管帶機(jī)在礦山礦石運(yùn)輸?shù)姆治?本).doc

管帶機(jī)在礦山應(yīng)用前景的分析Application of Pipe-Conveyor in the Mines and Future Trend 摘要： 介紹管帶機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。分析管帶機(jī)與普通皮帶機(jī)的區(qū)別，說明管帶機(jī)在礦山應(yīng)用的突出優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合管帶機(jī)礦山條件下應(yīng)用的分析說明管帶機(jī)在投資和生產(chǎn)成本等方面的優(yōu)勢，同時(shí)提出應(yīng)用管帶機(jī)需要注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞：管帶機(jī)-管狀帶式輸送機(jī)；普通帶式輸送機(jī)；露天開采；坑內(nèi)開采。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 管帶機(jī)發(fā)展歷史管狀帶式輸送機(jī)（簡稱管帶機(jī)）是在普通帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種特殊連續(xù)輸送設(shè)備，管帶機(jī)的頭尾部結(jié)構(gòu)與普通帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)并無太大的區(qū)別。管帶機(jī)中部膠帶被六邊形布置的輥?zhàn)訌?qiáng)行裹成圓管，輸送物料被完全封閉在圓管內(nèi)隨膠帶穩(wěn)定運(yùn)行。管帶機(jī)最早是由日本管帶機(jī)公司(Japan Pipe Conveyor Co. Ltd)1964年提出構(gòu)想，該公司后被Bridgestone公司整體兼并,成立BridgestoneTPE公司,專門從事管帶機(jī)業(yè)務(wù)，于上世紀(jì)七十年代末期進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。通過應(yīng)用實(shí)踐，已形成了管帶機(jī)設(shè)計(jì)理論和產(chǎn)品系列，到目前為止全世界已經(jīng)生產(chǎn)了1500多條管帶機(jī)。該技術(shù)已在世界上包括中國在內(nèi)的33個(gè)國家或地區(qū)進(jìn)行專利轉(zhuǎn)讓。 中國華電工程（集團(tuán)）有限公司于2001年正式獨(dú)家全面引進(jìn)日本BridgestoneTPE公司的管帶機(jī)專利技術(shù)之后，在引進(jìn)吸收國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，對大管徑、大運(yùn)量、大功率的鋼繩芯膠帶管帶機(jī)技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)。成功制造并投入運(yùn)行180多臺管帶機(jī)，如秦皇島港務(wù)局二十萬噸礦石碼頭管狀帶式輸送機(jī)工程創(chuàng)造了“國內(nèi)輸送能力最大（5000t/h）、驅(qū)動功率最大（3840KW）”等多項(xiàng)新記錄，此管帶機(jī)專為運(yùn)輸塊狀鐵礦石而設(shè)計(jì)。 二 管帶機(jī)基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)管帶機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（見附圖1）與普通帶式輸送機(jī)相似，主要由頭部滾筒、尾部滾筒、改向滾筒、驅(qū)動和拉緊裝置、托輥組、機(jī)架、桁架走臺支架和膠帶等部分組成。附圖1管狀帶式輸送機(jī)的主要特點(diǎn)是膠帶在正六邊形PSK（Pipe-Shape-Keeping）托輥組內(nèi)形成管狀，其頭、尾及拉緊等處與普通帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)形式完全相同。管帶機(jī)由普通槽形到形成圓管狀需要考慮一定長度的過渡段區(qū)域，一般為3040m，此過渡區(qū)域一般水平直線布置，當(dāng)形成管狀后布置上坡、下坡、轉(zhuǎn)彎等。其它具體特點(diǎn)如下：（1） 物料被包裹在封閉的圓管形膠帶內(nèi)輸送，在輸送過程中由于上下膠帶形成管狀，輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)多向轉(zhuǎn)彎，最小轉(zhuǎn)彎半徑30m（管帶直徑100mm），最小60m距離內(nèi)可實(shí)現(xiàn)360水平或傾斜空間變向運(yùn)輸。