石灰石露天矿开采技术及设备配置研究

发表时间:2016/9/18   来源:《工程建设标准化》2016年7月总第212期   作者:贾建民
[导读] 随着我国水泥工业的快速发展,石灰石的需求量越来越大,石灰石矿的开采越来越多。

(中国葛洲坝集团易普力股份有限公司,广西,贵港,537313)
 
        【摘  要】随着我国水泥工业的快速发展,石灰石的需求量越来越大,石灰石矿的开采越来越多。本文结合石灰石矿露天开采机开采技术特点分析,从石灰石露天矿开采技术工艺分析入手,主要针对石灰石矿露天开采机配置评估及建议进行了简要分析,以供参考。
        【关键词】石灰石矿;露天矿开采技术;设备配置;建议

        1.导言
        随着现代科学技术的不断发展进步,我国石灰石矿露天开采技术也要进行相应改善。本文通过对目前我国石灰石矿露天开采技术特点及开采机械进行分析研究,为设备选择提供了一些意见和建议。
        2.石灰石矿露天开采机开采技术特点分析
        2.1高切割力
        石灰石矿露天开采机具有极高的切割力,通常情况下可以对单轴抗压强度为5-100MPa的矿产进行切割,甚至对于单轴抗压强度达到150MPa的矿产也可以进行经济开采。由于石灰石矿露天开采机高切割力的存在,因此可以对煤、矸石、石灰石等矿产进行直接采掘。
        2.2机动灵活,适应性较强
        石灰石矿露天开采机本身具有动力,由于结构紧凑,其自身活动非常灵活,只需要一个操作人员就可以进行开采工作,具有较高经济效益。石灰石矿露天开采机配备坡度自动控制系统,能够对横坡坡度≤8°,纵坡坡度≤15°的倾斜矿体进行准确开采。另外,开采机的自动监测故障系统能够及时发现系统故障,避免重大事故的发生。
        2.3采用双能源,配套设备灵活
        石灰石矿露天开采机可以采用内燃机驱动和电力驱动两种方式,动力供应限制较小。开采机的卸料半径较大,因此能够轻松与汽车、漏斗车、传送机等配套使用。另外,由于石灰石矿开采机的工作特点,其开采后的地面平整,汽车、带式传送机等在其上行走方便,对设备本身伤害较小。
        3.石灰石矿露天矿开采技术工艺分析
        3.1炮孔堵塞技术
        为了获得更好的密封度,减少炮孔垂直方向上的能量消耗,目前推出了三种新的炮孔堵塞方式:一是动力塞,将一种气枕式塑料袋置于按油炸药上,然后向袋内压气使其膨胀后再填上砂石等填充物,塑料袋作为炸药和填充物之间的托架相当结实。二是充气体填塞法,其原理与动力塞相同,只是不往塑料袋内压气,而是在塑料袋内装入灌有醋酸和碳酸钠的胶囊,填充时把胶囊弄破使醋酸和碳酸钠混合反应生成气体膨胀。三是漏斗充填物,在炸药上先放少量砂石,然后放入装满炮泥的塑料漏斗(大头向下),再填上填充物(见图),炸药爆炸时,漏头炮泥向上压象楔子那样在孔内张开,获得很好的密封度,改善爆破效果,可使穿爆成本降低30%~50%。
        3.2爆破技术
