度及数字化矿山；蒂森克虏伯散料技术设备贸易（北京）有限公司售后服务部总经理张宝珂介绍了装有旋回破碎机的半移动破碎站及蒂森克虏伯公司情况：北京雨润华科技开发有限公司的孙明昭董事长介绍了神效托辊与节能降耗的新一一代带式输送机。此外，与会代表还参观了首钢矿业公司水厂铁矿的半移动破碎站、胶带输送机、排土机等半连续工艺设备的实际运行情况，并在现场观看了首钢矿业公司机械厂和首钢重型汽车制造有限公司最新研发的牙轮钻机及170t电动轮卡车的演示，探讨交流了相关的技术和经验。
此次技术交流会的时间虽然短暂，但是会议取得的效果非常好。中国水泥协会矿山专业委员会唐光荣秘书长表示．在国家提倡节能减排的背景下，半连续工艺中采用的移动式破碎站和胶带运输机都可以发挥最大的节能效果．此次会议就此进行了深入的探讨，取得了可喜的成果。同时，首钢矿业公司实施的数字化矿山战略更是给广大的水泥矿山企业以启迪，今后水泥企业也要向节能型矿山、和谐矿山和数字化矿山发展。
2、从水厂铁矿东部排岩和矿石系统的设计看半连续开采工艺的应用
2000年．首钢矿业公司为满足实际生产发展的需要．决定建设水厂铁矿东部排岩系统和矿石系统。中煤国际工程集团沈阳设计研究院在设计招投标中，以设计方案和设备选型上立足创新，技术上先进适用可靠、经济上合理的优势，评标分数遥遥领先，以绝对优势而中标，承担并完成了该项目的工程设计。
水厂铁矿东部排岩系统和矿石系统为技术改造项目，均采用半连续开采工艺。破碎站均设在露天坑内，并随着采掘工作面的推进，不断地向露天坑深部延伸搬迁移设，减少卡车运距，进一步节约生产作业成本，提高经济效益。特别是在目前油价不断上涨的情况下，经济效益将更为显著。
2.1 系统主要组成及功能
该工程设计主要由东部排岩系统和矿石系统2部分组成，分别破碎输送剥离物（主要是岩石）和矿石。根据工程的建设特点，采用分期建设的原则。前期工程一次建成，后期陆续投入。
东部排岩系统的设计规模为年剥离物料2 100万t．系统处理能力为4 500t/h。东部排岩系统主要由半固定式（可移式）破碎站、带式输送机系统和排土机组成。与单斗挖堀机和自卸卡车一起构成半连续开采工艺系统。在露天坑内，采剥后的剥离物由自卸卡车运至破碎站，经破碎站破碎后的剥离物，通过带式输送机系统输送到露天矿外排士场，由排土机排到排土场。
矿石系统的设计规模为年处理矿石l 400万t，系统处理能力为3 000t/h�？笫低持饕砂牍潭ㄊ狡扑檎�、带式输送机系统组成。与单斗挖堀机和自卸卡车一起构成半连续开采工艺系统。在露天坑内，采剥后的矿石由自卸卡车运至破碎站，经破碎站破碎后的矿石．通过带式输送机系统输送往选矿厂。
2.2主要技术性能和特点
本次设计在半固定式和移动式带式输送机中采用鼠笼电动机驱动和液压自动拉紧装置，改变了目前国内外均采用绕线电动机驱动和电动固定绞车拉紧方式的一贯做法，控制简单，运行可靠，改善输送带的运行条件．进一步降低了投资，实践证明使用效果十分理想．在国内外尚属首次。电动固定绞车拉紧，会使输送带始终工作在高张力状态，而采用液压自动拉紧，输送带始终工作在低张力状态，有时输送带还会降低1到2级，同时可降低主要部件的规格。由此可见．采用液压自动拉紧无论从技术上还是经济上都是十分优越的。
本次设计带式输送机采用软超动装置CST，以改善和提高其起动性能。软起动装置能控制起动时间，使带式输送机有足够的起动时间并具有合适的起动曲线．设备价格虽然较高，但具有可以降低输送带张力的带强的优势。驱动方式的选择是关系到整机性能和经济上是否合理的重要问题。通过技术上和经济上的全面分析比较，在合适的技术条件下．带式输送机采用CST软起动装置，同时保证技术和经济上的合理性。
同时．采用了自动拉紧装置的设计，既可以降低输送带带强．维持软起动启动时选择输送带的带强不变．又可以保证带式输送机具有良好的起制动特性．有效改善了在制动状态下采用CST的带式输送机特性。
