白云鄂博某礦排土機堆排工藝設計

董紅彥　王伊鳴

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

?

白云鄂博某礦排土機堆排工藝設計

董紅彥王伊鳴

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

摘要針對目前露天礦山的生產特點，根據膠帶機運輸物料的特性，以白云鄂博某礦的排土場為背景，提出了在半連續工藝系統中排土機排土工藝。通過上排作業排土帶寬度、下排作業排土帶寬度、排土工作平臺寬度工藝參數及設備選型確定了排土場最大移設寬度，選擇了扇形排土方式，介紹了排土機組裝和初始路堤布置的要求，為深凹露天礦山排土場建設生產提供了參考。

關鍵詞露天礦山排土機堆排扇形排土

露天采礦場粗破碎的廢石排土場占用土地多，體積大，對地表破壞性大[1]。目前我國的露天礦山排土場大多采用汽車排土的方式。在露天礦場初期開采，排土場一般都采用礦用自卸汽車運輸，推土機推排的排土工藝。汽車排土場均為多階段覆蓋式平地排土場[2]。進入到礦山開采后期，汽車運距逐漸增加，超出了經濟合理運距的范圍，就要考慮運輸方式的替代。一方面礦山開采后期產量不斷增加，一方面采場不斷深入，排土場堆土標高的不斷增加致使運輸的豎向距離不斷增加，膠帶機就成為了合適的替代運輸設備。汽車-采場內半移動破碎站-膠帶機聯合運輸系統因其強大的經濟性優勢在近20多a的礦山開采中得到了較廣泛應用。以白云鄂博某礦的排土場為背景，設計排土機堆排工藝，為安全生產、保護環境、節約土地和提升綜合經濟效益提供技術保障。

1工程概況

白云鄂博某礦山根據采剝進度計劃，目前排土場均為汽車直排，排土場分別排棄稀土、白云巖、廢巖、第四系巖土和鈮礦。新設計的Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場位于西采場西側，自東向西布置，排土場采用聯合運輸，排土機堆排的排土工藝，即采場后期深部剝離的稀土、白云巖及廢巖按種類不同，通過汽車-采場內半移動破碎站-邊幫膠帶運輸機運至Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土機排土場，經卸料小車轉載后由排土機進行排土作業。

2排土工藝設計

2.1排土參數確定

Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場均為多階段覆蓋式平地排土場，分2個臺階布置，每個臺階上排高15 m，下排高40 m。上、下排土平臺及臺階間的安全距離為20 m。排土場的排土標高：Ⅳ-1#為1 630，1 685 m；Ⅳ-2#為1 630，1 685 m；Ⅳ-3#為1 635，1 690 m。

排土工藝參數主要有上排作業排土帶寬度、下排作業排土帶寬度、排土工作平臺寬度3個指標。

2.1.1上排作業排土帶寬度

排土機側幫上排作業時，排土帶寬度可由下式確定：

(1)

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

2.1.2下排作業排土帶寬度

排土機側幫下排作業時，排土帶寬度可由下式確定：

(2)

式中，WL為下排作業排土帶寬度，m；S為排土機走行中心線與排土臺階坡頂安全距離，m；Hp為排料臂與機體連接點對地高度，m；其他符號意義同前。

2.1.3排土工作平臺寬度

排土機上、下排聯合作業時，工作平臺寬度可由下式確定：

(3)

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

2.1.4排土機選型

依據采場內的巖石量，設計選用PLK4500型排土機，理論生產能力為4 500 m3/h，排料臂回轉半徑為50 m，受料臂長(50±2) m，膠帶機帶寬1 800 mm，膠帶機帶速為5.5 m/s，理論能力利用系數為71.4%～78.1%。

根據排土機的型號以及上述參數計算確定Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土場最大移設寬度為85 m。

2.2排土方式選擇

排土機排土場的排土工藝主要有扇形排土、矩形排土和混合排土方式。由于移設方式的差異，在移置式膠帶機長度相同的前提下，矩形排土移設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距離相對矩形排土較短，并且在移設時卸料小車可以通過軌道移至膠帶機尾部，在移設其他部位的工作中，不必移動卸料小車及排土機，因此，扇形排土膠帶機移設時間較短，一般為3～5 d；由于矩形排土綜合移設距離較大，并且在每個移設步距中均需平行移設卸料小車，移設時間較長，根據相關資料及調查統計，矩形排土移設時間大約為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，一次移設排土作業效率更高。

以長度為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，考慮移置式膠帶機中心線距坡頂安全距離為10 m，膠帶機與排土機最小工作距離為20 m，排土機走行中心距排土場下排坡頂最小工作距離為20 m及排土機安裝場地所需平面尺寸，初始路堤的寬度初步確定為70 m，排土機工作路堤寬度確定為115 m，移置式膠帶機中心線距下排臺階坡頂線為100 m，距上排臺階坡腳線15 m。

