管带机在矿山矿石运输的分析(本).doc

管带机在矿山应用前景的分析Application of Pipe-Conveyor in the Mines and Future Trend 摘要： 介绍管带机的基本结构和特点。分析管带机与普通皮带机的区别，说明管带机在矿山应用的突出优点。结合管带机矿山条件下应用的分析说明管带机在投资和生产成本等方面的优势，同时提出应用管带机需要注意事项。关键词：管带机-管状带式输送机；普通带式输送机；露天开采；坑内开采。Abstract: This paper discusses the basic structure and features of pipe-conveyor, analyzes the fundamental differences between conventional belt-conveyor and pipe-conveyor and it further expounds on the characteristic advantages of its application in the mines. The real-time use of pipe- conveyor is thoroughly analyzed vis-vis capital investment, operation cost et al. Finally, precautionary measures in the use of pipe-conveyor are mentioned. Key words: pipe-conveyor, normal conveyor, open pit, underground mining.一 管带机发展历史管状带式输送机（简称管带机）是在普通带式输送机基础上发展的一种特殊连续输送设备，管带机的头尾部结构与普通带式输送机的结构并无太大的区别。管带机中部胶带被六边形布置的辊子强行裹成圆管，输送物料被完全封闭在圆管内随胶带稳定运行。管带机最早是由日本管带机公司(Japan Pipe Conveyor Co. Ltd)1964年提出构想，该公司后被Bridgestone公司整体兼并,成立BridgestoneTPE公司,专门从事管带机业务，于上世纪七十年代末期进入实际应用。通过应用实践，已形成了管带机设计理论和产品系列，到目前为止全世界已经生产了1500多条管带机。该技术已在世界上包括中国在内的33个国家或地区进行专利转让。 中国华电工程（集团）有限公司于2001年正式独家全面引进日本BridgestoneTPE公司的管带机专利技术之后，在引进吸收国外先进技术基础上，对大管径、大运量、大功率的钢绳芯胶带管带机技术进行了开发。成功制造并投入运行180多台管带机，如秦皇岛港务局二十万吨矿石码头管状带式输送机工程创造了“国内输送能力最大（5000t/h）、驱动功率最大（3840KW）”等多项新记录，此管带机专为运输块状铁矿石而设计。 二 管带机基本结构及特点管带机的基本结构（见附图1）与普通带式输送机相似，主要由头部滚筒、尾部滚筒、改向滚筒、驱动和拉紧装置、托辊组、机架、桁架走台支架和胶带等部分组成。附图1管状带式输送机的主要特点是胶带在正六边形PSK（Pipe-Shape-Keeping）托辊组内形成管状，其头、尾及拉紧等处与普通带式输送机结构形式完全相同。管带机由普通槽形到形成圆管状需要考虑一定长度的过渡段区域，一般为3040m，此过渡区域一般水平直线布置，当形成管状后布置上坡、下坡、转弯等。其它具体特点如下：（1） 物料被包裹在封闭的圆管形胶带内输送，在输送过程中由于上下胶带形成管状，输送机可实现多向转弯，最小转弯半径30m（管带直径100mm），最小60m距离内可实现360水平或倾斜空间变向运输。（2）物料被包裹在管内运输，物料不容易撒落。输送过程中物料被完全封闭，既可防止物料扬尘污染环境，也可防止环境（灰尘、雨水等）对输送物料的污染，所以，管带机沿线比较洁净卫生。管带机可沿着水平、纵向及空间弯曲线运行，输送倾角大，向上输送理论最大倾角达2530，向下可达2025。故原来需要多条普通皮带机搭接的系统可采用一条管带机完成，既节省了投资又降低了运输成本；（3）管带机占地面积小，同等运输能力的管带机比普通皮带机占地宽度减少1/31/2。管带机较普通皮带机更容易布置，适应性更强。由于普通皮带机短距离内无法转弯，实际应用中常常受地形限制而无法布置。管带机受地形限制较小，可以沿地形灵活布置。如缅甸达贡山镍矿项目开拓运输方案中，普通皮带很难沿蜿蜒山脊布置，而管带机能够布置，设计推荐方案为管带机沿山脊布置，管带机实际长度1813.6m，高差460.3m，最大倾角194113，平面最小转弯半径150m，竖向最小转弯半径150m，输送机管径350mm，运输能力500t/h。（4）管带机维修方便，配件体积小，重量轻，配件不需要机械辅助运输，托辊（49kg）人工可以携带；普通皮带机托辊重量大（2040kg），需要车辆辅助运输。（5）管带机可以双向运输物料，即单机往返运输不同种类物料。