白云鄂博某矿排土机堆排工艺设计

董红彦　王伊鸣

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)



白云鄂博某矿排土机堆排工艺设计

董红彦王伊鸣

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

摘要针对目前露天矿山的生产特点，根据胶带机运输物料的特性，以白云鄂博某矿的排土场为背景，提出了在半连续工艺系统中排土机排土工艺。通过上排作业排土带宽度、下排作业排土带宽度、排土工作平台宽度工艺参数及设备选型确定了排土场最大移设宽度，选择了扇形排土方式，介绍了排土机组装和初始路堤布置的要求，为深凹露天矿山排土场建设生产提供了参考。

关键词露天矿山排土机堆排扇形排土

露天采矿场粗破碎的废石排土场占用土地多，体积大，对地表破坏性大[1]。目前我国的露天矿山排土场大多采用汽车排土的方式。在露天矿场初期开采，排土场一般都采用矿用自卸汽车运输，推土机推排的排土工艺。汽车排土场均为多阶段覆盖式平地排土场[2]。进入到矿山开采后期，汽车运距逐渐增加，超出了经济合理运距的范围，就要考虑运输方式的替代。一方面矿山开采后期产量不断增加，一方面采场不断深入，排土场堆土标高的不断增加致使运输的竖向距离不断增加，胶带机就成为了合适的替代运输设备。汽车-采场内半移动破碎站-胶带机联合运输系统因其强大的经济性优势在近20多a的矿山开采中得到了较广泛应用。以白云鄂博某矿的排土场为背景，设计排土机堆排工艺，为安全生产、保护环境、节约土地和提升综合经济效益提供技术保障。

1工程概况

白云鄂博某矿山根据采剥进度计划，目前排土场均为汽车直排，排土场分别排弃稀土、白云岩、废岩、第四系岩土和铌矿。新设计的Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土场位于西采场西侧，自东向西布置，排土场采用联合运输，排土机堆排的排土工艺，即采场后期深部剥离的稀土、白云岩及废岩按种类不同，通过汽车-采场内半移动破碎站-边帮胶带运输机运至Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土机排土场，经卸料小车转载后由排土机进行排土作业。

2排土工艺设计

2.1排土参数确定

Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土场均为多阶段覆盖式平地排土场，分2个台阶布置，每个台阶上排高15 m，下排高40 m。上、下排土平台及台阶间的安全距离为20 m。排土场的排土标高：Ⅳ-1#为1 630，1 685 m；Ⅳ-2#为1 630，1 685 m；Ⅳ-3#为1 635，1 690 m。

排土工艺参数主要有上排作业排土带宽度、下排作业排土带宽度、排土工作平台宽度3个指标。

2.1.1上排作业排土带宽度

排土机侧帮上排作业时，排土带宽度可由下式确定：

(1)

式中，WH为上排作业排土带宽度，m；L为排料臂长度，m；b为排土机走行中心线与下排台阶坡脚安全距离，m；Dp为排料臂与机体连接点与臂架水平回转中心距离，m；h为上排作业排土体顶部与排料臂间安全距离，m；α为排料臂仰角，(°)；v为排料胶带机带速，m/s；g为重力加速度，m/s2。

2.1.2下排作业排土带宽度

排土机侧帮下排作业时，排土带宽度可由下式确定：

(2)

式中，WL为下排作业排土带宽度，m；S为排土机走行中心线与排土台阶坡顶安全距离，m；Hp为排料臂与机体连接点对地高度，m；其他符号意义同前。

2.1.3排土工作平台宽度

排土机上、下排联合作业时，工作平台宽度可由下式确定：

(3)

式中，B为排土工作平台宽度，m；A为胶带机中心线距上排台阶坡脚最小距离，m；TP为排土机走行中心线与胶带机中心线最小间距，m；N为排幅数量；W为排土带宽度,m。

2.1.4排土机选型

依据采场内的岩石量，设计选用PLK4500型排土机，理论生产能力为4 500 m3/h，排料臂回转半径为50 m，受料臂长(50±2) m，胶带机带宽1 800 mm，胶带机带速为5.5 m/s，理论能力利用系数为71.4%～78.1%。

根据排土机的型号以及上述参数计算确定Ⅳ-1#、Ⅳ-2#、Ⅳ-3#排土场最大移设宽度为85 m。

2.2排土方式选择

排土机排土场的排土工艺主要有扇形排土、矩形排土和混合排土方式。由于移设方式的差异，在移置式胶带机长度相同的前提下，矩形排土移设一次排土量约为扇形排土的1.4倍。然而扇形排土综合移设距离相对矩形排土较短，并且在移设时卸料小车可以通过轨道移至胶带机尾部，在移设其他部位的工作中，不必移动卸料小车及排土机，因此，扇形排土胶带机移设时间较短，一般为3～5 d；由于矩形排土综合移设距离较大，并且在每个移设步距中均需平行移设卸料小车，移设时间较长，根据相关资料及调查统计，矩形排土移设时间大约为15～20 d，为扇形排土的3～4倍。因此,扇形排土与矩形排土相比，一次移设排土作业效率更高。

