國內某露天礦山排土工藝研究

張 偉，賀茂坤

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

1 前言

目前，我國很多大型露天礦山的開采方式由山坡開采轉入深凹開采，使得汽車運輸的距離加長，重載下坡運行變成重載上坡運行，運輸效率降低，運輸成本增加，導致生產成本急劇上升，經濟效益迅速下滑[1]。國內某露天礦山目前就面臨這樣的問題。

該礦露天坑內的廢石目前采用汽車運輸的方式運至露天坑東北部的排土場內。由于排土臺階高度不斷增加，露天坑內開采水平逐漸降低，導致汽車重載上坡運行，運輸距離不斷延長，從目前的開采水平到排土場的運距已達約4km。與此同時，由于征地困難，礦山只能考慮將排土場繼續向高向上發展以滿足廢石排棄的需要。汽車運輸成本的急劇上升，排土場征地困難等因素，要求礦山優化排土工藝以達到降低廢石運輸成本的目的。

本文以該露天礦山為背景，進行排土工藝的研究。

在露天礦山開采初期，排土場一般采用礦用自卸式汽車運輸、推土機推排的排土工藝，汽車排土場均為多階段覆蓋式平地排土場[2]。但是，隨著開采深度增加及排土場堆土標高的升高，單一的汽車運輸方式已經不能適應礦山日益變化的開采條件。采用高效的運輸系統，控制生產成本的增加，有利于保證礦山的正常生產和可持續性發展。汽車—膠帶半連續運輸的聯合運輸方式兼具汽車和膠帶輸送機的優勢，對大中型深凹露天礦山具有普遍適用性[3]。

由于露天開采方式產生的廢石塊度較大，為滿足膠帶運輸的要求，采場的廢石需由汽車運輸至破碎站破碎，

破碎后的廢石經膠帶輸送系統運至露天坑東北部的排土場。研究方案擬采用汽車—破碎—膠帶運輸的形式將廢石破碎后運至排土場，通過移動式膠帶機—排土設備進行堆排。對汽車—破碎—膠帶運輸系統進行合理的設備選型，對膠帶運輸線路合理規劃，是保證該系統高效運行，降低生產成本的關鍵因素，也是方案研究的重點內容。

2 廢石破碎站

為滿足膠帶運輸系統的要求，廢石塊度應不大于350mm，需在露天采場新建廢石破碎站。通過分析廢石臺階分布狀態及運輸距離，確定在-24m臺階東南側靠幫位置新建廢石固定式破碎站，可使采場內廢石運輸距離最近。

礦山目前常用的粗破碎機類型主要有顎式破碎機和旋回破碎機兩種，也有一些礦山采用對輥破碎機。對輥破碎機多用于破碎中等硬度以下的礦石和巖石，出料粒度小，主要應用于煤礦等軟巖破碎，不適用于此礦山。與旋回破碎機相比，顎式破碎機構造簡單，工作可靠，便于維護，價格較低，配置需要的高差??；而旋回破碎機生產能力大，可直接受料，無需專設粗礦倉和給礦設備，破碎比大。

根據破碎任務要求，可選擇配置1臺處理能力不小于2 300t/h的旋回破碎機或3臺處理能力為1 000t/h的顎式破碎機?？紤]該礦為露天礦山，具有廢石塊度較大、汽車直接給料等特點，宜采用旋回破碎機。

3 固定膠帶輸送系統

破碎后的廢石由膠帶運輸系統運至露天坑東北部的排土場進行堆排。對膠帶運輸線路進行合理規劃，有利于避免膠帶輸送機與汽車運輸道路的相互干涉，減少對采場正常生產秩序的影響，優化設計，減少初期投資，降低運營成本。

廢石破碎站設置在采場東南側-24m臺階，初步確定膠帶輸送機尾部標高為-57m。根據該礦山排土場現狀，初始排土臺階標高定在+220m，移動式膠帶機和排土設備的工作平臺設置在+200m標高。膠帶輸送機自采場東南側出，至排土場東南側止。

