王革奇

（銅陵有色金屬集團股份有限公司安慶銅礦）

安慶銅礦于1991年投料試車，原有風機、水泵200余臺，裝機容量4萬余kW；礦山實際用電容量1.5萬kW，生產礦石綜合電耗約為90 kW·h/t。其中，礦井提升系統(tǒng)為8 kW·h/t，運輸系統(tǒng)為1.6 kW·h/t，通風系統(tǒng)為6 kW·h/t，壓風系統(tǒng)為15 kW·h/t，選礦系統(tǒng)為37 kW·h/t，排水系統(tǒng)16 kW·h/t。風機、水泵類負荷用電比例占總用電量75%以上。2014年延伸至-900 m開采后，-580 m以下礦石需要通過-510 m盲主井提升至-580 m，再通過主井提升至地表，同時增加了排水、通風、壓風等設備設施，而且深部資源品位低，礦山生產經營面臨著巨大的壓力，處于臨近虧損狀態(tài)。為此，需要對礦山采選系統(tǒng)能源消耗進行優(yōu)化改造，穩(wěn)定生產，提高經濟效益。

1 存在問題

原有生產系統(tǒng)和用能設備等存在不合理狀況，主要表現(xiàn)為以下幾點。

（1）供配電系統(tǒng)為20世紀80年代產品，能耗高，維護費用高，安全可靠性低，急需改造。

（2）供風系統(tǒng)設備老化，效率低。且隨著生產重心的轉移，設備布置不合理性逐步顯現(xiàn)，風能損耗高。

（3）通風系統(tǒng)設備老化，效率低，且不能根據(jù)井下作業(yè)時間實時調整，風機全速運行，造成風能浪費。

（4）提升系統(tǒng)設備老化，提升能力不足。

（5）選礦系統(tǒng)破碎、球磨設備等為20世紀80年代產品，設備老化，耗能高。

（6）給排水存在大馬拉小車情況，水泵不能在額定狀態(tài)或合理工況下運行，排水系統(tǒng)布局不合理之處較多，井下排水與地表儲水及排水設施配套不合理。

（7）在各生產環(huán)節(jié)中，存在非節(jié)能型電動機與變壓器。

2 系統(tǒng)優(yōu)化原則

礦山經過20多年的開采，面對出現(xiàn)的問題，從2014年開始，不斷進行優(yōu)化采選系統(tǒng)與裝備升級改造，實行節(jié)能降耗，為礦山持續(xù)發(fā)展提供強有力的支撐。

2.1 能源分級管理

工藝上選礦多碎少磨，井下排水多堵少排；設備上淘汰高能耗設備，通風與泵類采用變頻控制；管理上勤堵多疏，錯峰生產，井下排水、壓風、主井提升、碎礦等低谷用電段多生產。同時借助能源管理中心的平臺，將主要能耗設備接入能管系統(tǒng)，實時在線監(jiān)控各車間、各生產工序的能耗狀況，為能源計劃管理、能源實績分析、能效對標管理、能源統(tǒng)計分析、能源流向分析、能源預測分析、能源網絡優(yōu)化、能源平衡優(yōu)化等提供考核與決策依據(jù)。

2.2 礦山能源的循環(huán)利用

礦山生產要將井下水排至地表，同時井下與地表生產又要用水。針對不同涌水與水質情況分別處理，將-60 m中段以上清水通過泵房無人值守系統(tǒng)排至地表供選礦使用；將-280 m中段清水通過虹吸現(xiàn)象供井下生產使用；將-900 m中段渾水排至地表萬噸級水池，過濾后供選礦使用；選礦生產的回水也排至萬噸級水池過濾，實現(xiàn)水循環(huán)利用。

礦山壓風系統(tǒng)既是高耗能裝備，同時產生大量熱能。將熱能余熱回收，供礦山職工三班制洗澡使用，既節(jié)約了能源，又實現(xiàn)了礦山無煤化生產。

礦山尾礦中還有再回收價值，建立了尾礦綜合資源利用系統(tǒng)，在尾礦中提取高硫低品位鐵精礦作為選煤重介質使用，同時回收部分低品位銅，每年創(chuàng)效益5 000萬元以上。

