董紅彥　王伊鳴

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

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白云鄂博某礦排土機(jī)堆排工藝設(shè)計(jì)

董紅彥王伊鳴

(中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)

摘要針對(duì)目前露天礦山的生產(chǎn)特點(diǎn)，根據(jù)膠帶機(jī)運(yùn)輸物料的特性，以白云鄂博某礦的排土場(chǎng)為背景，提出了在半連續(xù)工藝系統(tǒng)中排土機(jī)排土工藝。通過(guò)上排作業(yè)排土帶寬度、下排作業(yè)排土帶寬度、排土工作平臺(tái)寬度工藝參數(shù)及設(shè)備選型確定了排土場(chǎng)最大移設(shè)寬度，選擇了扇形排土方式，介紹了排土機(jī)組裝和初始路堤布置的要求，為深凹露天礦山排土場(chǎng)建設(shè)生產(chǎn)提供了參考。

關(guān)鍵詞露天礦山排土機(jī)堆排扇形排土

露天采礦場(chǎng)粗破碎的廢石排土場(chǎng)占用土地多，體積大，對(duì)地表破壞性大[1]。目前我國(guó)的露天礦山排土場(chǎng)大多采用汽車排土的方式。在露天礦場(chǎng)初期開采，排土場(chǎng)一般都采用礦用自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)推排的排土工藝。汽車排土場(chǎng)均為多階段覆蓋式平地排土場(chǎng)[2]。進(jìn)入到礦山開采后期，汽車運(yùn)距逐漸增加，超出了經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距的范圍，就要考慮運(yùn)輸方式的替代。一方面礦山開采后期產(chǎn)量不斷增加，一方面采場(chǎng)不斷深入，排土場(chǎng)堆土標(biāo)高的不斷增加致使運(yùn)輸?shù)呢Q向距離不斷增加，膠帶機(jī)就成為了合適的替代運(yùn)輸設(shè)備。汽車-采場(chǎng)內(nèi)半移動(dòng)破碎站-膠帶機(jī)聯(lián)合運(yùn)輸系統(tǒng)因其強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)在近20多a的礦山開采中得到了較廣泛應(yīng)用。以白云鄂博某礦的排土場(chǎng)為背景，設(shè)計(jì)排土機(jī)堆排工藝，為安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約土地和提升綜合經(jīng)濟(jì)效益提供技術(shù)保障。

1工程概況

白云鄂博某礦山根據(jù)采剝進(jìn)度計(jì)劃，目前排土場(chǎng)均為汽車直排，排土場(chǎng)分別排棄稀土、白云巖、廢巖、第四系巖土和鈮礦。新設(shè)計(jì)的Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場(chǎng)位于西采場(chǎng)西側(cè)，自東向西布置，排土場(chǎng)采用聯(lián)合運(yùn)輸，排土機(jī)堆排的排土工藝，即采場(chǎng)后期深部剝離的稀土、白云巖及廢巖按種類不同，通過(guò)汽車-采場(chǎng)內(nèi)半移動(dòng)破碎站-邊幫膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土機(jī)排土場(chǎng)，經(jīng)卸料小車轉(zhuǎn)載后由排土機(jī)進(jìn)行排土作業(yè)。

2排土工藝設(shè)計(jì)

2.1排土參數(shù)確定

Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場(chǎng)均為多階段覆蓋式平地排土場(chǎng)，分2個(gè)臺(tái)階布置，每個(gè)臺(tái)階上排高15 m，下排高40 m。上、下排土平臺(tái)及臺(tái)階間的安全距離為20 m。排土場(chǎng)的排土標(biāo)高：Ⅳ-1#為1 630，1 685 m；Ⅳ-2#為1 630，1 685 m；Ⅳ-3#為1 635，1 690 m。

排土工藝參數(shù)主要有上排作業(yè)排土帶寬度、下排作業(yè)排土帶寬度、排土工作平臺(tái)寬度3個(gè)指標(biāo)。

2.1.1上排作業(yè)排土帶寬度

排土機(jī)側(cè)幫上排作業(yè)時(shí)，排土帶寬度可由下式確定：

(1)

式中，WH為上排作業(yè)排土帶寬度，m；L為排料臂長(zhǎng)度，m；b為排土機(jī)走行中心線與下排臺(tái)階坡腳安全距離，m；Dp為排料臂與機(jī)體連接點(diǎn)與臂架水平回轉(zhuǎn)中心距離，m；h為上排作業(yè)排土體頂部與排料臂間安全距離，m；α為排料臂仰角，(°)；v為排料膠帶機(jī)帶速，m/s；g為重力加速度，m/s2。

2.1.2下排作業(yè)排土帶寬度

排土機(jī)側(cè)幫下排作業(yè)時(shí)，排土帶寬度可由下式確定：

(2)

