張海軍，付永高

四川省自貢運(yùn)輸機(jī)械集團(tuán)股份有限公司 四川自貢 643000

西 藏巨龍銅業(yè)公司西藏知不拉銅礦位于西藏墨竹工卡縣和達(dá)孜縣交界處，距離拉薩市 70 km，處于岡底斯山脈與念青唐古拉山脈結(jié)合部位，平均海拔在 5 000 m 以上，地勢(shì)險(xiǎn)峻，切割強(qiáng)烈，環(huán)境非常惡劣，空氣密度及氣壓低、氣溫低、晝夜溫差大、年降水量較少，但暴雨較多，大風(fēng)日多，濕度低，太陽輻射強(qiáng)，且具有較長(zhǎng)的凍土期[1]。將 260萬t/a 銅礦石從采礦區(qū)經(jīng)破碎站運(yùn)輸?shù)竭x礦廠是礦區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵工程之一。礦山破碎站距離選礦廠水平距離約 11.5 km，公路全長(zhǎng)約 17 km，垂直下運(yùn)高度達(dá) 560 m。采用汽車運(yùn)輸，按照每輛車運(yùn)輸 50 t 計(jì)算，每天8 000 t 的輸送量需要 160 車次的汽車運(yùn)輸，按照當(dāng)?shù)?.5 元/(t·km) 的運(yùn)費(fèi)計(jì)算，年運(yùn)費(fèi)需要 6 630萬元；采用汽車運(yùn)輸還存在噪聲大、粉塵污染嚴(yán)重等問題，而且對(duì)原本脆弱的植被造成損害；暴雨季節(jié)時(shí)，道路沖毀嚴(yán)重，道路維護(hù)成本也大大增加。

采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，沿路沒有粉塵污染，對(duì)道路依賴也大大減少；而且在大的下運(yùn)高度下，可將銅礦石的勢(shì)能轉(zhuǎn)為電能反饋回電網(wǎng)。因此，采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸是此項(xiàng)目最佳的運(yùn)輸方案。

1 輸送方案分析

1.1 輸送方案

根據(jù)前期的可行性研究，帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的原始參數(shù)為：輸送物料為銅礦石，塊度≤ 300 mm，松散密度為 2.11 t/m3，額定輸送量為 800 t/h。最初設(shè)計(jì)院推薦了 2 種運(yùn)輸方案。

（1) 方案 1 1 條長(zhǎng)距離曲線帶式輸送機(jī)，起點(diǎn)標(biāo)高 5 010 m，終點(diǎn)標(biāo)高 4 445 m，水平長(zhǎng)度 11 386 m，提升高度 -565 m，如圖 1 所示。

圖1 方案 1 帶式輸送機(jī)立面布置示意Fig.1 Layout of vertical plane of belt conveyor in scheme 1

（2) 方案 2 2 條帶式輸送機(jī)搭接，中間設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，轉(zhuǎn)載點(diǎn)標(biāo)高 4 390 m。其中 1 號(hào)帶式輸送機(jī)是一條曲線帶式輸送機(jī)，起點(diǎn)標(biāo)高 5 010 m，終點(diǎn)標(biāo)高 4 395 m，水平長(zhǎng)度 7 486 m，提升高度 -615 m；2 號(hào)帶式輸送機(jī)是一條長(zhǎng)距離直線帶式輸送機(jī)，起點(diǎn)標(biāo)高 4 390 m，終點(diǎn)標(biāo)高 4 445 m，水平長(zhǎng)度 3 984 m，提升高度55 m。1、2 號(hào)帶式輸送機(jī)總長(zhǎng)度 11 507 m，立面布置如圖 2 所示。

圖2 方案 2 帶式輸送機(jī)立面布置示意Fig.2 Layout of vertical plane of belt conveyor in scheme 2

根據(jù)輸送系統(tǒng)基本參數(shù)和線路布置，通過帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件分析后，給出了 2 種方案的技術(shù)參數(shù)對(duì)比，如表 1 所列。

表1 2 種方案帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)對(duì)比Tab.1 Comparison of two schemes in parameters of belt conveyor

1.2 2 種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

1.2.1 方案 1

（1) 優(yōu)點(diǎn) 由于沒有經(jīng)過中間轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)，緊急停機(jī)時(shí)物料不會(huì)堆積；只需要一種規(guī)格的輸送帶，輸送帶備品占用庫存小。