3 主要做法

3.1 礦山節(jié)能降耗技術

針對礦山延伸開采生產中的節(jié)能降耗技術難題，礦山與高等院校和科研單位進行聯(lián)合攻關。其中，深井復雜通風系統(tǒng)優(yōu)化技術研究項目采用礦用空氣幕引射風流裝置等技術，進一步提高了通風質量，降低了能源消耗。深部防治水工程項目有效治理了深部涌水，節(jié)約了排水費用。選礦磨浮系統(tǒng)自動化項目進一步穩(wěn)定了生產，優(yōu)化了選礦經濟技術指標。碎礦系統(tǒng)改造項目實現(xiàn)了多碎少磨，極大降低了選礦用電單耗。

3.1.1 深井排水泵房無人值守自動化系統(tǒng)［1］

礦山延伸開采前，井下有-10，-280，-400，-580，-640 m共5個排水泵房，每天排水約為1萬多m3。延伸至-900 m后，將泵房優(yōu)化為-60，-400，-580，-900 m共4個泵房。將-60，-400，-580 m泵房改造為無人值守自動化控制，設定安全水位后，水泵均在用電低谷與平時時段運行。-900 m泵房采用先進節(jié)能的自平衡型多級離心泵，同時安裝國內首臺千米深井2DGN型油隔離泥漿泵，解決了水倉清理工作。與此同時，將-60 m中段以上清水排至地表直接供選礦使用，將-280 m中段清水通過虹吸現(xiàn)象供井下生產使用，將-900 m中段渾水排至地表萬噸級水池，過濾后供選礦用水，選礦生產的回水也排至萬噸級水池過濾，實現(xiàn)水循環(huán)利用。每年節(jié)約電費200萬元以上。

3.1.2 最優(yōu)礦石粗、中、細破碎系統(tǒng)［2］

礦山原有破碎系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的三段閉路碎礦、一段磨礦、螺旋分級、最后浮選的常規(guī)選礦工藝流程。將粗碎設置在井下，采用2臺低矮式破碎機，配有鏈板機。礦石粗破后，由箕斗提升至地表，進入粗礦倉。礦石由粗礦倉通過下料口到皮帶給料機，再到中碎前預先篩分機。

礦山生產過程中，一是由于礦石復雜多變，且鐵器較多，分揀漏掉鐵器經常會進入中、細破碎設備等，造成設備嚴重老化，破碎機處理能力嚴重下降。每班生產7～8 h，依然很難滿足生產要求。二是近幾年來，-580 m以上井下回采礦柱量逐年增加，礦柱回采過程中尾砂混入，原礦含泥沙量增多。同時，2#礦體礦石回采過程中，矽卡巖中的蛇紋石、綠泥石遇水泥化，黏性較強。由于以上原因，經常發(fā)生礦倉、漏斗、振動篩和破碎腔等的堵塞現(xiàn)象，碎礦流程不再暢通，嚴重影響到破碎篩分作業(yè)的正常生產。三是-616 m裝有2臺低矮式破碎機，礦山延伸開采后，-922 m設計1臺破碎機，提升至-580 m后，需要再次經過粗破，既浪費能源，又增加備件成本。

與研究院合作，完成了安慶銅礦破碎系統(tǒng)技術改造，在不改變粗碎前、細碎后原工藝的基礎上，建立破碎系統(tǒng)模型，優(yōu)化破碎參數(shù)，具體改造方案：拆除-616 m的1臺低矮式破碎機，改為成品礦倉直通；在-616，-922 m各裝1臺C110型鄂式破碎機，選礦中碎采用HP300型破碎機替代現(xiàn)有圓錐破碎機，細碎采用2臺HP200型破碎機替代現(xiàn)有3臺國產破碎機，對振動篩、電氣系統(tǒng)作相應局部改造。改造后效果：一是破碎系統(tǒng)開車時間每班次由原來7～8 h縮短為4～5 h，節(jié)約了能源；二是細碎后由原來的14 mm變?yōu)?0 mm左右，充分發(fā)揮以碎代磨，在處理量不變的情況下，選礦3號球磨機可少開動，進一步節(jié)約了能源。選礦用電單耗由37（kW·h）/t降到目前24.13（kW·h）/t。