（2）物料被包裹在管內(nèi)運(yùn)輸，物料不容易撒落。輸送過程中物料被完全封閉，既可防止物料揚(yáng)塵污染環(huán)境，也可防止環(huán)境（灰塵、雨水等）對輸送物料的污染，所以，管帶機(jī)沿線比較潔凈衛(wèi)生。管帶機(jī)可沿著水平、縱向及空間彎曲線運(yùn)行，輸送傾角大，向上輸送理論最大傾角達(dá)2530，向下可達(dá)2025。故原來需要多條普通皮帶機(jī)搭接的系統(tǒng)可采用一條管帶機(jī)完成，既節(jié)省了投資又降低了運(yùn)輸成本；（3）管帶機(jī)占地面積小，同等運(yùn)輸能力的管帶機(jī)比普通皮帶機(jī)占地寬度減少1/31/2。管帶機(jī)較普通皮帶機(jī)更容易布置，適應(yīng)性更強(qiáng)。由于普通皮帶機(jī)短距離內(nèi)無法轉(zhuǎn)彎，實(shí)際應(yīng)用中常常受地形限制而無法布置。管帶機(jī)受地形限制較小，可以沿地形靈活布置。如緬甸達(dá)貢山鎳礦項(xiàng)目開拓運(yùn)輸方案中，普通皮帶很難沿蜿蜒山脊布置，而管帶機(jī)能夠布置，設(shè)計(jì)推薦方案為管帶機(jī)沿山脊布置，管帶機(jī)實(shí)際長度1813.6m，高差460.3m，最大傾角194113，平面最小轉(zhuǎn)彎半徑150m，豎向最小轉(zhuǎn)彎半徑150m，輸送機(jī)管徑350mm，運(yùn)輸能力500t/h。（4）管帶機(jī)維修方便，配件體積小，重量輕，配件不需要機(jī)械輔助運(yùn)輸，托輥（49kg）人工可以攜帶；普通皮帶機(jī)托輥重量大（2040kg），需要車輛輔助運(yùn)輸。（5）管帶機(jī)可以雙向運(yùn)輸物料，即單機(jī)往返運(yùn)輸不同種類物料。如某電廠輸煤系統(tǒng)，一條管帶機(jī)同時(shí)輸送原煤，返回輸送煤渣，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用；（6）管帶機(jī)容易實(shí)現(xiàn)下坡發(fā)電，由于管帶機(jī)輸送傾角大于普通皮帶，容易實(shí)現(xiàn)重力下坡發(fā)電；（7）運(yùn)輸物料可以是塊狀、粉狀等非液態(tài)流體物料；對物料含水率、粘度要求也不嚴(yán)格，因?yàn)楣軒C(jī)有多種清理皮帶方式，能解決物料粘帶問題。三 礦山應(yīng)用前景分析 金屬礦和非金屬礦有硬巖塊狀礦石和軟質(zhì)土質(zhì)礦石之分，大部分金屬礦為硬巖塊狀礦石，如，斑巖型銅礦、沉積變質(zhì)型鐵礦等。土狀軟質(zhì)礦石如紅土型鎳礦、鋁土礦等。無論煤礦、非煤礦山都有露天開采和地下開采之分，露天礦一般采用鐵路、公路、膠帶等方式運(yùn)輸?shù)V石和廢石。受露天邊坡較陡以及皮帶轉(zhuǎn)彎困難的影響，皮帶的使用受到限制，但是皮帶運(yùn)輸是耗能較低，運(yùn)輸成本較低的運(yùn)輸方式。如果采用管帶機(jī)就可以既克服普通皮帶缺點(diǎn)，使膠帶運(yùn)輸在礦山生產(chǎn)中發(fā)揮更大效益。目前，礦業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用汽車半移動破碎膠帶運(yùn)輸機(jī)的半連續(xù)開采工藝，半連續(xù)工藝全部采用普通帶式輸送機(jī)。普通帶式輸送機(jī)在深凹露天礦很難布置，從而也限制了半連續(xù)開采工藝的推廣和應(yīng)用范圍。如果管帶機(jī)取代普通帶式輸送機(jī)將避免上述缺點(diǎn)。金屬露天礦應(yīng)用普通皮帶運(yùn)輸?shù)V石的礦山較多，如齊大山鐵礦、德興銅礦等礦山。如果用管帶機(jī)取代上述普通帶式輸送機(jī)完全滿足生產(chǎn)規(guī)模要求，同時(shí)可以提高運(yùn)輸角度，從而縮短運(yùn)輸距離或減少巷道長度和工程量，降低基建投資。坑內(nèi)金屬礦山應(yīng)用普通帶式輸送機(jī)主要是短距離的裝礦或轉(zhuǎn)運(yùn)礦石，運(yùn)輸距離為2040m?？觾?nèi)長距離礦石運(yùn)輸也有應(yīng)用普通帶式輸送機(jī)，如金川鎳礦二礦區(qū)井下皮帶，三段合計(jì)2000m。