        首先,多排孔爆破技术。大型石灰石矿的技术是:开采时台阶高15m,炮孔呈80倾斜,采用铵油炸药,通常每次爆破3排,爆破时坡前堆有矿石。这种爆破法炸药单耗稍高,但无飞石且爆声爆震较小。
        其次,空气间隔装药爆破。该法适用于预裂爆孔,孔底装铵油炸药和起爆药包,用动力塞密封,中间全是空隙。该法的优点是爆破成本低,与传统间隔装药爆破比,同孔径孔深钻孔费用降低15%,炸药费用降低20%。
        最后,AVL爆破法该法适用于铵油炸药露天台阶爆破,装药过程中,每隔2~3m装少量乳胶炸药。此法能防止感度及爆速低的按油炸药在恶劣条件下爆速下降,特别是水孔条件下效果明显。
        3.3剥离技术
        国外正在开发一种露天矿覆岩剥离新工艺系统,其工作原理是置于矮边坡上的一台卷扬机将一大扒斗经露天矿坑拖到废石堆上,置于高边坡的另一台小卷扬机将扒斗反向拉回卸载。该工艺灵活性强,对多层剥离、单层剥离都适用,且不受台阶高度和地表地形的限制,因此可以充分利用抛掷爆破。
        扒矿机扒斗由两个前高后低的滑动侧板和一倾角为3o的绞接的刮板组成。刮板由连接两块侧板的牵引耳轴支撑。扒斗前端是一固定两块侧板的支撑拱架,拱架前宽后窄能产生一个便于卸载的反向拉力,同时还使顶部废石挡网的前端固定。挡网沿扒斗侧面固定。扒斗装满时,档网下压紧的霸荷使扒斗离开地面沿下伏剪切面滑动。扒斗以这种方式装载直至装满,然后输送。这样即使满载,拉力也很小,只有反向拉扒斗时才能卸下松散载荷。当高边坡的卷扬机将扒斗拉回起始处时,矮边坡上的主卷扬机放出松绳。两个卷扬机随工作面推进而移动。该工艺不像目前普遍采用的索斗式剥离方式,不受斗臂长度对挖掘范围的限制、不需要天桥定位。其能耗、灵活性和剥离深度均优于传统方式,能大幅度降低剥离成本。
        4.石灰石矿露天开采机配置研究
        4.1设备选型构想
        露天矿山所使用的设备包括:主要用于采准剥离、道路开拓维护、堆场堆料等主辅生产设备;主要用于提供生产设备维修运输、员工交通及矿山后勤作业的附属设备;为矿山各种机械设备日常保养及维护使用的机汽修理设备。矿山设备选型以主要生产设备为重点,力求少而精、机动灵活、互补性强,尽量避免使用有电力、风管等地面固定线路的设备。需要指出的是,虽然大型进口设备初期投资成本大,但考虑人力成本、机械油耗、维修成本、安全性能及开采量供应需求,大型进口设备仍是大型矿山主要设备最佳选择,小型设备机械损耗率高,维修成本大而逐渐被大型设备取代。设备选型的好坏直接影响着矿山以后的开采生产,因此必须谨慎进行。为合理配置矽锅顶石灰石矿山开采设备,矿山组织专人对各地符合需求的机种型号进行实地考察,依据矿山年开采能力、比较优缺点、结合矽锅顶石灰石矿山特点及设备产能,并考虑维修厂商维修能力及机械性能,最终选择了装备精良的INGERSOLL-RAND、CATERPILLAR、KOMA-TSU、KHD、REI系列机型,均为世界上同类型最先进设备。
        4.2矿山设备配置情况(见表1)
表1 矿山主要配置设备表
 