結合現場的實際情況，研究A、B、C 3個方案，以確定膠帶輸送機的合理運輸線路。方案A中，膠帶輸送機長度最短，采用一條膠帶輸送機即可將廢石由破碎站運至排土場+200m標高，上運，傾角11.93°，中間不需要轉運，但爬坡角度較大，且膠帶輸送機需要穿過老排土場；為避免膠帶輸送機穿越老排土場，方案B采用兩條膠帶輸送機接力運輸的布置方式；方案C為盡量避免膠帶輸送機對采場內運巖道路的影響，縮短采場內膠帶輸送機的長度，采用垂直采場道路方向的膠帶輸送機FBC1接FBC2轉運至排土場，但膠帶輸送機FBC2需穿過老排土場。

圖1為膠帶運輸線路布置方案的剖面圖，由圖1中可以看出，方案A和方案C膠帶輸送機均需穿過老排土場，將給膠帶斜井的掘進和支護帶來很大的困難，增加建設投資；方案A中膠帶輸送機FBC1離采場路面距離很近，與運巖道路相互影響。方案B中膠帶輸送機FBC1、FBC2接力運輸的方式可操作性強，安全保障性高，經研究認為宜選用方案B。

確定膠帶運輸線路后，根據廢石產量、作業時間等參數，可確定廢石破碎及膠帶運輸的生產能力，進行膠帶輸送機的選型計算。

4 移動式膠帶機和排土設備

4.1 排土設備的選擇

廢石經膠帶運輸系統運至排土場后，需要移動式膠帶機配合排土設備進行廢石的堆排。排土設備處于汽車—膠帶半連續運輸工藝的最后一個環節，在整個系統中起著至關重要的作用。

排土機作為移動式連續工作的排料設備，通過臂上的膠帶輸送機將來自移動式膠帶輸送機的物料排至料堆，相對于其他排土方法，生產能力大，一次排棄寬度大，輔助作業時間少，自動化程度高[4]，但其設備重量重，價格較貴，也會導致整套排土系統初期投資較高。而排料膠帶機則是一種簡易的排料設備，價格便宜，但臂長較短，運量較小，設備本身自動化程度不高，需增加人員和設備進行輔助工作。

選用排土機作為汽車—膠帶半連續運輸的末端設備更為合理。

4.2 排土參數的確定

排料能力和臂長是排土機選型的兩個主要參數。排土機的排料能力應根據運輸任務要求和排土機的工作效率確定。

圖1 膠帶運輸線路布置方案剖面圖

排土機排料臂長和受料臂長的選取，主要取決于排土工藝、排土方法，排土條帶寬度和排棄物料的物理性質等[5]。排土機是否考慮上排、上排段高及上排的排土條帶寬度、下排的排土條帶寬度等與排料臂長和受料臂長關系如下。

(1)上排段高H上：

H上=H底+L排sinα

(1)

式中：H底——排土機底盤高度，m；

L排——排料臂長度，m；

α——排料臂仰角，(°)。

(2)上排時排土條帶最大寬度W上排：

W上排=L受-2L排cosα+Dp

(2)

式中：L受——受料臂長度，m；

Dp——排土機行走機構到移動式膠帶機中心線的最小距離，m；

其他符號同前所述。

(3)下排時排土條帶最大寬度W下排：

(3)

式中：γ——排料臂與移動式膠帶機中心線的最小夾角，(°)；

v——排料臂臂上膠帶輸送機的運行速度，m/s；

h——排料臂端部到地面的高度，h≈H底，m；

g——重力加速度，m/s2；

其他符號同前所述。

根據廢石運輸任務要求和排土機的工作效率可以確定，排土機處理能力應不小于1 200m3/h。根據現場條件和工藝要求，確定下排段高為60m，上排段高為20m，選用排土機排料臂長和受料臂長均為50m，臂上的膠帶輸送機帶寬為1 200mm、帶速為4m/s。根據上述參數計算，移動式膠帶機每次移設形成的排土條帶寬度約為75m。