以长度为1 000 m的排土线为例，扇形排土与矩形排土方案比较见表1。其中，考虑移置式胶带机中心线距坡顶安全距离为10 m，胶带机与排土机最小工作距离为20 m，排土机走行中心距排土场下排坡顶最小工作距离为20 m及排土机安装场地所需平面尺寸，初始路堤的宽度初步确定为70 m，排土机工作路堤宽度确定为115 m，移置式胶带机中心线距下排台阶坡顶线为100 m，距上排台阶坡脚线15 m。

表1　扇形与矩形排土方案比较

综合以上因素，排土机排土场宜选择扇形排土形式。

2.3排土机组装及初始路堤

排土机以部件形式运至露天矿后，由于机体和重量都很大，必须在专门的场地组装。组装场地应距离使用现场较近，平整且有一定的承载能力，并具备电源及外部交通联络等条件。

同时组装设备的规格和数量根据工程进展计划制定的每套机组的投产间隔期推算确定，而组装场地的面积则取决于同时在场内组装的设备数量及每套设备的组装时间。根据有关资料，中等型号排土机(Q=5 000 m3/h，机重950 t)所需台位面积为11 000～12 000 m2；而《冶金矿山排土场设计规范》(征求意见稿)中规定初始排土机组装场地面积不宜小于100 m×50 m。胶带机驱动站所需台位面积为3 000～3 500 m2。

组装场地需配置一定的起重设备，数量及规格主要根据排土机最大部件重量、组装工作量及组装工艺等因素确定。排土机主要组装件包括履带架、履带固定装置、平台(工字型支座)、平衡架、电气房、配重架提升部分、排料胶带机及受料胶带机等，其中排土机平台、平衡架以及排受料臂为较重部件，在选择起重设备时应充分考虑[3]。

排土机正常排土作业前需设置初始路堤。初始路堤宽度由3部分组成，即移动胶带机中心线至路堤边缘距离(不小于10 m)、移动胶带机中心线至排土机中心线距离(20 m)、排土机中心线至路堤边缘距离(根据稳定性分析计算确定)。初始路堤可由汽车排土填筑，也可由排土机自筑形成。排土机自筑初始路堤时，每次延伸长度应符合胶带机单元模数，并且应避免推进速度过快而产生明显沉降现象。

3排土作业过程

Ⅳ-1#及Ⅳ-2#排土机安装场地尺寸为70 m×150 m，由前期生产排土完成，然后由白云岩及废岩排土机自筑145 m宽路堤向转载点的北部排弃，最终形成白云岩与废岩的排土路堤。排土场内XB、XF移置式胶带以尾部为轴分别逆时针、顺时针移设，移设最大宽度为85 m，XB、XF移置式胶带机长1 580，1 380 m。第一台阶排土完成后排土场需进行升段，此时新设X6、X7升段胶带机自X4转运站分别延伸至Ⅳ-2#及Ⅳ-1#排土场第二台阶，升段后路堤宽70 m。升段后XB、XF移置式胶带分别以尾部为轴顺时针、逆时针移设，胶带机的长度分别为1 150，950 m。

Ⅳ-3#排土机安装场地尺寸为70 m×150 m，由前期生产排土完成，然后由稀土排土机自筑70 m宽路堤向转载点的西部排弃，最终形成稀土排土路堤。排土场内XX移置式胶带以尾部为轴逆时针移设，移设最大宽度为85 m，XX移置式胶带机长1 670 m。第一台阶排土完成后排土场需进行升段，此时新设X5升段胶带机自X3转运站延伸至排土场第二台阶，升段后路堤宽70 m，排土作业及移设方式与升段前相同，升段后XX移置式胶带机长1 250 m。Ⅳ-1#～Ⅳ-3#排土场及胶带系统布置见图1。

图1　Ⅳ-1#～Ⅳ-3#排土场及胶带系统布置

排土机以往复走行的方式进行排土作业。首先排土机自移置式胶带机的尾部开始下排，直到移动至胶带机头部，然后排土机从胶带机头部绕行至胶带机另一侧开始上排，直到移动至胶带机尾部，最后对移置式胶带机(包括机架及头部驱动站)进行移设，完成一个排土作业循环。

4结语

深凹露天矿开采中汽车-破碎站-带式输送机-排土机半连续工艺系统具有技术含量高、爬坡能力强、适应性强、运营费低的优点。排土机排土场作为其中的一个重要环节，应给予足够的重视。通过确定排土场工艺参数及设备选型，选择合理堆排方式，技术可行，经济合理，安全可靠，对深凹露天矿山排土工作具有很好的指导意义。

参考文献

[1]王运敏.现代采矿手册[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[2]中国有色金属工业协会.GB 50421—2007有色金属矿山排土场设计规范 [S].北京：中国计划出版社，2007.

[3]王鑫.某露天煤矿排土机选型 [J].露天采矿技术,2013(12):31-33.

(收稿日期2016-02-22)

董红彦(1985—)，女，工程师，硕士,066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道71号。