        5.矿山设备配置状况评估
        5.1穿孔设备评估
        目前,我国水泥矿山企业开始应用移动式空压机,“空压机跟着钻机跑”,淘汰钻速低、排渣难、送风管道长、耗能高、效率低的低风压固定式空压机。中风压潜孔钻机(1.0~1.4MPa)、高风压潜孔钻机(1.7~2.4MPa)和全液压露天钻机将是水泥矿山未来的主力钻机。固定式低风压(0.5~0.7MPa)空压机正逐步被淘汰,仅适应中硬以下岩石穿孔的切削回转钻机和穿凿坚硬、极坚硬的牙轮钻机也将逐步淡出水泥矿山市场,以中风压缩机或高风压缩机替代只有0.7MPa或0.8MPa的普通风压缩机,钻机效率提高了2~4倍。
        5.2铲装设备评估
        矿山铲装设备液压化,与传统的机械铲如电铲相比,液压挖掘机具有自重轻、节能的特点。可以在陡坡上挖掘,便于选别开采。装载机机动灵活,操作简单,但对爆破效果及高度要求较高,爆堆爆破效果好且爆堆高度在0.5倍左右台阶高度时装载效率高,如爆堆爆破效果差、爆堆高度较高且有根底时装载效率差;挖掘机适合处理爆破效果不太理想且有根底的爆堆,但爆堆高度较低时装载效率差;电铲铲装效率高,但机动性差,适合爆堆高度为0.7~0.9倍台阶高度,当爆堆高度较低时,铲装效率则明显下降,其尾部拖带的动力电缆线易出现受损破裂情况。
        5.3运输设备评估
        水泥矿山装载设备,宜选用4~8m3液压挖掘机和30~60t的矿用汽车。汽车运输适应性强、机动灵活,具有短途运输经济的优势,有利于强化开采,同时相对于小吨位汽车,更易于管理,能耗、废气排放低。矽锅顶石灰石矿配备了载重40t的美国产CATERPILLAR- 771D自卸汽车,经过10余年运行,车厢侧底几乎没有变形,有力保障了矿山正常生产。
        5.4破碎系统设备评估
        水泥原料矿山开采规模大型化,建设大型矿山,采用大型设备,将进一步提高劳动生产率,降低矿山开采成本,是我国石灰石矿山的发展方向。随着日产5000~10000t新型干法水泥生产线在我国各地陆续建成投产,涌现出一批年产100万~500万t级矿石的大型矿山,而年产50万~100万t矿石已属中型矿山。目前,矿石年产量大于1000万t级的超大型矿山已开始显现。大型矿山必须要求有先进的破碎系统设备,大产能、高功率的单段锤式破碎机仍是首选机型。
        5.5远程长皮带输送机评估
        矿区至厂区直线距离约16km,沿途要穿越山脉、林区、水库和平原,跨越312国道,将矿区石灰石快捷、高效、低成本运输至厂区,经依地形地势及周边环境审慎评估后确定长皮带运输机为最佳选择方案。因为带式运输机运力大、爬坡能力强、运营成本低,其成本只有汽运成本的1/7。应用长皮带运输矿石,虽然一次性投资较高,但高效运输,节能效果好,因此长皮带运输是矿山运输的发展方向。
        6.对矿山开采技术及设备配置的建议
        6.1露天矿采用炸药车作业,较传统人工装药相比,大大减轻了员工劳动强度,提高了装药效率及安全,炸药成本也得到大幅度降低。目前由于种种原因炸药车一直得不到广泛推广,但炸药车的广泛应用必将是今后露天矿山发展的一个方向。
        6.2露天采场大块二次破碎采用碎石器破碎,避免了二次爆破给周围设备、环境带来的飞石、粉尘、噪声及有毒气体危害。碎石器将成为今后露天矿场的必备机具。
        6.3综合治理环境
        综合治理环境就要从多角度出发,考量多方面的环境因素,不能以牺牲环境为代价发展经济。首先,要做好开采前的准备工作,为采矿后的环境治理提供便利,例如严格按照要求控制开采的深度,以免发生渗透地下水层导致地下水污染的后果,开采石灰石矿的选址尽量远离农田,做好开采后的复垦工作保证土壤的循环利用等等。其次,对于开采石灰石后的乱排乱放行为要严厉监督,发挥群众与监督部门的作用,加强节能减排技术的革新,以保护环境为重中之重的目标。发展经济固然重要,但环境是的保护不可忽视是长远经济发展的保障。
        6.4矿山可持续开采
        在面对可持续发展受到制约的这一难题时,仍然以矿山复垦为例,在铝土矿开采中会产生很多无用的废渣与废料,这些东西可以用作地面的填充物,变废为宝同时也减少了废渣的乱排乱放,重新恢复地面土壤的肥力。在矿山的可持续发展这一方面,需要不断完善持续发展的理念和不断地创新,无论是开采前、开采中还是开采后都要做好应对问题的相关解决措施。可持续发展要求不能“重经济,轻环境”,只有在生产效率和革新生产模式上面一步步改进。
        7.结论
        综上,近年来,石灰石矿露天开采已经成为我国市场经济发展中一个非常积极的市场因素,对于提高市场经济发展具有重要的推动作用。对石灰石矿露天开采技术及设备配置进行研究能够有效简化相关工作流程、提升工作效率,完善石灰石矿露天开采的工作流程,减少不必要的资源消耗。
参考文献:
[1]陈再明.露天矿半连续开采工艺应用技术研究[D].辽宁工程技术大学,2012.
[2]宋伟远,刘永刚.石灰石露天矿开采技术及设备优化配置[J].科技风,2013,18:101.
[3]唐开元,娄广文.浅谈石灰石露天矿开采技术及设备优化配置[J].现代矿业,2010,02:113-115.
 

 
 

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