4.3 初始路堤的修筑

在移動式膠帶機—排土機運輸系統中，采用移動式膠帶機給排土機喂料，由排土機進行排土。在基建期，需提前修筑初始路堤，用于敷設移動式膠帶機。路堤寬度與移動式膠帶機寬度有關，膠帶機兩側應能行駛輔助車輛，并保證兩側車輛到邊坡的安全距離。初始路堤可由汽車排土堆筑，也可以由汽車堆筑部分路堤后，排土機自筑形成，以提高排土機的利用率。需要注意的是排土機自筑路堤時應考慮新排土區域的沉降速度，避免因推進速度過快而產生明顯的沉降現象，影響膠帶機的延伸和敷設。

4.4 排土方法的選擇

根據排土工作線在排土場內推進的形式以及單次排土形成的幾何形狀，移動式膠帶機—排土機運輸系統可采用的工作方法分為矩形排土方法、扇形排土方法和混合排土方法(矩形排土+扇形排土)。

采用矩形排土方法時，廢石由露天采場運輸至排土場后，經兩條移動式膠帶機轉運，給排土機喂料，形成以一條膠帶機長度為長邊、以排土機一次排土寬度(75m)為短邊的矩形排土條帶。

扇形排土方法則是以移動式膠帶機與上游膠帶機的轉載漏斗中心為圓心，以移動式膠帶機長度為半徑，進行順時針或逆時針旋轉，排土機沿著移動式膠帶機往復移動進行排土，所形成的排土帶近似扇形。

混合排土方法包含上述兩種排土方法。

與矩形排土方法比，扇形排土方法中，移動式膠帶機和排土機移設次數較多，每次移動的排土量是矩形排土方法的一半；但由于扇形排土方法不需要第二條延伸膠帶機，所以排土生產初期投資少[6]。無論采用何種排土方法，膠帶機兩次移設的間隔時間應不小于新排土區域所需的沉降時間，以便達到敷設移動式膠帶機的條件。若沉降時間不夠，還需采取措施，人工加速沉降。

因此，采用何種排土方法，除了與初始投資、排土場形狀有關外，與排土場大小也有很大關系。根據該礦山排土場情況，以扇形布置為宜。

4.5 擬選方案

根據上述研究，確定該露天礦山排土方案采用汽車—破碎—膠帶—排土機的半連續排土工藝。在露天采場東南側-24m臺階靠幫位置新建廢石固定式破碎站，選用1臺處理能力不小于2 300t/h的旋回破碎機。為了避免膠帶輸送機與汽車運輸道路的干涉，減少對采場正常生產秩序的影響，破碎后的廢石經兩條固定膠帶機運至排土場，膠帶運輸能力與破碎機生產能力一致。排土場內配置一條移動式膠帶機和一臺排土機，排土機的排料臂長和受料臂長均為50m，處理能力不小于1 200m3/h，采用扇形排土的方式進行堆排，上排段高20m，下排段高60m。

5 結語

汽車—膠帶半連續運輸系統是一種高效的運輸方式，對大中型深凹露天礦山具有普遍適用性，是未來我國深凹露天礦山排土作業的重點發展方向，有利于降低排土成本，減少排土場占地，保護環境。本文以國內某露天礦山排土工藝研究為契機，對汽車—破碎—膠帶運輸系統中重要設備的選型、膠帶運輸線路的規劃等進行研究比選，為礦山排土方案的選擇提供依據，為后續排土工藝的改造提供技術支持。

[參考文獻]

[1] 蔡美峰，李軍財，郝樹華.汽車—膠帶半連續運輸系統線路優化研究[J].金屬礦山，2004，(8)：6-8.

[2] GB50421- 2007，有色金屬礦山排土場設計規范[S].

[3] 蔡美峰,郝樹華,李軍財.大型深凹露天礦高校運輸系統綜合技術研究[J].中國礦業，2004，(10)：10-13.

[4] 閆建偉.高士強,王兆俊,等.排土機技術現狀及發展趨勢[J].露天采礦技術，2004，(1)：42-45.

[5] 張 敬,賀茂坤.某大型深凹露天礦排土工藝改造[J].有色金屬工程，2002，(3)：55-57.

[6] 石 偉,鄧 克,姜 科，等.大型露天礦山膠帶排土工藝的研究[J].中國礦業，2004，(10)：14-18.