露天矿山胶带排岩系统优劣势的分析.pdf

冶金与材料第 44 卷露天矿山胶带排岩系统优劣势的分析廖忠辉（云南地矿建设工程有限责任公司北衙分公司，云南 大理671507）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：露天矿山胶带排岩系统属于一类常用的矿山装载与运输系统，它以胶带输送机作为主要设备，通过在露天矿山里运输矿石、岩石等材料被广泛应用于矿山领域中。因为该系统具有运输能力大、爬坡能力强等优势，故而有着极强的应用价值，但在不同情况下，也存在一定的不足。针对胶带排岩系统的优势和劣势，以云南某大型凹陷露天矿山为背景，结合该露天矿山胶带排岩系统的应用实际，通过汽车排土与胶带排土废石运输成本、矿山生产安全环保、废石排弃工艺等多维度的对比分析，文章系统地论述胶带排岩系统在露天矿山生产中的优势和劣势，为露天矿山选择开拓运输方式时提供参考依据。关键词：露天矿山；胶带排岩系统；排土机作者简介：廖忠辉（1994），男，云南昭通人，主要从事矿山胶带排岩系统技术管理工作。胶带排岩系统具有运输能力大、爬坡能力强、安全环保、运输成本低等特点，为广大矿山工作者所知，但对于胶带排岩系统在露天矿山应用的优势和劣势，普遍缺少系统的分析资料。文章结合云南某露天矿山对胶带排岩系统的生产应用实际，多维度对胶带排岩系统在露天矿山应用的优势和劣势展开分析，在露天矿山选择开拓运输方式时，具有一定的参考指导意义。云南某露天矿山于 2017 年投用胶带排岩系统，全长约 5km，由破碎机、3 条固定输送机、1 条端帮输送机、1 条移置输送机和排土机组成，设计运输效率 8000t/h，年运输废石量 1000 万 m3，属中大型胶带排岩系统。该矿胶带排岩系统投用前，采用单一的汽车运废排土工艺，胶带排岩系统投用后，采用汽车胶带联合排土工艺，其中胶带排土工艺流程为汽车破碎机胶带输送系统排土机。1胶带排岩系统概述1.1胶带排岩系统的定义露天矿山胶带排岩系统是露天矿山用于采场剥离废石输送和排放的运输系统，主要是通过一系列输送机的接力转运，将采场剥离废石转运至指定地点排弃堆放的系列矿山生产设备咱1暂。1.2胶带排岩系统的原理该系统在运行过程中所依据的原理为：一是胶带传动。胶带输送机依靠驱动减速机、驱动电机、驱动滚筒、张紧设施等装置驱动运动，其中驱动电机为传动动力来源，驱动减速机把驱动电机旋转高速转变为适合胶带运行的设计速度，驱动滚筒依靠摩擦力向胶带进行动力传送，而张紧设施用于增加胶带与驱动滚筒的摩擦力咱2暂。二是物料转载。露天采场剥离废石通过汽车运输卸入破碎系统，经破碎机破碎后卸入输送机，输送机通过转载料斗接力转运，最终通过卸料小车转载至排土机进行排放咱3暂。1.3胶带排岩系统的组构胶带排岩系统的主要组成部分包括破碎机、胶带输送机和排土机，其中输送机包括传动装置、胶带、驱动滚筒、承载托辊组、转载料斗、清洗装置、监测系统等，具体的系统设计以及配置主要根据输送物料的性质、传输距离、工作条件以及相关工艺要求等确定咱4暂。同时，还能够根据实际进行预防撕裂装置、防溢装置、金属探测器等其他辅助设备安装，主要是确保特定运输需求以及安全要求得到满足。2胶带排岩系统优势分析云南某露天矿山胶带排岩系统已运行 6 年有余，前 3 年为调试运行期，随着系统的不断技改升级完善，目前系统已达到稳定的运行状态，对该矿变革发展的作用也逐年得以凸显。