表1　扇形與矩形排土方案比較

綜合以上因素，排土機排土場宜選擇扇形排土形式。

2.3排土機組裝及初始路堤

排土機以部件形式運至露天礦后，由于機體和重量都很大，必須在專門的場地組裝。組裝場地應距離使用現場較近，平整且有一定的承載能力，并具備電源及外部交通聯絡等條件。

同時組裝設備的規格和數量根據工程進展計劃制定的每套機組的投產間隔期推算確定，而組裝場地的面積則取決于同時在場內組裝的設備數量及每套設備的組裝時間。根據有關資料，中等型號排土機(Q=5 000 m3/h，機重950 t)所需臺位面積為11 000～12 000 m2；而《冶金礦山排土場設計規范》(征求意見稿)中規定初始排土機組裝場地面積不宜小于100 m×50 m。膠帶機驅動站所需臺位面積為3 000～3 500 m2。

組裝場地需配置一定的起重設備，數量及規格主要根據排土機最大部件重量、組裝工作量及組裝工藝等因素確定。排土機主要組裝件包括履帶架、履帶固定裝置、平臺(工字型支座)、平衡架、電氣房、配重架提升部分、排料膠帶機及受料膠帶機等，其中排土機平臺、平衡架以及排受料臂為較重部件，在選擇起重設備時應充分考慮[3]。

排土機正常排土作業前需設置初始路堤。初始路堤寬度由3部分組成，即移動膠帶機中心線至路堤邊緣距離(不小于10 m)、移動膠帶機中心線至排土機中心線距離(20 m)、排土機中心線至路堤邊緣距離(根據穩定性分析計算確定)。初始路堤可由汽車排土填筑，也可由排土機自筑形成。排土機自筑初始路堤時，每次延伸長度應符合膠帶機單元模數，并且應避免推進速度過快而產生明顯沉降現象。

3排土作業過程

Ⅳ-1#及Ⅳ-2#排土機安裝場地尺寸為70 m×150 m，由前期生產排土完成，然后由白云巖及廢巖排土機自筑145 m寬路堤向轉載點的北部排棄，最終形成白云巖與廢巖的排土路堤。排土場內XB、XF移置式膠帶以尾部為軸分別逆時針、順時針移設，移設最大寬度為85 m，XB、XF移置式膠帶機長1 580，1 380 m。第一臺階排土完成后排土場需進行升段，此時新設X6、X7升段膠帶機自X4轉運站分別延伸至Ⅳ-2#及Ⅳ-1#排土場第二臺階，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針、逆時針移設，膠帶機的長度分別為1 150，950 m。

Ⅳ-3#排土機安裝場地尺寸為70 m×150 m，由前期生產排土完成，然后由稀土排土機自筑70 m寬路堤向轉載點的西部排棄，最終形成稀土排土路堤。排土場內XX移置式膠帶以尾部為軸逆時針移設，移設最大寬度為85 m，XX移置式膠帶機長1 670 m。第一臺階排土完成后排土場需進行升段，此時新設X5升段膠帶機自X3轉運站延伸至排土場第二臺階，升段后路堤寬70 m，排土作業及移設方式與升段前相同，升段后XX移置式膠帶機長1 250 m。Ⅳ-1#～Ⅳ-3#排土場及膠帶系統布置見圖1。

圖1　Ⅳ-1#～Ⅳ-3#排土場及膠帶系統布置

排土機以往復走行的方式進行排土作業。首先排土機自移置式膠帶機的尾部開始下排，直到移動至膠帶機頭部，然后排土機從膠帶機頭部繞行至膠帶機另一側開始上排，直到移動至膠帶機尾部，最后對移置式膠帶機(包括機架及頭部驅動站)進行移設，完成一個排土作業循環。

4結語

深凹露天礦開采中汽車-破碎站-帶式輸送機-排土機半連續工藝系統具有技術含量高、爬坡能力強、適應性強、運營費低的優點。排土機排土場作為其中的一個重要環節，應給予足夠的重視。通過確定排土場工藝參數及設備選型，選擇合理堆排方式，技術可行，經濟合理，安全可靠，對深凹露天礦山排土工作具有很好的指導意義。

參考文獻

[1]王運敏.現代采礦手冊[M].北京：冶金工業出版社，2012.

[2]中國有色金屬工業協會.GB 50421—2007有色金屬礦山排土場設計規范 [S].北京：中國計劃出版社，2007.

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

(收稿日期2016-02-22)

董紅彥(1985—)，女，工程師，碩士,066004 河北省秦皇島市經濟技術開發區龍海道71號。