無論是煤礦還是金屬礦，也無論是露天礦還是地下礦，普通帶式輸送機(jī)的應(yīng)用都受到一定的限制，主要原因：（1）普通帶式輸送機(jī)缺點(diǎn)是短距離（1500m）內(nèi)皮帶很難轉(zhuǎn)彎，主要靠增加轉(zhuǎn)運(yùn)站來實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸方向的轉(zhuǎn)變；（2）普通帶式輸送機(jī)向上提升角度一般不大于14，當(dāng)空間受限制時(shí)只有增加轉(zhuǎn)運(yùn)站才能將礦石提升到不同方向的一定高度位置；（3）普通帶式輸送機(jī)運(yùn)送礦石過程中，容易產(chǎn)生粉塵，需要加大通風(fēng)量。 如果利用管帶機(jī)取代普通帶式輸送機(jī)就能克服以上缺點(diǎn)，充分發(fā)揮它運(yùn)輸成本低、環(huán)保、安全、效率高、等優(yōu)點(diǎn)。1 露天礦應(yīng)用管帶機(jī)的分析 運(yùn)輸環(huán)節(jié)在露天生產(chǎn)中占重要部分，常見運(yùn)輸方式有汽車、鐵路、膠帶、索道等。膠帶運(yùn)輸能力大，能夠滿足露天生產(chǎn)規(guī)模需要。單一膠帶運(yùn)輸方式很難完成礦石運(yùn)輸，膠帶需要通過與其它設(shè)備聯(lián)合應(yīng)用才能完成礦石運(yùn)輸任務(wù)。最常見是半連續(xù)開采工藝在露天礦山開采的應(yīng)用，半連續(xù)開采工藝主要包括三部分：一是采場至半移動粗破碎站采用汽車運(yùn)輸，充分發(fā)揮汽車靈活和短途運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)；二是礦廢石破碎，破碎后使礦廢石塊度適合膠帶運(yùn)輸；三是皮帶運(yùn)輸，將礦石運(yùn)往選廠，廢石運(yùn)往排土場。目前半連續(xù)開采工藝普遍采用普通帶式輸送機(jī)，如果采用管帶機(jī)代替普通帶式輸送機(jī)，則不僅能發(fā)揮半連續(xù)開采工藝的優(yōu)勢，還能克服原有半連續(xù)工藝弱點(diǎn)。具體原因如下：（1）隨著露天礦逐步轉(zhuǎn)入深凹開采，作業(yè)空間受到限制，留給半移動破碎機(jī)和皮帶機(jī)的空間有限，所以，在露天坑內(nèi)布置普通帶式輸送機(jī)相對困難，特備是當(dāng)需要在邊幫上設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)站時(shí)更難布置設(shè)備；（2）目前露天礦普遍采用陡幫開采工藝，露天固定邊幫較陡，布置普通帶式輸送機(jī)的難度較大，而管帶機(jī)提升角度和轉(zhuǎn)向能力都優(yōu)于普通帶式輸送機(jī)，有利于靈活布置運(yùn)輸線路；（3）半連續(xù)開采工藝需要移動破碎機(jī)和膠帶機(jī)，管帶機(jī)重量輕，結(jié)構(gòu)簡單更適于移動搬遷；（4）采用半連續(xù)工藝露天礦生產(chǎn)規(guī)模一般較大（大于500萬t/a），所選擇的膠帶機(jī)規(guī)格也相應(yīng)較大，皮帶機(jī)基礎(chǔ)較寬，沿線占地面積大，布置困難，而相同能力的管帶機(jī)比普通帶式輸送機(jī)基礎(chǔ)寬度小（1/31/2），占地面積小，容易布置；（5）普通帶式輸送機(jī)礦石直接與空氣接觸，防風(fēng)降塵困難，相比管帶機(jī)封閉運(yùn)輸對環(huán)保和保護(hù)礦石更有優(yōu)點(diǎn)；（6）管帶機(jī)更方便維修。 不同管徑管帶機(jī)運(yùn)輸能力差異較大，對礦石最大塊度的要求也不同。不同管徑管帶機(jī)運(yùn)輸能對應(yīng)普通帶式輸送機(jī)帶寬不同，例如，管徑500mm管帶機(jī)運(yùn)輸能力對應(yīng)的普通帶式輸送機(jī)帶寬為1200-1500mm，但是1200-1500mm普通帶式輸送機(jī)要求礦石最大塊度400mm，而500mm管帶機(jī)要求礦石最大塊度200mm，這一點(diǎn)是管帶機(jī)突出缺點(diǎn)。其它具體參數(shù)見附表1。附表1 管帶機(jī)常用參數(shù)與普通輸送機(jī)比較表管徑（mm）150200250300350400500600700850帶寬（mm）60075010001100130016001800220025503100斷面積100%（m2）0.0180.0310.0530.0640.090.1470.210.2910.37890.5442斷面積75%（m2）0.0130.0230.040.0480.0680.110.1570.2180.28420.4018最大塊度（mm）30-5050-7070-9090-100100-120120-150150-200200-250250-300300-400對應(yīng)普通輸送機(jī)帶寬（mm）300-400500-600600-750750-900900-10501050-12001200-15001500-18001800-20002000-2400 不同管徑管帶機(jī)匹配的帶速也不同，小管徑運(yùn)行速度相對較小，大管徑運(yùn)行速度較大。