式中，WL為下排作業(yè)排土帶寬度，m；S為排土機(jī)走行中心線與排土臺(tái)階坡頂安全距離，m；Hp為排料臂與機(jī)體連接點(diǎn)對(duì)地高度，m；其他符號(hào)意義同前。

2.1.3排土工作平臺(tái)寬度

排土機(jī)上、下排聯(lián)合作業(yè)時(shí)，工作平臺(tái)寬度可由下式確定：

(3)

式中，B為排土工作平臺(tái)寬度，m；A為膠帶機(jī)中心線距上排臺(tái)階坡腳最小距離，m；TP為排土機(jī)走行中心線與膠帶機(jī)中心線最小間距，m；N為排幅數(shù)量；W為排土帶寬度,m。

2.1.4排土機(jī)選型

依據(jù)采場(chǎng)內(nèi)的巖石量，設(shè)計(jì)選用PLK4500型排土機(jī)，理論生產(chǎn)能力為4 500 m3/h，排料臂回轉(zhuǎn)半徑為50 m，受料臂長(zhǎng)(50±2) m，膠帶機(jī)帶寬1 800 mm，膠帶機(jī)帶速為5.5 m/s，理論能力利用系數(shù)為71.4%～78.1%。

根據(jù)排土機(jī)的型號(hào)以及上述參數(shù)計(jì)算確定Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場(chǎng)最大移設(shè)寬度為85 m。

2.2排土方式選擇

排土機(jī)排土場(chǎng)的排土工藝主要有扇形排土、矩形排土和混合排土方式。由于移設(shè)方式的差異，在移置式膠帶機(jī)長(zhǎng)度相同的前提下，矩形排土移設(shè)一次排土量約為扇形排土的1.4倍。然而扇形排土綜合移設(shè)距離相對(duì)矩形排土較短，并且在移設(shè)時(shí)卸料小車可以通過(guò)軌道移至膠帶機(jī)尾部，在移設(shè)其他部位的工作中，不必移動(dòng)卸料小車及排土機(jī)，因此，扇形排土膠帶機(jī)移設(shè)時(shí)間較短，一般為3～5 d；由于矩形排土綜合移設(shè)距離較大，并且在每個(gè)移設(shè)步距中均需平行移設(shè)卸料小車，移設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，根據(jù)相關(guān)資料及調(diào)查統(tǒng)計(jì)，矩形排土移設(shè)時(shí)間大約為15～20 d，為扇形排土的3～4倍。因此,扇形排土與矩形排土相比，一次移設(shè)排土作業(yè)效率更高。

以長(zhǎng)度為1 000 m的排土線為例，扇形排土與矩形排土方案比較見表1。其中，考慮移置式膠帶機(jī)中心線距坡頂安全距離為10 m，膠帶機(jī)與排土機(jī)最小工作距離為20 m，排土機(jī)走行中心距排土場(chǎng)下排坡頂最小工作距離為20 m及排土機(jī)安裝場(chǎng)地所需平面尺寸，初始路堤的寬度初步確定為70 m，排土機(jī)工作路堤寬度確定為115 m，移置式膠帶機(jī)中心線距下排臺(tái)階坡頂線為100 m，距上排臺(tái)階坡腳線15 m。

表1　扇形與矩形排土方案比較

綜合以上因素，排土機(jī)排土場(chǎng)宜選擇扇形排土形式。

2.3排土機(jī)組裝及初始路堤

排土機(jī)以部件形式運(yùn)至露天礦后，由于機(jī)體和重量都很大，必須在專門的場(chǎng)地組裝。組裝場(chǎng)地應(yīng)距離使用現(xiàn)場(chǎng)較近，平整且有一定的承載能力，并具備電源及外部交通聯(lián)絡(luò)等條件。

同時(shí)組裝設(shè)備的規(guī)格和數(shù)量根據(jù)工程進(jìn)展計(jì)劃制定的每套機(jī)組的投產(chǎn)間隔期推算確定，而組裝場(chǎng)地的面積則取決于同時(shí)在場(chǎng)內(nèi)組裝的設(shè)備數(shù)量及每套設(shè)備的組裝時(shí)間。根據(jù)有關(guān)資料，中等型號(hào)排土機(jī)(Q=5 000 m3/h，機(jī)重950 t)所需臺(tái)位面積為11 000～12 000 m2；而《冶金礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見稿)中規(guī)定初始排土機(jī)組裝場(chǎng)地面積不宜小于100 m×50 m。膠帶機(jī)驅(qū)動(dòng)站所需臺(tái)位面積為3 000～3 500 m2。

組裝場(chǎng)地需配置一定的起重設(shè)備，數(shù)量及規(guī)格主要根據(jù)排土機(jī)最大部件重量、組裝工作量及組裝工藝等因素確定。排土機(jī)主要組裝件包括履帶架、履帶固定裝置、平臺(tái)(工字型支座)、平衡架、電氣房、配重架提升部分、排料膠帶機(jī)及受料膠帶機(jī)等，其中排土機(jī)平臺(tái)、平衡架以及排受料臂為較重部件，在選擇起重設(shè)備時(shí)應(yīng)充分考慮[3]。

