鏡鐵山礦大型高效節能設備及高海拔設備適應性

摘 要：隨著海拔的升高，空氣密度降低，使高壓電氣設備的運行溫度增加，對于高海拔地區設備的適用性選擇、改造，勞動保護、電力供給等關鍵技術帶有很強的技術性、探索性及挑戰性。只有做好高海拔設備的適用性選擇及適用性改造，才能從根本上解決黑溝礦“三低”條件下的各種技術難題，滿足礦石開采的需要。文章通過對酒鋼鏡鐵山礦中的設備應用的探討，對于礦場的設備在節能以及海拔的適應性等方面進行了論述。

關鍵詞：鐵山礦；高效節能設備；適應性

1 概述

酒鋼鏡鐵山礦位于甘肅省嘉峪關市西南部祁連山、肅南裕固族自治縣祁豐鄉境內，位于東經98°03′，北緯39°22′，礦區居于北南十里峪谷之間，平均海拔高2640m，最高海拔3850米，屬大陸干寒氣候 ，年最高氣溫20.5℃，最低氣溫-37.3℃，結凍期長達7個月之久，冬季土壤凍結深度1.4m，年降雨量84mm，年蒸發量2371.5mm，最大風速12.5m/s，氣壓較低，平均550mmHg以下。如何在鏡鐵山礦黑溝礦區“三低”（低溫、低壓、低氧）條件下，使用、維護生產設備，成為酒鋼幾代人的夢想，1966年，鏡鐵山礦黑溝礦區開始初步設計，設計規模為年產原礦300萬t，露天開采。設計完成后，因為沒有能夠適應高海拔的采礦設備致使停建。隨著采礦設備的不斷發展，1999年開始建設，2002年投入生產。對于高海拔地區設備的適用性選擇、改造，勞動保護、電力供給等關鍵技術帶有很強的技術性、探索性及挑戰性。只有做好高海拔設備的適用性選擇及適用性改造，才能從根本上解決黑溝礦“三低”條件下的各種技術難題，滿足酒鋼集團對黑溝礦年450萬噸礦石的需要。

2 高海拔、超低溫環境對供電設備及機械設備的影響

2.1 高海拔、超低溫環境對電氣設備的影響

高海拔對電氣設備的影響主要為電氣絕緣降低、電氣設備溫升提高，海拔升高，氣壓降低，空氣的絕緣強度減小，使電氣的絕緣降低，同時，隨著海拔的升高，空氣密度降低，使高壓電氣設備的運行溫度增加，雖然高海拔低溫可補償部分升溫，但總體影響較大。

（1）低氣壓時的低空氣密度使空氣電介電強度、空氣冷卻效應及弧隙空氣介質強度降低，從而引起電氣設備絕緣耐壓降低，同時，由空氣冷卻的電工產品和電氣設備的零部件溫升增高，使其在空氣中滅弧能力降低。

（2）低氣溫及溫差變化大，主要引起電氣產品密封損壞、電氣元件機械變形或殼體開裂。

（3）低氣溫、高海拔環境因氣壓低使電氣設備的弧光放電壓降低。

（4）高海拔、低溫環境尤其對露天礦大型移動設備的供電電纜提出更換要求，較低溫時礦用移動電纜喪失柔韌性、變得硬、脆、一旦移動，電纜外皮極易破裂、電纜失去外絕緣保護層，絕緣勢必降低，容易發生短路故障。

2.2 高海拔、超低溫環境對機械設備的影響

（1）使大型內燃發動機熱平衡機理喪失，由于受黑溝高海拔、低氣壓影響，礦山大型設備TEREX3307、TR50、TR100等大型設備的內燃發動機因高海拔、低氣壓影響，內燃發動機氣缸內充氣量減少，空氣充量系數降低，可燃混合氣體過濃，導致燃燒效果差、后燃現象加劇，熱負荷增加，同時由于冷卻風流量減少，冷卻水沸點降低，導致散熱能力降低，熱負荷進一步增加。后果：柴油單耗增加、設備功率降低、發動機壽命減少。

（2）高海拔、低溫、低氣壓使內燃發動機功率下降、起動困難、故障率增加、耐用性能下降。

（3）高海拔、低溫、低氣壓使發動機傳動部分及液壓部分潤滑油粘增大，尤其冬天，潤滑油容易結塊，起動極其困難，最常見事故為斷軸、軸承抱死、軸承座開裂、接觸器因起動電流大粘連、燒毀，過熱甚至燒毀、發動機磨損加劇、液壓閥失控等。