與此同時，采用KQ型料倉堵塞治理清倉系統(tǒng)，對粉礦倉進行清理［3］，確保粉礦倉有效儲存，為碎礦系統(tǒng)避峰就谷運行提供了有力保障。

3.1.3 深井復雜通風系統(tǒng)優(yōu)化技術應用

目前開采有10個中段，深井通風尤其復雜。與高校合作，開展了多方面的研究：一是礦井通風系統(tǒng)三維仿真軟件開發(fā)與應用，解決了復雜通風系統(tǒng)三維仿真與優(yōu)化軟件通用性的關鍵技術；二是礦井硐室型風流調控理論技術的研究應用，解決了大斷面運輸巷道不掘繞道設置風機機站的關鍵技術；三是高效濕式旋流除塵裝備開發(fā)與研究應用，解決了濕式除塵器除塵效率低的關鍵技術，進一步降低了能源消耗。

3.2 科學組織生產

3.2.1 合理組織生產

礦山多中段、多采場生產，各個采場礦石品位相差很大，既要滿足礦山處理量、產品產量，又要滿足井下采、掘、充平衡。按照用電避峰就谷原則、能源循環(huán)利用的理念，合理組織生產。

（1）合理配礦，穩(wěn)定生產。在保證礦山處理量、產品產量基礎上，合理布置各采場出礦量，精細到每個小班，避免生產波動，帶來能源消耗波動。

（2）調整井下掘進作業(yè)時間。掘進需要大量壓風，正常作業(yè)需要380 m3/min。掘進安排在用電平谷時段與用電低谷段時間作業(yè)，每年可節(jié)約電費100萬元以上。

（3）合理安排主井提升與選礦碎礦系統(tǒng)銜接。在早班用電低谷時段，主井與碎礦全時段運行。

（4）西風井通風機安裝變頻裝置。礦山檢修、井下交接班等井下作業(yè)減少時，在滿足通風的基礎上，通過變頻調節(jié)，減少風機用電。

（5）優(yōu)化副井乘罐制度。17～22點不開機，井下乘罐人員較少時不開機等，減少副井用電。

（6）提高井下電機車運輸裝載率，減少運輸用電。

3.2.2 堵疏結合

礦山延伸至千米后井下正常涌水12 000 m3/d，突發(fā)涌水26 000 m3/d。為減少井下排水費用，采取了堵、疏多種措施。

（1）加強井下防治水。礦山涌水量較大，堅持有水必探、有水必治、堵疏結合。采用注漿方式，治理多處涌水。

（2）加強井口治理。對主井扣、副井口、斜坡道口周圍進行清理疏通，建立合理排水系統(tǒng)，防止雨水倒灌。

通過一系列治理，井下涌水減少到8 000 m3/d以下，減少了排水費用。

3.3 大力推進節(jié)能降耗工作

2014—2019年累計完成技術改造項目100余項，其中節(jié)能降耗的項目有供配電系統(tǒng)改造工程、壓風系統(tǒng)改造工程、通風機改造工程、提升系統(tǒng)改造工程、選礦系統(tǒng)改造工程、高能耗電機與變壓器改造等，改造后每年可產生3 000萬元的經濟收益。

（1）供配電系統(tǒng)改造工程。針對原供配電系統(tǒng)6 kV及0.4 kV電纜基本上為鋁芯電纜、無功補償設備電容器老化、總降壓變電所繼電保護常規(guī)繼電穩(wěn)定性與精度差、供配電系統(tǒng)負荷控制和監(jiān)測技術手段落后等問題，通過6 kV/0.4 kV鋁芯電纜改為銅芯阻燃電纜、GK-1型無功補償裝置改為TDWK6-3600/3型與部分就地補償結合、添加電力負荷監(jiān)控裝置等改造措施，實現(xiàn)了供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定，降低了供配電系統(tǒng)自身的能耗。