排土機(jī)正常排土作業(yè)前需設(shè)置初始路堤。初始路堤寬度由3部分組成，即移動(dòng)膠帶機(jī)中心線至路堤邊緣距離(不小于10 m)、移動(dòng)膠帶機(jī)中心線至排土機(jī)中心線距離(20 m)、排土機(jī)中心線至路堤邊緣距離(根據(jù)穩(wěn)定性分析計(jì)算確定)。初始路堤可由汽車排土填筑，也可由排土機(jī)自筑形成。排土機(jī)自筑初始路堤時(shí)，每次延伸長(zhǎng)度應(yīng)符合膠帶機(jī)單元模數(shù)，并且應(yīng)避免推進(jìn)速度過(guò)快而產(chǎn)生明顯沉降現(xiàn)象。

3排土作業(yè)過(guò)程

Ⅳ-1#及Ⅳ-2#排土機(jī)安裝場(chǎng)地尺寸為70 m×150 m，由前期生產(chǎn)排土完成，然后由白云巖及廢巖排土機(jī)自筑145 m寬路堤向轉(zhuǎn)載點(diǎn)的北部排棄，最終形成白云巖與廢巖的排土路堤。排土場(chǎng)內(nèi)XB、XF移置式膠帶以尾部為軸分別逆時(shí)針、順時(shí)針移設(shè)，移設(shè)最大寬度為85 m，XB、XF移置式膠帶機(jī)長(zhǎng)1 580，1 380 m。第一臺(tái)階排土完成后排土場(chǎng)需進(jìn)行升段，此時(shí)新設(shè)X6、X7升段膠帶機(jī)自X4轉(zhuǎn)運(yùn)站分別延伸至Ⅳ-2#及Ⅳ-1#排土場(chǎng)第二臺(tái)階，升段后路堤寬70 m。升段后XB、XF移置式膠帶分別以尾部為軸順時(shí)針、逆時(shí)針移設(shè)，膠帶機(jī)的長(zhǎng)度分別為1 150，950 m。

Ⅳ-3#排土機(jī)安裝場(chǎng)地尺寸為70 m×150 m，由前期生產(chǎn)排土完成，然后由稀土排土機(jī)自筑70 m寬路堤向轉(zhuǎn)載點(diǎn)的西部排棄，最終形成稀土排土路堤。排土場(chǎng)內(nèi)XX移置式膠帶以尾部為軸逆時(shí)針移設(shè)，移設(shè)最大寬度為85 m，XX移置式膠帶機(jī)長(zhǎng)1 670 m。第一臺(tái)階排土完成后排土場(chǎng)需進(jìn)行升段，此時(shí)新設(shè)X5升段膠帶機(jī)自X3轉(zhuǎn)運(yùn)站延伸至排土場(chǎng)第二臺(tái)階，升段后路堤寬70 m，排土作業(yè)及移設(shè)方式與升段前相同，升段后XX移置式膠帶機(jī)長(zhǎng)1 250 m。Ⅳ-1#～Ⅳ-3#排土場(chǎng)及膠帶系統(tǒng)布置見圖1。

圖1?、?1#～Ⅳ-3#排土場(chǎng)及膠帶系統(tǒng)布置

排土機(jī)以往復(fù)走行的方式進(jìn)行排土作業(yè)。首先排土機(jī)自移置式膠帶機(jī)的尾部開始下排，直到移動(dòng)至膠帶機(jī)頭部，然后排土機(jī)從膠帶機(jī)頭部繞行至膠帶機(jī)另一側(cè)開始上排，直到移動(dòng)至膠帶機(jī)尾部，最后對(duì)移置式膠帶機(jī)(包括機(jī)架及頭部驅(qū)動(dòng)站)進(jìn)行移設(shè)，完成一個(gè)排土作業(yè)循環(huán)。

4結(jié)語(yǔ)

深凹露天礦開采中汽車-破碎站-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)具有技術(shù)含量高、爬坡能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)低的優(yōu)點(diǎn)。排土機(jī)排土場(chǎng)作為其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)給予足夠的重視。通過(guò)確定排土場(chǎng)工藝參數(shù)及設(shè)備選型，選擇合理堆排方式，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠，對(duì)深凹露天礦山排土工作具有很好的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王運(yùn)敏.現(xiàn)代采礦手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[2]中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì).GB 50421—2007有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[3]王鑫.某露天煤礦排土機(jī)選型 [J].露天采礦技術(shù),2013(12):31-33.

(收稿日期2016-02-22)

董紅彥(1985—)，女，工程師，碩士,066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)龍海道71號(hào)。