（4）高海拔、低溫對黑溝采場設備最主要、也是影響安全的最重要的影響為低溫環境使電鏟鋼絲繩柔韌性變差、卷筒提繩困難、冬天極易發生鋼絲繩斷絲、掉槽，甚至斷繩現象，容易發生人身及設備安全事故。

3 采場設備現狀及適用性研究、改造

由于作業現場及產能要求，設備逐步更新為大型高效的采礦設備。從建設初期使用液壓挖掘機，內燃空壓機，風動鑿巖機更新為4m3電動挖掘機，電動空壓機，電動KY-250牙輪鉆機，隨著產能增加不斷增加，有先后補充了10m3電動挖掘機，KY-310電動牙輪鉆機及100t自卸礦車。設備的大型化，一方面提高了勞動生產率，一方面降低了能源消耗，更重要的是為貧富兼采提供了有力的保障。黑溝礦區探明的低品位礦石8300萬噸，為了全部回收這些礦石，鏡鐵山礦采用大鏟采富礦，小鏟采貧礦的配礦方法確保了原礦品位的穩定性，更好的利用了鐵礦石資源。在設備更新補充過程中，鏡鐵山礦充分考慮了裝備的先進行，合理性以及低溫、高海拔的適應性。主要措施：

3.1 高海拔、低溫環境電氣設備選用、改造原則

（1）由于高海拔對低壓設備影響較小，在低壓設備選型時，為降低成本，低壓設備可選用與平原地區相同標準的低壓設備。

（2）選用高原型高壓電氣設備，同時增加爬電間隙，提高耐壓等級。如將6KV等級斷路器、隔離開關更換為10KV耐壓等級。

（3）選用免維護、成套性好、自動化程度高及組合式電氣設備，免受外界凝露、污穢、高海拔影響。

（4）繼電保護設備選微機保護、避免因低溫環境造成DL、GL電磁式繼電器機械變形、油絲失效，進而影響保護定值及時效。

3.2 高海拔、低溫環境機械設備選用、改造原則

（1）為了滿足高海拔設備的機械性能，在主要受力部件制造時加入錳、鉬金屬，增加部件的強度和韌性，防止低溫環境下“冷脆”現象。

（2）由于海拔高，環境溫度較低，空壓機在冬季由于潤滑油粘度大，空壓機無法正常啟動，將風冷式空壓機改造為水冷式空壓機。

（3）由于海拔高，氣壓低，空氣流動性較差，致使電機內部散熱不好。在高海拔選用電機時，對于大轉矩的交流電機，電機容量一般比平原增加20%以上。對于直流電動機，要求加裝強制冷卻裝置。

（4）采用無油鋼絲繩，改進導向裝置，避免夾繩、斷繩現象。

（5）超低溫焊接時采用帳篷保溫或氣焊加熱措施，防止脫焊或焊接本體開裂。

3.3 高海拔、低溫環境內燃設備改造措施

（1）由于海拔高，空氣中氧氣含量較低，造成內燃設備發動機冒黑煙，在發動機內部容易產生積碳，加劇發動機磨損。可通過調整發動機供油量延長了發動機使用壽命，降低了燃油消耗。以海拔2600米為基準，海拔高度每增加300米，發動機供油量降低4%。

（2）在原發動機基礎上增加增壓設施、以維持現有功率。

（3）采用增壓發動機，功率按海拔每升高1000米，增加10%-15%，同時對供油、進氣、排氣設施加裝預熱（伴熱帶）及保溫設施。

（4）改進增壓器，合理改造發動機進、排氣管、調整發動機冷卻系統，保證燃燒充分，降低排氣溫度，同時調節發動供油時間。

（5）增加空氣濾清器數量，一方面減少空氣污染，另一方面使空氣濾清器額定容量大于發動機額定吸氣量，以改進發動機進氣條件。

（6）穿衣、戴帽原則，對重點部位冬天采取穿衣、戴帽方法，保持設備、設施溫度，防止液壓油、潤滑凝結、設備無法起運或堵轉。

4 結束語

鏡鐵山礦黑溝礦從2002年投產以后設備、電氣故障頻繁、年產量50萬噸至2012年采剝總量1000多萬噸，一方面得益生產組織，另一方面利益于堅持不懈的設備適用研究及設備改造，目前，黑溝設備月故障率降低至1.2‰以下，為鏡鐵山礦年產1000萬噸鐵礦石打好了良好的基礎。