（2）壓風系統(tǒng)改造工程。改造前原供風系統(tǒng)為地面站全礦集中供風，安裝5臺大型空壓機及其附屬設備，其中有4臺國產和1臺進口的空壓機，額定功率均為540 kW。原供風系統(tǒng)存在設備均為高能耗設備，設備運行效率低、能耗高，裝機容量大，存在嚴重大馬拉小車現(xiàn)象，能耗浪費嚴重；隨著井下作業(yè)戰(zhàn)線拉長，壓風輸送管線增長，沿程阻力損失大，井下用風點的增加使用風時間不一致，集中供風制經常不能滿足生產用風調節(jié)要求，嚴重浪費能源。改造主要措施：采用螺桿空壓機替代原活塞式空壓機、改集中供風制為移動分散型壓風供風制或采用集中供風與就地供風相結合，對分散作業(yè)地點采用移動分散供風，對集中用風中段，采用就近集中供風；對井下裝載系統(tǒng)、放礦閘門、給礦閘門盡量采用電液推桿閘門，不用風動閘門；其它使用壓風為動力源的場所盡量直接用電力驅動，避免二次能量轉換造成能源損失；對供風管網進行合理布置，減少管網損失，便于加強用風管理；添加風機的自動化在線監(jiān)控裝置，使風機的運行狀態(tài)實時得以監(jiān)控調控。礦山壓風系統(tǒng)同時產生大量熱能，增加了余熱回收裝置，供礦山澡堂使用。改造后每年減少用電100余萬kW·h。

（3）通風機改造工程。改造前通風系統(tǒng)的總出口主風機是沈陽鼓風機廠生產的ZK60-4No28型礦用軸流風機，電機功率800 kW，于1992年正式投入使用，至今已用20 a，該機噪音大，電機效率低下。改造為高效節(jié)能型新風機，新的對旋式軸流通風機采用雙電機和雙主扇，效率高，電機消耗功率小，抽風量相當，新風機的總功率為2×315 kW。改造后可節(jié)省12.5%的能耗。

（4）井下運輸及提升系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改造。改造前井下-580 m以下礦石通過汽車運輸至-570 m，再由-580 m電機車運輸至主井提升，能耗高，運輸成本大，對井下造成較為嚴重環(huán)境污染。在-510 m建設1套盲主井提升系統(tǒng)，由汽車運輸改為盲井提升，降低了能源消耗。并在-580 m建設了自動化電機車運輸系統(tǒng)，提高了電機車裝載率，避免了礦廢石混裝。

（5）選礦系統(tǒng)改造。選礦磨礦系統(tǒng)原有一段磨礦球磨機3臺：2臺MQG3245型和1臺MQY2736型球磨機，日處理能力約為3 500 t。鐵精礦再磨1臺MQY2736型球磨機，銅精礦再磨1臺MQY2136型球磨機。以上球磨機主軸承都是滑動軸承（球面瓦），摩擦阻力大，能耗高，摩擦功耗約占球磨機電機功率的17%～23%。磨礦系統(tǒng)能耗較高，入磨粒度為16 mm，因此在生產初期，安慶銅礦磨礦系統(tǒng)的處理能力只有3 000 t/d，無法達到3 500 t/d的設計能力。為此，礦山在1#、2#2臺?3200×4500型格子球磨機的基礎上，于1997年又增加了3#?2700×3600型溢流型球磨機。3#?2700×3600型球磨機的裝機功率為455 kW，每年增加電耗370 kW。同時，由于入磨粒度大，鋼球消耗也有很大增加。為此，將5臺球磨機的滑動軸承改為滾動軸承，球磨機錳鋼襯板改為合金襯板，增加了磨礦自動化控制系統(tǒng)。原鐵精礦脫水設備為3臺ZPG-72型盤式過濾機，配備2臺185 kW水環(huán)真空泵，銅精砂脫水設備為3臺GD-20型折帶式過濾機，同樣也配備2臺185 kW水環(huán)真空泵。以上設備能耗高，效率低。為此，拆除原有6臺過濾機，安裝2臺TT-80型陶瓷過濾機［4］作為鐵精砂脫水設備（1開1備用）。安裝2臺TT-30型陶瓷過濾機作為銅精砂脫水設備（1開1備用），共淘汰4臺185 kW水環(huán)式真空泵。改造后，不但穩(wěn)定了生產，提高了選礦經濟技術指標，減少精礦損失，而且選礦用電單耗進一步下降。

（6）高能耗電機與變壓器改造。首先對全礦用電設備進行檢測，根據(jù)《用電設備檢測報告》，逐步淘汰了高能耗電機、變壓器，大馬拉小車現(xiàn)象電機。大力推進永磁電機的使用，目前已將重介質球磨機、5號銅再磨球磨機、8 m3浮選機、尾礦輸送砂泵等全部改為永磁電機。例如，重介質球磨機通過永磁電機改造，經過能源公司檢測，節(jié)電達27.5%。