2.1奠定该矿设备大型化推行基础云南该露天矿山采坑长 1.95km，宽 1.52km，采深超过 300m，属典型的凹陷露天矿山。排土场位于采坑东北方向，直线距离约 5km，汽车排土综合运距约 7.5km，随着排土堆置标高的增加及采坑的逐步降深，汽车排土运距呈逐年增加的趋势。长期以来，受汽车排土主运输道路桥面承重的影响，矿山设备大型化一直迟迟未得以推行，小型的采掘运输设备和较长的排土运距，是制约公司生产成本高居不下的重要因素。2017 年，该矿投入使用胶带排岩系统后，为矿山设备大型化的推行打开了突破口，大型矿卡运输物料可直接进入采场东侧破碎机，而不再受汽车主运输道路156第 3 期桥面承重限制。从客观因素讲，该矿胶带排岩系统的投用，不仅解决了该矿排土成本较高问题，也促进了矿山小型的采掘运输设备的更新迭代。目前，该矿采掘设备已由原 2m3挖机更替为现 8m3挖机和 12m3电铲，运输设备已由原 45t 的豪沃车更替为矿山专用的 60t 和100t 矿卡，穿孔设备已引进投用 200mm 孔径的牙轮钻。2.2符合绿色矿山建设的宗旨胶带排岩系统是半连续排废工艺，运输路径为直线运输，使用电能驱动，而汽车排土为迂回运输，使用燃油驱动，在能源利用率上胶带排土表现为明显的优势。同时，胶带排土对矿山运输道路粉尘及运输过程中的燃油泄漏也有显著的改善作用。可以说胶带排岩系统在露天矿山剥离废石运输过程中对环境的影响相对较小，能在周围空气质量、水资源以及生态环境保护中发挥积极价值，使矿山运营可持续性增强，与现代社会环境保护理念以及要求契合。该矿投用胶带排岩系统至今，累计运输废石约 5500万 m3，耗电 23483 万度，碳排放量分两部分计算：一部分为耗电折算碳排放量 4579 万 kg；一部分为汽车采场至破碎机运输碳排放量，该段汽车运距 1.64km，累计燃油消耗 2616 万 L，相当于碳排放 2208 万 kg。两部分结合，投用胶带排岩系统运输 5500 万 m3的剥离废石，产生碳排放量 6787 万 kg。选取同一废石排放点，汽车运距 9.37km，每方的燃油消耗 2.06L，5500 万 m3的废石运输需求燃油 11330万 L，相当于碳排放 9562 万 kg。对比可见，投用胶带排岩系统，相较于单一的汽车运输废石已减少碳排放量 2775 万 kg，在减少碳排放方面发挥出了极大的优势。2.3节约矿山废石运输成本该矿投用胶带排岩系统，因其为半连续排废工艺，运输效率高，运输能力大，在投入生产应用后，为该矿节约大量的生产运营成本，具体该矿胶带排岩系统运输成本由两部分组成，一部分为汽车采场至破碎站运输成本，另一部分为胶带排岩系统自身运输成本。根据该矿胶带排岩系统运行历来的成本数据统计，胶带排岩系统废石运输两部分合计的单位成本 18.5 元/m3，累计投用至今的废石运输成本 10.16 亿元。若同一废石排放点，采用单一的汽车运输，运距为9.37km，每公里的废石运输单价 2.56 元/m3，相同的废石排放量，核算单一的汽车运输成本为 13.19 亿元。以上两者相较，投用胶带排岩系统已为矿山节省了废石运输成本 3.03 亿元，且随着采场剥离废石运输量的累计增加，在节约废石运输成本方面已将为矿山企业积累更多经济价值。2.4释放矿山安全管理压力该矿胶带排岩系统投用后，矿山大型采掘设备和运输车辆陆续引进投入生产使用，运输车辆由原 500余辆缩减至现 246 辆，运输车辆缩减约 1/2。