如某电厂输煤系统，一条管带机同时输送原煤，返回输送煤渣，实现一机多用；（6）管带机容易实现下坡发电，由于管带机输送倾角大于普通皮带，容易实现重力下坡发电；（7）运输物料可以是块状、粉状等非液态流体物料；对物料含水率、粘度要求也不严格，因为管带机有多种清理皮带方式，能解决物料粘带问题。三 矿山应用前景分析 金属矿和非金属矿有硬岩块状矿石和软质土质矿石之分，大部分金属矿为硬岩块状矿石，如，斑岩型铜矿、沉积变质型铁矿等。土状软质矿石如红土型镍矿、铝土矿等。无论煤矿、非煤矿山都有露天开采和地下开采之分，露天矿一般采用铁路、公路、胶带等方式运输矿石和废石。受露天边坡较陡以及皮带转弯困难的影响，皮带的使用受到限制，但是皮带运输是耗能较低，运输成本较低的运输方式。如果采用管带机就可以既克服普通皮带缺点，使胶带运输在矿山生产中发挥更大效益。目前，矿业发达国家普遍采用汽车半移动破碎胶带运输机的半连续开采工艺，半连续工艺全部采用普通带式输送机。普通带式输送机在深凹露天矿很难布置，从而也限制了半连续开采工艺的推广和应用范围。如果管带机取代普通带式输送机将避免上述缺点。金属露天矿应用普通皮带运输矿石的矿山较多，如齐大山铁矿、德兴铜矿等矿山。如果用管带机取代上述普通带式输送机完全满足生产规模要求，同时可以提高运输角度，从而缩短运输距离或减少巷道长度和工程量，降低基建投资。坑内金属矿山应用普通带式输送机主要是短距离的装矿或转运矿石，运输距离为2040m。坑内长距离矿石运输也有应用普通带式输送机，如金川镍矿二矿区井下皮带，三段合计2000m。无论是煤矿还是金属矿，也无论是露天矿还是地下矿，普通带式输送机的应用都受到一定的限制，主要原因：（1）普通带式输送机缺点是短距离（1500m）内皮带很难转弯，主要靠增加转运站来实现运输方向的转变；（2）普通带式输送机向上提升角度一般不大于14，当空间受限制时只有增加转运站才能将矿石提升到不同方向的一定高度位置；（3）普通带式输送机运送矿石过程中，容易产生粉尘，需要加大通风量。 如果利用管带机取代普通带式输送机就能克服以上缺点，充分发挥它运输成本低、环保、安全、效率高、等优点。1 露天矿应用管带机的分析 运输环节在露天生产中占重要部分，常见运输方式有汽车、铁路、胶带、索道等。胶带运输能力大，能够满足露天生产规模需要。单一胶带运输方式很难完成矿石运输，胶带需要通过与其它设备联合应用才能完成矿石运输任务。最常见是半连续开采工艺在露天矿山开采的应用，半连续开采工艺主要包括三部分：一是采场至半移动粗破碎站采用汽车运输，充分发挥汽车灵活和短途运输经济等优点；二是矿废石破碎，破碎后使矿废石块度适合胶带运输；三是皮带运输，将矿石运往选厂，废石运往排土场。目前半连续开采工艺普遍采用普通带式输送机，如果采用管带机代替普通带式输送机，则不仅能发挥半连续开采工艺的优势，还能克服原有半连续工艺弱点。具体原因如下：（1）随着露天矿逐步转入深凹开采，作业空间受到限制，留给半移动破碎机和皮带机的空间有限，所以，在露天坑内布置普通带式输送机相对困难，特备是当需要在边帮上设转运站时更难布置设备；（2）目前露天矿普遍采用陡帮开采工艺，露天固定边帮较陡，布置普通带式输送机的难度较大，而管带机提升角度和转向能力都优于普通带式输送机，有利于灵活布置运输线路；（3）半连续开采工艺需要移动破碎机和胶带机，管带机重量轻，结构简单更适于移动搬迁；（4）采用半连续工艺露天矿生产规模一般较大（大于500万t/a），所选择的胶带机规格也相应较大，皮带机基础较宽，沿线占地面积大，布置困难，而相同能力的管带机比普通带式输送机基础宽度小（1/31/2），占地面积小，容易布置；（5）普通带式输送机矿石直接与空气接触，防风降尘困难，相比管带机封闭运输对环保和保护矿石更有优点；（6）管带机更方便维修。 不同管径管带机运输能力差异较大，对矿石最大块度的要求也不同。不同管径管带机运输能对应普通带式输送机带宽不同，例如，管径500mm管带机运输能力对应的普通带式输送机带宽为1200-1500mm，但是1200-1500mm普通带式输送机要求矿石最大块度400mm，而500mm管带机要求矿石最大块度200mm，这一点是管带机突出缺点。其它具体参数见附表1。附表1 管带机常用参数与普通输送机比较表管径（mm）150200250300350400500600700850带宽（mm）60075010001100130016001800220025503100断面积100%（m2）0.0180.0310.0530.0640.090.1470.210.2910.37890.5442断面积75%（m2）0.0130.0230.040.0480.0680.110.1570.2180.28420.4018最大块度（mm）30-5050-7070-9090-100100-120120-150150-200200-250250-300300-400对应普通输送机带宽（mm）300-400500-600600-750750-900900-10501050-12001200-15001500-18001800-20002000-2400 不同管径管带机匹配的带速也不同，小管径运行速度相对较小，大管径运行速度较大。管带机一般带速为0.85m/s。