厂坝铅锌矿改扩建开拓方案的选择及设计

朱文志,张军奎,刘志强

(兰州有色冶金设计研究院有限公司， 甘肃 兰州 730000)

0 概 述

厂坝铅锌矿是白银有色集团主要的铅锌原料基地，属大型铅锌采选联合矿山企业。厂坝矿、李家沟矿通过几年的开发建设，基本形成井下150万t/a生产能力。甘肃小厂坝铅锌开发有限责任公司是联合体企业。本次对厂坝、李家沟和小厂坝3个矿区进行整合改扩建，扩建规模为300万t/a。

1 开拓系统现状

现有开拓系统包括厂坝采区盲竖井、李家沟采区盲主副井、小厂坝采区盲竖井，厂坝1202 m主平硐、小厂坝1138 m主平硐，厂坝、李家沟3#、4#、5#、6#斜井等。3个矿区都有现有各自相对独立的开拓系统，为了不影响矿山正常生产，在充分利用现有开拓工程的基础上，按整合后300万t/a生产规模进行此次开拓方案比选。

2 开拓运输系统的选择

按尽量不影响现有生产，基建工程量省、经营费低、管理方便等原则及矿山现状，技术上可行的开拓方案主要有：

方案Ⅰ：平硐溜井+辅助竖井(已有)+胶带斜井开拓方案；

方案Ⅱ：平硐溜井+辅助竖井(已有)+箕斗主井开拓方案；

两种开拓方案其它项一样，只比较胶带斜井和箕斗主井方案的优劣(投资和经营费等)。

2.1 胶带斜井基本参数计算

带式输送机与其它运输设备相比较，有其明显的优势，如输送能力大、操作简单、输运成本低等，另外其爬坡能力大，缩短了运输距离、减少了基建工程量、缩短了基建周期、减少噪音和污染。

带式输送机的计算基本参数为：

(1) 运输物料为铅锌矿，300万t/a，9090 t/d，606 t/h；物料最大块度200 mm，松散容重γ=1.6 t/m3，动堆积角ρ动=20°～25°，有磨损性；输送垂直距离487 m(722～1209 m)，胶带倾角14°04′23″，胶带倾斜距离1933.5 m；工作制度为330 d/a、3班/d、5h/班，服务年限22 a。带速和运送物料的性质、块度、输送带宽度和输送机倾角有关，根据带速选择的原则和结合厂坝矿自身特点，选择带速v=2.5 m/s。

(2) 小时运输量Q的计算。

式中：A—年输送量，t/h。C—给料不均系数，有储仓时C=1.1～1.2，无储仓时C=1.2。Th—年工作小时数，一般在4500～5500 h。

(3) 带宽B的计算。

式中：Q—小时运送量，t/h；

k断=断面系数；

kv=速度系数；

kb=倾角系数；

r=物料的松散容重。

由于考虑诸多不确定因素，因此，本次选择胶带带宽B=1000 mm。

(4) 水平运输量的确定。运输量Q0是按照物料在水平布置的输送带上所形成的动堆积角ρ动、带宽B、带速v及槽角α槽等条件得出的理论计算值。经查表，在该特定条件下，Q0=1017 m3/h。当输送机为倾斜输送时，输送量应相应减小，输送量Q=kbQ0=0.9*1017 m3/h=915 m3/h。