（2) 缺點(diǎn) 帶式輸送機(jī)從尾部開始長(zhǎng)達(dá) 8 990 m的下運(yùn)距離，下運(yùn)高度 -719 m，后半段 2 396 m 整體上運(yùn)，上運(yùn)高度 154 m，輸送線路和運(yùn)行工況復(fù)雜，存在全程空載和滿載、下運(yùn)段有料和上運(yùn)段無料、下運(yùn)段無料和上運(yùn)段有料等工況；在不同的工況下各個(gè)水平轉(zhuǎn)彎點(diǎn)的輸送帶張力變化大，輸送帶在托輥上的橫向移動(dòng)范圍大，需進(jìn)一步抬高內(nèi)側(cè)安裝角度和托輥槽角；輸送帶為 ST4000，帶寬只有 1 000 mm，輸送帶的成槽性難以保證；帶式輸送機(jī)隧道比方案 2 長(zhǎng)約200 m，土建工程費(fèi)用相對(duì)較高。

1.2.2 方案 2

（1) 優(yōu)點(diǎn) 1 號(hào)曲線帶式輸送機(jī)全線下運(yùn)，2 號(hào)帶式輸送機(jī)直線布置，輸送線路和運(yùn)行工況相對(duì)簡(jiǎn)單；1 號(hào)帶式輸送機(jī)尾部雙滾筒驅(qū)動(dòng)，2 號(hào)帶式輸送機(jī)頭部雙滾筒驅(qū)動(dòng)，控制相對(duì)簡(jiǎn)單；帶式輸送機(jī)隧道比方案 1 短約 200 m，土建工程費(fèi)用相對(duì)較低。

（2) 缺點(diǎn) 由于存在中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，1、2 號(hào)帶式輸送機(jī)需要連鎖控制，且需采取措施以防止轉(zhuǎn)載處物料堆積。

綜合以上分析，最終業(yè)主決定采用方案 2，即 2條帶式輸送機(jī)方案，中間設(shè)轉(zhuǎn)載站，在中間轉(zhuǎn)載站內(nèi)設(shè)置一個(gè)容量為 50 t 的緩沖倉，緩沖倉下設(shè)置 1 臺(tái)給料機(jī)。

2 帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 空間轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)的托輥布置結(jié)構(gòu)

在高原低溫環(huán)境下，高強(qiáng)度鋼絲繩芯輸送帶的成槽性差，成槽困難，而且橡膠與鋼的摩擦因數(shù)降低，導(dǎo)致槽型托輥與輸送帶的摩擦因數(shù)降低，單純靠摩擦力不能抵抗輸送帶張力在水平轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的向心力，需要進(jìn)一步抬高轉(zhuǎn)彎段托輥內(nèi)側(cè)角[2]，利用輸送帶和物料的重力在抬高面方向的分力來平衡輸送帶的向心力。輸送線路上有 3 個(gè)水平轉(zhuǎn)彎，其中一個(gè)水平轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)角 31°，轉(zhuǎn)彎半徑 2 000 m。為了保證水平轉(zhuǎn)彎空載時(shí)輸送帶不產(chǎn)生過度偏移，滿載時(shí)不撒料，以及緊急停機(jī)時(shí)物料不沖出輸送帶 (1 號(hào)帶式輸送機(jī)全程下運(yùn)，帶速較高)，在水平轉(zhuǎn)彎位置的上帶面布置了5 個(gè)托輥組成的 65°深槽角托輥組，抬高 8°的內(nèi)側(cè)角，如圖 3 所示。

圖3 曲線段 5 輥托輥組布置結(jié)構(gòu)Fig.3 Layout of five-idler group in curved segment

2.2 高強(qiáng)度、小帶寬鋼繩芯輸送帶

1 號(hào)帶式輸送機(jī)曲線段采用 ST3150 (9+7) 高強(qiáng)度輸送帶，為解決頭部低張力區(qū)翻帶裝置張力過小問題適當(dāng)提高了初張力，導(dǎo)致輸送帶的安全系數(shù)不到7，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范[3]要求；在高海拔低溫環(huán)境下，輸送帶的成槽性差；輸送物料為銅礦石，其塊度大 (300 mm)、磨琢性強(qiáng)。綜合成槽性、使用壽命和節(jié)能效果等指標(biāo)，采用了一種特殊結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)度、小直徑、密排布鋼繩芯輸送帶，可達(dá)到抗撕裂、耐磨、高強(qiáng)度和質(zhì)量輕的目的。采用常規(guī)的鋼繩芯輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為 41.1 kg/m，輸送帶總質(zhì)量為 615 t；采用特殊輸送帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為 34.5 kg/m，輸送帶總質(zhì)量為516 t，輸送帶質(zhì)量降低 99 t，按帶式輸送機(jī)最大加速度 0.3 m/s2計(jì)算，將減少慣性力約 300 kN，提高了帶式輸送機(jī)啟制動(dòng)的安全性。

2.3 一體化全封閉通廊結(jié)構(gòu)