运输道路车辆行驶密度的降低，无疑降低了矿山生产安全管理难度和矿山道路安全管理风险，且胶带排岩系统作为可靠的废石运输生产线，自投入运行 6 年以来，未发生任何一起重大安全生产事故，每年均圆满地完成矿山安全生产责任目标。2.5提升矿山废石排放能力胶带排岩系统具有运输能力大、运输效率高的特点，随着该矿胶带排岩系统运输产能的逐年提升，该矿的废石排放量也在随之增加，并于 2021 年该矿剥离排放废石突破 2000 万 m3大关，其中胶带排岩系统运输量占到 55%，运输量达到了 1095 万 m3，相较于胶带排岩系统投用前，该矿年剥离废石排放量增加了约 400 万m3。2.6促进矿山排土工艺的升级胶带排岩系统为条带式推进排土工艺，推进方向与移置胶带移设方向一致，条带宽度与移设方式相关，理论上最大的排土条带宽度为排土机作业半径减去设备作业安全平台宽度。在生产应用中，移置胶带的移设方式共有三种，分别为扇形移设、矩形移设、混合移设，该矿由于前期排土段高未达设计段高，致使生产效率受限，为提高系统的生产效率，在三种基本移置胶带移设方式的基础上，该矿自主探索移置胶带小升段移设技术，并在实际生产中得以应用。目前该矿通过多次的移置胶带小升段移设，排土机排土段高由原 45m 提升至 60m，排土段高的增加为每次移设后排土机排土库容提供了有力保障。另从排土工艺而言，胶带排岩系统整齐化条带式推进排土，能形成整齐规整的排土平台和排土推进面，是规范化的现代排土工艺之一。3胶带排岩系统劣势分析根据云南某露天矿山胶带排岩系统的应用实际情况，胶带排岩系统在露天矿山应用具有诸多优势，但也存在应用劣势，往往需要辅以其他工程措施进行劣势弥补，甚至某些劣势暂无行之有效的解决办法，需要业内专业人士继续探索研究。3.1投建周期长，投资成本高该矿胶带排岩系统属中大型胶带排岩系统，于2014 年 10 月投建，于 2017 年 4 月开始投入生产运行，投建耗时约 2.5 年，总耗资接近 5 亿元，由于投建周期长，投资成本高，决定了该胶带排岩系统多适用于生产年限较长的各种大型露天矿山，且只有在露天采场至排土场汽车运距超过 4km 时，应用胶带排岩系统才具有实际的经济价值咱5暂。3.2存在排土死区胶带排岩系统移置胶带物料通过卸料小车传送至廖忠辉：露天矿山胶带排岩系统优劣势的分析157冶金与材料第 44 卷排土机，卸料小车随排土机排料沿移置胶带移动，因受移置胶带头尾安装位置和排土机排料半径限制，在移置胶带头部和尾部形成半弧形交错排土死区。为解决排土死区问题，该矿采用挖机+汽车倒短和分料仓+汽车倒短两种方式进行死区补排。3.3不能形成终了境界台阶该矿排土场设计终了台阶高度 30m，平台宽度 20m，物料堆置自然安息角 35毅，上一台阶坡顶线至下一台阶坡顶线水平距离 62.6m，排土机排料臂长度仅为 60m。按排土机设计下排段高 60m 计算，中间需进行分台排土，但受排土机排料臂和履带行走安全距离限制，致使排土机不能按设计进行分台，在生产过程中，往往辅以汽车排土完成终了境界分台。3.4排弃物料压实不足排土机进行物料排弃后，呈自然松散状态堆置，经历自然沉降一段时间后，采用推土机进行平面整平，过程中使用 26t 级压路机进行振动压实，往往压实深度仅35m，相较于汽车排土，由于排土分段高度的不同（汽车 30m，排土机 60m），致使排弃物料压实度差异较大，且汽车排土通过载重汽车的反复碾压，整体边坡的稳定性较排土机排土边坡的稳定性更高。