3.4 綠色礦山建設

按照《有色金屬行業(yè)綠色礦山建設規(guī)范》（DZ/T 0320—2018），在礦山生產全過程中，實施科學有序開采，對礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境擾動控制在可控制范圍內，實現(xiàn)環(huán)境生態(tài)化、開采方式科學化、資源利用高效化、管理信息數(shù)字化和礦區(qū)社區(qū)和諧化的礦山。

（1）重介質脫水改造。近年來，隨著安慶銅礦下向分期延伸開采礦體的變化，礦石性質也發(fā)生變化，礦石中硫礦物逐步以具有磁性的磁黃鐵礦為主。為保證選礦廠鐵精礦產品品位，降低鐵精礦含硫，大選廠一方面強化磁精礦脫硫效果，一方面改進選礦流程，以達到降低鐵精礦含硫品位的效果。而大選廠產出的大量脫硫泡沫等磁黃鐵礦產品進入重介質廠回收，造成高硫超細鐵產品精礦（重介質）產量大幅度增加。

針對年產量8萬余噸濃度低于30%、粒度-20μm達31.29%以上、含硫達12%以上、黏度大的高硫超細鐵精礦［5］，采用磁化脫水工藝與高分子過濾板式陶瓷過濾機進行脫水，產品水份由原來20%以上降低到12%以下，達到減少產品流失、降低環(huán)境污染、便于儲存與運輸，增加礦山了經濟效益與社會效益。

（2）推廣綠色照明。礦山車間廠房、井下巷道、礦區(qū)道路、辦公場所原采用的是白熾燈與熒光燈照明，年總耗電量300 kW·h。將照明用具全部改為LED照明，進一步節(jié)約電費。

（3）破碎錘使用。礦山采掘過程中易出現(xiàn)大塊，一般需要二次爆破處理。與廠家合作，利用一臺報廢的鏟運機，改為移動破碎錘，進一步降低了炸藥使用，提高了安全，減少了排放。

4 實施效果

礦山下向分期延伸開采后，通過系統(tǒng)優(yōu)化，礦山生產穩(wěn)定，產品產量、經濟技術指標趨好。由于礦山-580 m以下東馬鞍山礦體銅、鐵品位降低，但是礦山通過調整采場、合理配礦等措施，加強“挖潛降耗、節(jié)能減排”工作，穩(wěn)定了生產。礦山延伸至-900 m后，根據(jù)原設計采礦用電單耗43.5（kW·h）/t，選礦單耗為37（kW·h）/t。通過采選系統(tǒng)優(yōu)化，到2019年底，采礦用電單耗降到23.65（kW·h）/t，選礦單耗降到24.13（kW·h）/t，節(jié)能降耗效果明顯。礦山從-580 m延伸到-900 m，增加了排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、壓風系統(tǒng)等設備設施，在礦山處理量115.5萬t/a不變的情況下，總用電量不但沒有增加，反而比以前減少，呈逐年遞減，節(jié)能降耗取得明顯效益，生產成本進一步下降。根據(jù)現(xiàn)有探明儲量，礦山還有30余年的開采期限，為礦山持續(xù)發(fā)展奠定了基礎。

5 結 語

安慶銅礦通過近幾年的不斷優(yōu)化改造，在經濟效益、社會效益方面均取得較好的成效。經過廣州賽寶認證中心服務有限公司節(jié)能審核，2014—2020年，實際節(jié)約電量3 313.57萬（kW·h）/a，節(jié)水90萬t/a，節(jié)約燃油680 t/a；節(jié)約設備維修費用500萬元/a；各項累計年增加經濟效益3 000萬元。通過系統(tǒng)優(yōu)化，穩(wěn)定了礦山供電系統(tǒng)，改善了礦山通風系統(tǒng)，保障了礦山壓風系統(tǒng)，提高了礦山提升系統(tǒng)效率，降低了礦山井下排水量，優(yōu)化了礦山選礦系統(tǒng)經濟技術指標，美化了礦山與周邊社區(qū)的環(huán)境。安慶銅礦獲得綠色礦山稱號。