(5) 功率简单计算。驱动滚筒轴功率N0按下式计算：

N0=(k1Lhv+k2LhQ+0.00273QH)>k3k4

=(0.0229×1876×2.5+10.89×10-5*1876*690+)>

(0.00273×690×487×1.14×1.0)>

=1328 kw

电动机功率N=K*N0=1.2×1328 kW=1595 kW

式中：N0—驱动滚筒轴功率，kW；

Lh—输送机水平投影长度，m；

H—输送机垂直提升高度，m；

k1—空载运行功率系数；

k2—物料水平运行功率系数；

k3—附加功率系数；

k4—卸料车功率系数。

(6) 单位电耗的计算。带式输送机的单位电耗：

式中：a—单位电耗，kW·h/(t·km)；

n1—电动机效率，%；

n2—电力网络效，%；

2.2 箕斗主井的计算

(1) 小时提升量。在选择箕斗提升容器之前，需先计算小时提升量：

式中：As——小时提升量，t/h；

C——不均衡系数，取1.15；

An—年产矿石量，t/a；

tr—年工作天数；

ts—每日工作数。

(2) 箕斗的选择。单箕斗提升时一次提升量：

箕斗容器的小时提升量：

式中：H—最大提升高度，m；

u—箕斗在卸载曲轨处低速爬行的附加时间；

ρs—矿石松散容重，t/m3；

Cm—箕斗装满系数；

K1—系数，K1=2.7～3.7；

θ—箕斗装满停歇时间；

Q'—箕斗提升时一次提升量，t；

(3) 钢丝绳的选择。当所有提升钢丝绳每米质量与所有平衡绳每米质量相等时，提升钢丝绳根数为n，则每根提升钢丝绳每米质量：

式中：p'—提升钢丝绳每米质量，kg/m；

Qd—提升钢丝绳终端负荷的质量，kg；

Q—有效装载量，kg；

Qr—提升钢丝绳质量，kg；

n—提升钢丝绳根数；

δ—提升钢丝绳抗拉强度；

ρ0—钢丝绳密度；

g—质量加速度；

H0—钢丝绳悬垂长度，m；

H—提升高度，m；

Hf—井架高度，m；

Hw—最低阶段到尾绳环底端的高度，m；

m—钢丝绳安全系数；

QP—根标准钢丝绳所有钢丝破断力之和，N；

p—根标准钢丝绳每米质量，kg/m

根据以上计算，选择标准钢丝绳，p=6.88 kg/m，安全系数计算：

(4) 钢丝绳作用在主导轮上的最大静张力差计算:

S0=(S1-S2)>g
S1=npH0+Q1+Q+m1
=4×6.88×580+30000+32600=78562(kg)
S2=n'qH0+Qc+m2
=2×6.88×580+30000=37981(kg)
S0=(S1-S2)>g
=(78562-37981)×9.8=397694 N

(5) 电动机的功率计算：

式中：N'—电动机功率，kW；

K—提升阻力系数，K=1.1～1.2；

η—传动效率；

ρ—动力系数；

v—提升最大速度。

(6) 单位电耗的计算：

式中：Wt—每吨提升量的电耗，kW·h/t；

1.05为提升附属设备耗电系数。

2.3 两方案比较

根据以上计算，结合矿山实际，按可比因素，两方案技术经济比较见表1。

比较结果表明，无论基建投资还是年经营费胶带斜井方案明显占优势，且该方案对矿山现有生产影响最小，便于管理，故本次设计推荐采用方案Ⅰ：平硐溜井+辅助竖井(已有)+辅助斜坡道+胶带斜井开拓方案。

表1 开拓方案技术经济比较

2.4 推荐的胶带斜井方案简述

采选扩能工程达产后，胶带斜井担负全部300万t/a的矿石运输任务。胶带斜井井口位于大王沟沟口东侧山坡坡脚，场地标高为1206.00 m，硐口Z=1209.00 m，装矿设在724.30 m；胶带斜井倾角为14°04′23″，胶带斜井巷道宽4.0 m，高3.133 m，净断面11.05 m2，掘进断面为12.86 m2，斜长1933.50 m。除硐口30 m采用整体钢筋混凝土400 mm支护，其余部分一般均采用喷射混凝土120 mm支护，部分不稳定地段采用喷锚网支护。

胶带斜井中设检修通道，配置检修索道设施，便于检修人员上下及检修器材运输。索道运行速度1.1 m/s，电机功率55 kW。检修索道驱动站设在胶带驱动站下层，尾部拉紧设在井下722 m水平；并与722 m中段巷道联通，可作为722中段的一个安全出口。

3 结 论

胶带运输方式在国内外大型露天矿应用比较广泛，随着其运输能力大、管理方便等优越性的发展，近十年在大型地下矿山也逐渐得到了广泛的应用。厂坝矿为多年的老矿山，所以在方案选择上，所选的开拓运输方式要尽量不影响现有矿山的正常生产，推荐的胶带斜井方案对现有矿山生产影响最小，保证了矿山的正常运行。

参考文献：

[1]北京有色冶金设计研究总院.采矿设计手册(井巷工程卷)[M].北京:中国建筑工业出版社，1989.

[2]袁吉余.李家沟矿开拓系统的优化调整[J].中国有色冶金(采矿与选矿)，2004(4):46-49.

[3]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京：冶金工业出版社，1992.

[4]赵永峰.深部铜矿二期系统存在的问题及优化调整[J].采矿技术，2013,13(4).

[5]白 霄,申斌学.榆家梁煤矿主斜井带式输送机设计优化与创新[J].煤矿机械,2002(7).