由于礦區(qū)地處高原，常年大風(fēng)，太陽輻射強(qiáng)、植被非常脆弱，輸送線路周邊還有村民居住。為保護(hù)西藏脆弱的生態(tài)環(huán)境，避免人為或者動(dòng)物損壞設(shè)備，也為了防止輸送帶因紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射快速老化，同時(shí)又要降低設(shè)備成本，首次采用了桁架式通廊全程封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖 4 所示。托輥直接安裝在桁架窗框上，桁架底部外挑安裝走道，走道外側(cè)安裝立桿，在兩側(cè)立桿頂部安裝骨架，四周采用檁條連接成整體，最后在四周安裝彩鋼板全密封。這樣的全封閉通廊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、安裝方便，降低了結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量。

圖4 全封閉通廊結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of fully-enclosed corridor

2.4 垂直重錘與液壓張緊組合張緊技術(shù)

由于輸送系統(tǒng)地處高海拔地區(qū)，早晚溫差達(dá)到20 ℃，輸送帶因熱脹冷縮，移動(dòng)距離較大。為了滿足即使在最惡劣工況下輸送帶不發(fā)生打皺和撒料情況，張緊力需要配置 300 kN。為了延長(zhǎng)輸送帶、滾筒、托輥等部件的使用壽命，采用了垂直重錘與液壓張緊組合張緊技術(shù)。垂直重錘與液壓張緊配置的張緊力各為 150 kN。液壓張緊裝置配置了液壓缸、液壓自動(dòng)絞車、就地控制箱和張力傳感器。張力傳感器檢查鋼絲繩的張力，當(dāng)張力低于設(shè)計(jì)范圍時(shí)，需要張緊絞車；反之，需要松絞車。

2.5 高海拔環(huán)境的下運(yùn)饋電、制動(dòng)和控制技術(shù)

1 號(hào)帶式輸送機(jī)的起點(diǎn)標(biāo)高 5 010 m (驅(qū)動(dòng)所在的標(biāo)高)，終點(diǎn)標(biāo)高 4 395 m，水平長(zhǎng)度 7 486 m，提升高度 -615 m，當(dāng)滿載運(yùn)行時(shí)，總饋電量達(dá)到 650 kW·h。采用尾部雙滾筒雙驅(qū)動(dòng)，四象限變頻器控制，驅(qū)動(dòng)功率為 2×450 kW。經(jīng)與世界知名變頻器廠家溝通后，綜合考慮海拔高度、散熱和變頻器的擴(kuò)容因素后，最終選用 4 160 V 的 S120-630 kW/690V 型變頻器，與450 kW 的 YPTQ450-4 型電動(dòng)機(jī)匹配。

由于下運(yùn)高差大，慣性力大，在滿載停機(jī)過程中既要保證輸送帶的安全系數(shù)，又要及時(shí)、安全地停機(jī)。如果制動(dòng)器控制不好，會(huì)發(fā)生飛車等嚴(yán)重事故，因此制動(dòng)器配置尤為重要。滿載緊急停機(jī)時(shí)，制動(dòng)力矩需要 320 kN·m，經(jīng)綜合考慮決定在尾部配置雙盤4 對(duì)制動(dòng)頭，制動(dòng)盤直徑為 1 800 mm，每個(gè)制動(dòng)盤上配置 2 套制動(dòng)頭，每個(gè)制動(dòng)盤上的制動(dòng)力矩為 386 kN·m，按照間隙 2 mm 考慮，每個(gè)制動(dòng)盤上的制動(dòng)力都能滿足最大制動(dòng)力矩需求。對(duì)正常、故障、緊急停機(jī) 3 種工況，制動(dòng)器的控制方式為：①正常停機(jī)時(shí)，總停機(jī)時(shí)間設(shè)置為 120 s，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到 150 r/min 時(shí)，制動(dòng)器柔性制動(dòng)停機(jī)，制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)間約為 15 s；② 故障停機(jī)時(shí) (拉繩等保護(hù)裝置動(dòng)作)，總停機(jī)時(shí)間設(shè)置為 15 s，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降到 150 r/min時(shí)，制動(dòng)器立即制動(dòng)；③緊急停機(jī)時(shí) (停電情況)，制動(dòng)器立即制動(dòng)。

圖5 建成的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)Fig.5 Finished belt conveyor system

3 結(jié)語

西藏巨龍銅業(yè)公司知不拉礦的銅礦石長(zhǎng)距離輸送系統(tǒng)從 2016 年 6 月開始研制，到 2017 年 5 月完成安裝并投入重載運(yùn)行，2018 年 5 月通過用戶驗(yàn)收。目前系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，約 7.5 km 全封閉空間轉(zhuǎn)彎曲線帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)了饋電發(fā)電功能，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，環(huán)保節(jié)能。運(yùn)行 3 a 輸送銅礦石約 600萬 t，相同的輸送量，比采用汽車運(yùn)輸節(jié)約了 4 800萬元，為用戶取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，可為其他類似條件下曲線帶式輸送機(jī)項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)依據(jù)。