在提升高度大、输送量大的带式输送机上，采用低速逆止器、加制动器辅助制动的方式，防止带式输送机逆转的设计理念，大大提高了带式输送机工作的可靠性和安全性。
设计采用了注油托辊，减少了设备检修维护工作量，降低生产作业成本。注油托辊采用了滚锥轴承结构，润滑效果好、加工精度高，托辊寿命可达50 000h以上，比非注油托辊使用寿命至少提高20000h。且运行阻力也较低。矿石系统的带式输送机已运行5年多的时间，实践证明使用效果良好。
设计时还优化了带式输送机的结构形式，设备比初始设计的重量减少1399,07t。通过选择合理的参数，使其更加接近实际，与修改设计相比，整个系统减少驱动功率2850kW．技术经济效益十分显著。经生产实践证明，整套系统运行后经济效益显著。
2.3技术经济分析
水厂铁矿东部排岩系统和矿石系统扩建工程的几种方案固定资产投资概算见表l。
半连续开采工艺就是充分利用连续开采工艺连续输送物料的优越性能．采用带式输送机连续输送物料，最大限度地减少自卸卡车运距，使自卸卡车始终保持在经济合理的运距内进行生产作业，同时也可以发挥自卸卡车机动性强、开采强度大和适应性强的优势。它可实现连续输送物料、自动化程度高、以电代油的生产作业。
与自卸卡车相比，带式输送机输送系统效率高，
维护检修简单而工作量小、故障率低、运营成本低。水厂铁矿半连续开采工艺的生产实践，完全可以证明和体现出上述的特点和优势。国内外大量应用实例也表明．半连续开采工艺是当今世界露天开采工艺技术（金属、水泥和煤炭等）的最主要发展方向之一，社会效益和经济效益都十分显著。
还有一种半连续开采工艺．与上述半连续开采工艺有所不同，可以完全取消卡车运输物料的作业方式。单斗挖掘机开采的物料，经可与单斗挖掘机同步行走作业的移动式破碎站破碎后．通过带式输送机系统实现连续输送处理物料。在国外中小型矿山已有实践应用，但大型矿山尚缺乏足够的使用经验。它必将是更为优越的一种矿山开采工艺技术，特别是在当前油价不断上涨的情况下，技术经济效益将更为显著。
在我国．露天煤矿在广泛地使用半连续开采工艺的基础上，已开始尝试上述半连续开采工艺。但是不同的开采工艺都具有不同的特点和适用条件．并不是所有的矿山都适合于采用半连续开采工艺，应针对矿山的实际开采条件和物料特性，选择确定合适的开采工艺。
在有条件的情况下．应优先考虑采用半连续开采工艺或连续开采工艺，以提高生产效率和经济效益。应加强连续开采工艺研究和实践，特别是对移动式破碎机关健设备研制的推广和应用．在不断完善和提高用于软、中硬物料的移动式破碎机基础上，研制用于破碎硬岩的移动式破碎机应该成为今后重点研究方向。
另外，根据目前的技术发展水平，带式输送机的软启动方式选择范围会更大，如：变频驱动、可控调速液力偶合器等。其中，变频驱动除具有良好的启动性能外，最主要的是具有结构紧凑、体积小、重量轻、可实现驱动装置的浮动支撑的特点．是适用于半固定式带式输送机和移动式带式输送机最理想的驱动方式。
3、半连续开采工艺在水厂铁矿的运用
首钢水厂铁矿半连续开采工艺由3条皮带运输系统组成，l条为矿石运输系统：汽车-，半移动破碎站一胶带运输机一选矿破碎流程。2条为岩石运输，分别为西部捧胶带排岩系统和东部胶带捧岩系统。
1998年5月正式交付生产运行的西排系统．由l座60x89型旋回式破碎站．3条固定式胶带机、l条移置机胶带、1条筑路式胶带机和电控系统组成(2003年正式完善，排岩机替代了临时使用的筑路机)。西排破碎站设在采场西部边缘的117m水平，整个胶带系统带宽l600mm．胶带总长度3 766m，设计年生产能力1 600万t。投产后通过积累经验、强化管理，实际生产能力逐年提高，2003年最高达到2 300万t，至2007年年底，该系统持续运行9年，累计完成排岩量1.66亿t。
