大紅山銅礦東部箕斗豎井提升系統建設方案

李春林，羅代祺

（云南銅業股份有限公司，云南昆明 650051）

1 工程概述

玉溪礦業大紅山銅礦位于云南新平縣戛灑鎮，隸屬于云南銅業股份有限公司，是一家國有大型地下礦山采選企業。為確保礦山可持續發展，大紅山銅礦建設礦區F3 斷層以西西部礦段的采礦工程，其資源儲量1360 萬噸，井下采礦建設規模為6000 t/d。

東部箕斗豎井提升系統是該采礦工程重點內容，承擔著井下礦石和廢石的提升任務。通過東部箕斗提升系統實現原礦和廢石一次提升到地面，礦石通過輸送皮帶轉運至大紅山銅礦二選廠，廢石通過汽車倒運至廢石堆場。

2 提升方案選擇

2.1 箕斗豎井

東部箕斗豎井系明豎井，井口布置于大紅山銅礦二選廠原礦倉以東的工業場地平臺，井口標高794 m，井底標高-165 m，井筒直徑5.5 m，井下破碎站布置于標高-60 m，計量硐室布置于標高-100 m，井底粉礦回收布置于標高-165 m。井筒提升高度達894 m，設計提升能力要求9000 t/d。

2.2 提升方式

2.2.1 提升方式的選擇

根據提升深度要求，提升方式采用多繩摩擦式提升。多繩提升的鋼絲繩不纏繞在卷筒上，而是搭在主導輪上，提升高度不受卷筒容繩量的限制。多繩提升同時斷繩的概率小，安全性高。

2.2.2 多繩摩擦式提升工作原理

多繩提升機的鋼繩搭在主導輪上，兩端各懸掛一個提升容器，或一端懸掛容器，另一端懸掛平衡錘。借助于主導輪上的摩擦襯墊與鋼絲繩之間摩擦力來傳動鋼絲繩，使容器移動，從而完成提升和下放重物的任務。

2.3 提升設備類型

2.3.1 提升設備類型的選擇

多繩提升設備分塔式和落地式兩種類型。東部箕斗豎井所在平臺場地狹小，受工業場地限制和提升量的需求，選擇塔式多繩提升設備，雙箕斗提升。

2.3.2 塔式多繩提升系統（圖1）

基于提升深度深和提升鋼繩導向要求，采用有導向輪的多繩提升設備。

圖1 塔式多繩提升系統

2.3.3 塔式多繩提升優點

（1）布置緊湊，可節省工業場地。

（2）不需要設置天輪，鋼絲繩搭在主導輪上，提升高度不受卷筒容繩量的限制，適合深井提升。

（3）全部載荷垂直向下，井架穩定性好、安全性高。

（4）鋼絲繩不會因祼露在室外影響摩擦系數，提高安全性，延長使用壽命。

2.3.4 塔式多繩提升缺點

（1）需要建設井塔，塔式多繩提升系統造價較高。

（2）維護檢修工作復雜，后期運行維護成本也比較高。

3 提升機系統設備的選擇

提升系統主要設備選用JKM4.5×6 井塔式提升機，2 個15 m3底卸式箕斗，鋼繩罐道，2 臺2500 kW 直流電機。

3.1 提升機

選擇JKM4.5×6 井塔式提升機，數量1 臺。技術要求：①有導向輪的塔式提升機主導輪和提升機鋼絲繩的直徑比Dj/ds 不小于100；②雙電機直流直聯驅動；③在尾繩與首繩等重量時，最大靜張力1011.5 kN，最大靜張力差263 kN。主要技術參數：①主導輪直徑4500 mm；②導向輪直徑3600 mm：③鋼絲繩間距300 mm；④提升首繩采用鋼絲繩根數6 根；⑤工作提升速度12.73 m/s；⑥提升加、減速度0.75 m/s；⑦在無油、淋水狀態下，摩擦系數不小于0.25。

3.2 提升電機

選擇ZKTD285/67 型電機，數量2 臺。技術要求：小時提升次數25.7 次，每次提升量不小于24 t，小時提升能力616.8 t，完成8000 t/d 礦石提升任務，工作提升時間12.97 h，每天分兩次完成1000 t/d 廢石提升任務，每次1 h，穿插在三班工作內。技術參數：①轉速為54 r/min；②功率2500 kW；③過載倍數為1.8 倍。