为此在生产过程中，需加强排土机排土边坡的日常巡查，严格按要求布设防排洪系统，对于长期待排边坡，应当及时进行复垦绿化，并建立在线监测和系统监测。3.5作业场地要求高排土机为大型的排岩机械，常与移置输送机联合进行使用，通过移置输送机的移设工程的实施，为其创造新的排土作业空间，对作业场地的要求，主要体现在：一是为保障排土机每轮排土的排土库容，减少移置输送机的移设频次，保证系统的年度生产运行时间，故此需求布设的移置输送机较长，为满足移置输送机生产服务期内的多次移设，要求排土场的周界必须相对规整，且必须为中大型排土才适合使用；二是排土机为履带行走机构，对作业场地的平整度要求较高，且行走路基为自排路基，受压沉降大，卸载排料过程中，往往需要辅助工程设备随时跟进路基平整修筑，否则容易在走车排料中造成履带高差报警和排土机输送机跑偏，故此在生产过程中保证排土机行走路基的平整度，是保障整个胶带排岩系统平稳高效运行的重要一环咱6暂。3.6排料扬尘难以抑制该矿露天采场剥离废石多为含泥较重的灰岩体和斑岩体，经破碎机破碎后，最大粒度小于 350mm，且含有大量的细质颗粒泥料，排土场常年风吹，当排土机进行废石定点排放时，物料离开排土机排料口下落期间，细质颗粒泥料容易被风带走，形成排料扬尘，造成环境的粉尘污染。为解决排料扬尘问题，该矿已采取了多方措施，虽有一定成效，但未完全解决排料扬尘难以抑制问题，具体已采取的措施有：一是于排土机卸料口加装防风箱和喷淋降尘水管，主要是起到一定防风作用，喷淋对卸料过程中细质颗粒泥料进行压制；二是于输送机转载料斗顶部加装喷淋降尘水管，主要是起到提前润湿物料的作用；三是购置高扬程的洒水车，随排土机排料进行洒水降尘，以防止细质颗粒泥料的随风扩散。以上三种抑尘办法，均有一定效果，可根据实际情况进行选用，但如何能够进一步解决排土机卸料扬尘问题，还需广大矿山工作者持续探索努力。4结语综上所述，胶带排岩系统具有生产运营成本低、安全高效、节能环保等诸多优势，但也存在排土工艺方面的多方劣势，文章通过对云南某大型凹陷露天矿山胶带排岩系统优劣势的据实分析，列举的优劣势及处理措施办法，希望能在广大从事矿山工作者进行露天矿山开拓运输方式选择时，通过整体考量胶带排岩系统的优势和劣势，明确是否需要引入胶带排岩系统的必要性，文章可以提供一定的参考和帮助，通过综合的研究评估，以确保露天矿山开拓系统选择的经济性和可行性。后续还有必要进一步致力于胶带排岩系统工艺和设备的优化与改善，促其在露天矿山废石运输中发挥更大作用。参考文献1 陈大伟.现代露天矿山剥离系统中排土机应用的若干问题J.露天采矿技术，2016，31（10）：4-6.2 黄耀春.露天矿山胶排系统小高差升段的应用 J.世界有色金属，2020（4）：191+193.3 刘宏超.元宝山露天矿排土机排土场平整 J.露天采矿技术，2013（6）：12-13.4 闫建伟，高士强，王兆峻，等.排土机技术现状与发展趋势J.露天采矿技术，2014（1）：42-43+45.5 于永纯.胶带运输系统在云南某大型露天矿剥离岩石运输中的应用 J.云南冶金，2018，47（6）：90-94.6 王平亮，王启瑞.黑岱沟矿东排土场排土机排土方式研究J.露天采煤技术，2001（2）：19-20.158