地下矿山胶带和竖井提升运输的实际能耗对比

杨 勇

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

矿山开拓系统的确定，首先要针对矿体的产状、地面地形、有关建筑物、地表情况进行分析，然后再考虑矿床的开拓方式，经过开拓方案的技术分析比较、经济分析比较、社会效益分析比较，最后综合各方因素后给出优选方案。

目前地下金属矿山的矿、岩竖向开拓系统可分为竖井提升运输系统和斜井提升运输系统。竖井提升运输系统一般采用提升机，提升箕斗、罐笼等提升容器；斜井提升运输有采用提升机，提升斜井箕斗、串车的斜井有轨运输、采用带式输送机的胶带提升运输系统和采用无轨汽车的无轨斜坡道运输。

由于斜井有轨运输和无轨斜坡道运输在生产能力、运输成本上不太适应大规模的深井矿山开采，且目前国内大型金属矿山提升运输方式多是胶带提升运输系统和竖井箕斗提升，所以该文主要对比胶带提升运输系统和竖井箕斗提升在实际生产过程中能耗的差异。

1 能耗计算

能耗是单位时间内能量的损耗，能耗可以理解为电能在单位时间内做的功，也是生产单位的用电成本。

W=PA×T

式中：

W——能耗(kW·h)；

PA——驱动系统的实际功率(kW)；

T——驱动系统的工作时间(h)。

就该文讨论的提升运输系统而言，通过能耗统计，可以得出系统每提升运输1 t物料，所耗费的能量，从而得到提升的能耗成本。

Wt=W/Q

式中：

Wt——单耗(kW·h/t)；

W——能耗(kW·h)；

Q——驱动系统工作时间内的产量(t)。

通过驱动系统单耗的分析，可以为新建矿山开拓运输系统的确定提供参考。

胶带系统的能耗根据《带式输送机设计计算方法》GB/T36698—2018，胶带系统所需的功率计算公式是：

传动滚筒轴功率：PA=Fu×V/1 000

式中：

PA——稳定运行条件抵抗运行阻力所需的传动滚筒圆周上的总功率，单位：kW；

Fu——上下分支运行阻力的总和，单位：N。

运行阻力的总和等于从传动滚筒传递到输送带上的滚筒圆周驱动力：

Fu=FH+FN+Fs+Fst

式中：

FH——主要阻力(主要是胶带线路上的托辊旋转、胶带压陷滚动、弯曲和物料内摩擦的阻力)；

FN——附加阻力(导料槽和胶带在滚筒上的弯曲阻力和滚筒轴承阻力)；

Fs——特种阻力(采用清扫器、凸凹弧段和缓冲床等特殊布置和设计时产生的阻力)；

Fst——提升阻力(提升输送带和物料的重力产生)。

胶带系统的能耗：

胶带系统的单耗Wd：

竖井系统的功率根据《采矿设计手册》和公式推导，双容器竖井提升系统的等效功率Nx(kW)：

式中：

提升系统匀速状态下的张力差Fx(N)，双箕斗提升的情况下，张力差就是提升物料的重力产生；η是传动效率。

提升系统的能耗：

T——驱动系统的工作时间(h)；

K——提升附属耗电系数。

双箕斗竖井提升系统的提升单耗Wd：

式中：

Q——驱动系统工作时间内的产量(t)。

对比胶带提升系统和双箕斗竖井提升系统，如果同样的生产能力，同样的提升高度，单耗上计算见表1。

从表1可见，胶带系统和竖井系统的能耗差异主要体现在系统各自特点所带来的附加阻力的能耗。

表1 胶带提升系统和双箕斗竖井提升系统单耗计算表Tab.1 Unit energy consumption calculations of belt lifting and double-skip shaft lifting systems

2 胶带提升运输系统

2.1 矿山基本概况

国内某地下铁矿山的原矿运输系统采用胶带提升，一、二期工程形成7段胶带接力运输系统。将原矿从井下-45 m提升到地表选厂原矿堆场738 m标高，提升总高度共783 m，胶带总长度4 801.478 m。

原矿胶带系统流程图见图1。

图1 原矿胶带系统流程图Fig.1 Flowsheet of the raw ore belt conveyor system

2.2 生产的实际能耗

铁矿山的原矿运输系统建成投产后，生产系统正常、流程顺畅，系统近几年的有效作业率均在80 %左右。

原矿胶带系统工艺参数见表2。

表2 胶带工艺参数表Tab.2 Technical parameters of the belt conveyors

原矿胶带系统实际运量及能耗见表3。

表3 原矿胶带系统实际运量及能耗见表Tab.3 Practical capacities and energy consumptions of the raw ore belt conveyors

原矿胶带系统运量单耗分析见表4。

表4 原矿胶带系统运量单耗分析表Tab.4 Unit consumption analysis of the raw ore conveying system

由于该文讨论的内容是竖向提升的能耗，所以计算单耗时，选用的是有提升高度的胶带运输系统。根据表格数据可以计算出该矿山胶带运输系统的年平均提升单耗是4.343 kW·h/t(提升高度783 m)，提升100 m的能耗554.7 kW/kt。

3 竖井箕斗提升

3.1 矿山基本概况

国内某地下铜矿山的原矿运输系统采用竖井箕斗提升。将原矿从井下-100 m提升到地表，提升总高度共951 m；提升设备：JKM 4.5×6井塔式提升机，提升容器：2个15 m3底卸式箕斗，提升主电机为2台2 500 kW的直流电机，箕斗竖井井筒净直径5.5 m，罐道采用钢绳罐道。

原矿竖井提升系统流程图见图2。

图2 原矿竖井提升系统流程图Fig.2 Flowsheet of the raw ore shaft lifting system

3.2 生产的实际能耗

原矿竖井提升系统的实际运量及能耗见表5。

表5 原矿竖井提升系统的实际运量及能耗表Tab.5 Practical capacities and energy consumptions of the raw ore shaft lifting system

根据表5数据可以计算出该竖井的年平均提升单耗是3.88 kW·h/t(提升高度951 m)，每千吨提升100 m的能耗408.3 kW。

4 工程实例数据说明

该文选定的实际矿山是相对产能较大，管理水平较高，技术力量较强，且近3年基本稳产的生产矿山。选取胶带运输的矿山，生产能力约650 万t/a，提升高度783 m，提升100 m的实际能耗是554.7 Kw/kt。选取箕斗提升运输的矿山，生产能力约200 万t/a，提升高度951 m，每千吨提升100 m的能耗408.3 kW。2系统每千吨100 m提升能耗差146.4 kW，按这个数据如果1个矿山，生产能力是10 000 t/d(未考虑系统的扩产能力)，原矿提升高度800 m，2系统每天的能耗差是1.17万kW/h。

统计数据说明在产能较大、提升高度较大的矿山，2种提升运输方式在能耗有一定的差异。如果2种开拓系统在技术分析比较、经济分析比较以及社会效益分析比较差不多的基础上，箕斗提升运输在能耗上优于胶带提升运输。

5 结 语

近年来，随着国家节能、减排监管力度加大，矿山节能问题越来越为人们关注，绿色、环保、节能也是矿山系统设计者需要考虑的问题。通过技术、经济、能耗等指标全面比较后，推出的优选方案才能保障矿山经济效益、社会效益、环境效益的全面提高。