（1）提升速度驗證計算（圖2）。t1=4.8 s，t2=1.85 s，t3=69 s，t4=15.3 s，t5=19.5 s，t6=3.3 s，t7=t8=4 s，t9=16 s，T=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9=140 s。

圖2 提升速度圖示

（2）提升力驗證計算（圖3）。預選電機的額定力Fe=（1000）×2×5000×0.98/12.73=384 917 N。按照圖3 中最大動力Fmax進行過載動力校核，λ′=472 529/384 917=1.23＜0.85×λ=1.53。λ 是電機過載系數。

經過上述驗證計算，所選電機滿足使用要求。

圖3 提升力圖示

3.3 提升鋼絲繩（首繩）

（1）提升首繩選型及驗證計算。

式中 Ps——鋼絲繩每米質量，kg/m

Qmax——最大裝載量，kg

Qj——箕斗質量，kg

Lo——鋼繩懸垂長度，m

E——鋼絲繩抗拉強度，MPa

ρ——鋼繩假定密度，kg/m3

g——重力加速度，m/s2

m——鋼絲繩安全系數，≥7

n——提升鋼繩根數

本例中，Qmax=26 754.39 kg，Qj=30 170 kg，Lo=1020 m，E=1470 MPa，ρ=9000 kg/m3，g=9.806 65 m/s2，m=7（提升物料時），n=6。帶入式（1）計算，Ps=6.979 426 kg/m。為此，提升機提升首繩共6 根，選用直徑44 mm 三角股鋼絲繩，自重807 kg/100 m，鋼絲繩公稱抗強度1670 MPa、最小破斷拉力1220 kN。

（2）提升首繩的安全系數驗證計算。

式中 m′——鋼絲繩實際安全系數

P——選定鋼絲繩的自重，kg/m

Qp——鋼繩中鋼絲破斷力總和，N

本例中，P=8.07 kg/m，Qp=1 435 940 N，帶入式（2）計算，m′=8.26，滿足提升物料時首繩安全系數m≥7 的要求。

3.4 自控系統

要求實現自動裝卸、預警/報警、制動、可視等遠程智能集中控制的功能。

4 工程建設可行性分析

4.1 工程重點

工程在立井井筒（深度約959 m）和井塔高空（高度約86 m）的條件下施工建設，工程質量和技術要求高，安全生產風險大。工程重點是提升機、井塔電氣設備、鋼絲繩和裝卸礦設施的安裝與調試。

4.2 技術要求

工程質量和技術應達到有色金屬礦山井巷安裝工程、工程測量、電氣設備工程安裝、鋼結構工程、地下礦山安全規程等施工及驗收標準和規范要求。

4.3 主要施工機械設備

吊裝設備是工程的主要施工機械設備，需要配置大噸位絞車，輔以中小噸位絞車，大噸位絞車按JZ-40/1300 型鑿井絞車的規格配置。

4.4 施工組織

4.4.1 吊裝作業

吊裝作業點主要布置在井下標高-60 m、井口平面和井塔提升機房。首先利用大噸位絞車，從井塔預留的吊裝孔，先行安裝井塔提升機房的檢修行車，并調試合格投入使用，作為提升機施工的吊裝設備。

4.4.2 質量、安全控制

工程質量要求高，安全生產安全風險大。在建設過程中，嚴格執行質量、安全標準，通過管理措施、技術措施、資金投入、施工機具等保證工程質量和安全。

5 工程建設達到的效果

建設方案交付設計后，工程于2016 年9 月20 日建設完成，9 月25 日完成無負荷試車調試、負荷試車調試，2016 年9 月26日投入試生產，2017 年8 月30 日投入正常生產。

在生產期間，提升機常規以10 m/s、24 t/斗運行，提升能力達到559.2 t/h，每天約16 h 即能完成9000 t/d 的設計提升量。

6 結束語

通過本次箕斗豎井提升系統建設方案的實踐，多繩摩擦式提升首次成功應用到公司的礦山生產，又一次推進礦山工業規模化和機械化程度。從技術、設備上促進本質安全生產，節約生產建設用地，保護生態環境。隨著礦產資源地下開發深度越來越大、生態環境保護日趨嚴格、礦山企業安全生產和規模效益的突出要求，塔式多繩摩擦提升的應用具有更加廣闊的前景。