2006年3月份投入生产运行的东部排岩系统，由l座蒂森克虏伯公司KB63-75型液压旋回半移动式破碎站、4条固定式胶带机、1条移置机胶带机和采用奥钢联公司生产的排土机组成。破碎站设在采场东部的-20m水平，系统带宽1600mm，设计年生产能力2 000万t．运行2年多来，已累计排岩达4 000万t。
2003年4月建成的矿石过渡胶带运输系统，当时破碎站翻卸平台设在北区+10m水平．2006年8月矿石胶带运输系统建成投产，破碎站翻卸平台设在-20m水平，由l座蒂森克虏伯公司KB63-75型液压旋回半移动式破碎站、2条固定式胶带机和电控系统组成．系统带宽1600mm,设计小时生产能力3 000t。2006年8月份，随着矿石胶带运输系统的正式启用，首钢水厂铁矿半连续开采工艺设计的3条胶带运输系统全面投入运行，形成了“一体两翼”的现代化露天矿山开采格局，采矿工艺承平得到了迸～步提升．矿车出采场直接排往最终卸载点的运输方式成为了历史。
3.1半连续开采工艺中新技术的开发与应用
首先是破碎站排料方式采用了胶带机排料方式。西排系统采用带宽3000mm，带厚50mm的钢蕊胶带，东排系统采用带宽2000mm，带厚30mm的钢芯胶带．矿石运输系统采用带宽2000mm，带厚3 500mm的尼龙胶带，3条胶带均为可调速胶带。破碎后采用胶带机排料方式与板式给料机排料的对比优势是：设备轻巧，占用空间小，安装维修方便，投资少且无需进口。
其次是西部排岩系统和矿石运输系统的胶带机驱动单元采用模块化设计思想，主要部件统一标准，从而简化了设计和设备制造，方便了日后的生产管理和检修维护。
第三是PLC光纤中央控制系统。为了提高系统的效率和设备�；ぃ韵低晨刂撇捎昧薖LC中央控制管理系统，达到了三级计算机管理和分级控制。在西排建成投产时．这一技术是首次应用于露天矿半连续大型胶带运输系统中。
最后是半移动式破碎站的选用。适应于采场空间的动态变化的趋势．东排系统和矿石破碎站选用了蒂森克虏伯公司KB63-75型液压旋回半移动式破碎机，翻卸平台目前在-20m水平，随着开采重心的下移，固定式胶带机和破碎站平台可向下进一步延伸。
3.2半连续开采工艺创造了巨大的经济效益
汽车一半移动式破碎机一胶带运输机的半连续开采工艺技术含量高，既可发挥汽车运输的机动灵活、适应性强、短途运输经济、有利于强化开采的长处．又可以发挥带式输送机运输能力大、爬坡能力强、运营费用低的优势，两者联合可以达到最佳经济效益。首钢水厂铁矿采用了半连续开采工艺后，运输成本大幅度降低，创造了巨大的经济效益。
3.3大幅度减少了矿车周转量
2001年，水厂铁矿开采重心为37.2m，采场开采重心以每年15m左右的速度下降．综合运距以每年0.25km左右的速度迅速增加。2006年，在开采重心达到一60m水平的情况下，综合运距为2.506km，比2001年的2.42km仪增长了0.086km。胶带运输的破碎翻卸平台向采场内进行延伸，综合运距不增加，每年减少矿车周转量1 300万t．km。通过采用汽车一半移动式破碎机一胶带运输机的半连续开采工艺，采场开采重心逐年降低后，平均运输距离没有增加，大幅度减少了矿车周转量。
3.4大幅降低了运营费用
水厂铁矿的3条胶带运输系统投入运行后，西排方向的汽车爬升高度降低了103m．东排方向高度降低200m．矿石运输方向高度降低134m。由于汽车爬升高度降低、平均运距缩短，经测算矿岩通过胶带运输与矿车直排运输相比，每吨可降低综合物耗成本1.04元，年创经济效益5 700万元，在开采深度逐年增加的情况下．首钢水厂铁矿矿石生产制造成本由2001年的54.2元，t逐年下降，2007年达到每吨36.2元。与工程投入运行前相比，水厂铁矿应用半连续开采工艺在降低运营费用上创造了可观的经济效益。