实际生产中，根据矿石硬度、块度、体重、湿度等，同时结合运输规模确定合理带速。如，年产原矿1500万t/a铁矿石矿山，矿石硬度f=812，松散体重2.5t/m3，粗碎后矿石块度300mm，可以选择管径700mm管带机，带速选择2.0 m/s，输送能力2022m3/h。一条管带机可以输送矿石，也可以分时输送废石。不同管径、带速与输送能力的匹配关系见附表2。附表2 管径、带速与输送能力的匹配关系表管径（mm）输送能力（m3/h）带速m/s1001502002503003504005006007008500.81737661181381.02147831481732381.2526591041852162974826881.633751322322763806168811238161623272.0429416629634647277011001548202229092.520837043259496413761935252836363.1546054374812131734243831854581495015402200309640445818519282750387050567212注：体积输送量值按水平输送，填充率按=75%考虑。随着露天矿生产工艺的不断改进，管带机将会在露天矿山生产中得到广泛应用。结合露天矿生产特点，管带机为适应露天矿生产条件，也将进一步改进和完善，使之更能满足露天生产的需要。2. 坑内矿应用管带机的分析坑内矿生产特点：作业空间狭小、凿岩及出矿设备外形尺寸相对较小等。坑内采矿过程中产生大量的粉尘、炮烟、废气等有害气体。所以，坑内采矿条件较差，设备选择受到限制，设备维修困难，如普通带式输送机地下应用应尽可能选择低矮型。皮带开拓运输主要优点是生产连续、效率高、系统简单等。主要缺点是灵活性差，转弯困难，常常需要多条皮带转运。每增加一次转运环节需要增加进巷道工程，同时增加掘进、支护、维修等辅助工程。普通带式输送机在地下煤矿应用较为普遍，如中国神华集团所属的兖州煤业，多个坑内矿山采用皮带开拓、综采机出矿，2007年生产规模3456万t/a。金川镍业集团所属金川二矿区部分坑内运输采用的皮带形式，皮带宽度1400mm，三段倒段运输，总长度2000m，提升高度382m。目前，国内还没有将管带机应用于坑内矿石运输，但是根据现有普通皮带实际使用条件，无论是运输能力还是设备外形结构，管带机完全可以代替普通皮带机，还可以取消倒运站，单条管带机就能完成输送任务。管带机的很多特点恰好满足坑内矿的需要：如占地面积小、结构简单、检修方便、卫生环保等。在深井采矿或地压活动突出的矿井，巷道变形对巷道内普通皮带机基础影响较大，而普通皮带机对基础要求比较严格，很小变形可能影响皮带机的正常运行。而管带机抗变型能力较强，一般较小的巷道变形对管带机运行影响不大。（1） 同等条件下普通皮带机和管带机巷道断面的比较某地下矿山三段普通皮带总长2000mm，如果使用管带机一段可以代替三段，减少两套皮带机驱动装置。如果管带机提升倾角提高到18（普通皮带只有12），配套巷道长度可以减少700m。普通皮带机与管带机巷道内的安装断面如附图2。S掘进=12.88m2 S净=11.41m2 S掘进=8.44m2 S净=7.23m2附图2 管带机与普通皮带机巷道布置对比图 如图普通皮带机带宽为1400mm，小时矿石运输能力为20003000t/h，与之对应的管带机管径为500mm。具体对比结果见附表2。附表2序号管带机普通皮带机差值备注项目单位值项目单位值1管径mm500带宽mm14002设备安装宽mm880设备安装宽mm1910-1030对巷道断面影响较大3设备安装高mm2080设备安装高mm12008804巷道掘进断面积m28.44巷道掘进断面积m212.88-4.445巷道净断面积m27.23巷道净断面积m211.41-4.18根据附表2，巷道掘进断面可以节省4.44m3，目前地下矿巷道掘进平均成本300元450元/m3，则每米巷道平均省投资1665元，如果巷道总长2000m，则巷道断面减小可节省工程投资约333万元，如果再节省巷道长度700m的投资338万元，合计节省投资671万元，约占总投资30% 。再取消中间转运皮带机，还可以节省皮带机、电控等大部分投资。管带机中间没有转运环节，大大节省设备维修以及操作人员等，所以人员工资等方面费用减少，使设备运行成本降低。（2）适合管带机的几种开拓形式1） 管带机-斜井开拓：将管带机布置在专用斜井内，斜井坡度可以提高到2025。此斜井可以转弯、变坡，较有轨斜井更灵活、更安全。人员材料利用辅助斜坡道或副井运输。2）管带机-斜坡道开拓：将管带机巷道与无轨斜坡道统一设计，由于管带机转弯半径较小，完全能够和斜坡道统一起来，即管带机布置在斜坡道内，形成管带机-斜坡道联合开拓形式。3）管带机-平硐开拓：将管带机布置在平硐内即形成管带机-平硐开拓。4）管带机延深开拓：利用管带机布置灵活、提升角度大等优点，将管带机应用于坑内延深矿的矿石提升。（3）其它应用：由于管带机具有双向运输功能，向地表输送矿石同时，可以向井下运输支护材料，如砂子、水泥等，也可以向井下输送充填料。管带机巷道可以兼作进风道，而一般矿山不能将箕斗井或皮带斜井作