管帶機(jī)一般帶速為0.85m/s。實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)礦石硬度、塊度、體重、濕度等，同時(shí)結(jié)合運(yùn)輸規(guī)模確定合理帶速。如，年產(chǎn)原礦1500萬t/a鐵礦石礦山，礦石硬度f=812，松散體重2.5t/m3，粗碎后礦石塊度300mm，可以選擇管徑700mm管帶機(jī)，帶速選擇2.0 m/s，輸送能力2022m3/h。一條管帶機(jī)可以輸送礦石，也可以分時(shí)輸送廢石。不同管徑、帶速與輸送能力的匹配關(guān)系見附表2。附表2 管徑、帶速與輸送能力的匹配關(guān)系表管徑（mm）輸送能力（m3/h）帶速m/s1001502002503003504005006007008500.81737661181381.02147831481732381.2526591041852162974826881.633751322322763806168811238161623272.0429416629634647277011001548202229092.520837043259496413761935252836363.1546054374812131734243831854581495015402200309640445818519282750387050567212注：體積輸送量值按水平輸送，填充率按=75%考慮。隨著露天礦生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，管帶機(jī)將會在露天礦山生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合露天礦生產(chǎn)特點(diǎn)，管帶機(jī)為適應(yīng)露天礦生產(chǎn)條件，也將進(jìn)一步改進(jìn)和完善，使之更能滿足露天生產(chǎn)的需要。2. 坑內(nèi)礦應(yīng)用管帶機(jī)的分析坑內(nèi)礦生產(chǎn)特點(diǎn)：作業(yè)空間狹小、鑿巖及出礦設(shè)備外形尺寸相對較小等?？觾?nèi)采礦過程中產(chǎn)生大量的粉塵、炮煙、廢氣等有害氣體。所以，坑內(nèi)采礦條件較差，設(shè)備選擇受到限制，設(shè)備維修困難，如普通帶式輸送機(jī)地下應(yīng)用應(yīng)盡可能選擇低矮型。皮帶開拓運(yùn)輸主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)連續(xù)、效率高、系統(tǒng)簡單等。主要缺點(diǎn)是靈活性差，轉(zhuǎn)彎困難，常常需要多條皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)。每增加一次轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)需要增加進(jìn)巷道工程，同時(shí)增加掘進(jìn)、支護(hù)、維修等輔助工程。普通帶式輸送機(jī)在地下煤礦應(yīng)用較為普遍，如中國神華集團(tuán)所屬的兗州煤業(yè)，多個(gè)坑內(nèi)礦山采用皮帶開拓、綜采機(jī)出礦，2007年生產(chǎn)規(guī)模3456萬t/a。金川鎳業(yè)集團(tuán)所屬金川二礦區(qū)部分坑內(nèi)運(yùn)輸采用的皮帶形式，皮帶寬度1400mm，三段倒段運(yùn)輸，總長度2000m，提升高度382m。目前，國內(nèi)還沒有將管帶機(jī)應(yīng)用于坑內(nèi)礦石運(yùn)輸，但是根據(jù)現(xiàn)有普通皮帶實(shí)際使用條件，無論是運(yùn)輸能力還是設(shè)備外形結(jié)構(gòu)，管帶機(jī)完全可以代替普通皮帶機(jī)，還可以取消倒運(yùn)站，單條管帶機(jī)就能完成輸送任務(wù)。管帶機(jī)的很多特點(diǎn)恰好滿足坑內(nèi)礦的需要：如占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便、衛(wèi)生環(huán)保等。在深井采礦或地壓活動突出的礦井，巷道變形對巷道內(nèi)普通皮帶機(jī)基礎(chǔ)影響較大，而普通皮帶機(jī)對基礎(chǔ)要求比較嚴(yán)格，很小變形可能影響皮帶機(jī)的正常運(yùn)行。而管帶機(jī)抗變型能力較強(qiáng)，一般較小的巷道變形對管帶機(jī)運(yùn)行影響不大。（1） 同等條件下普通皮帶機(jī)和管帶機(jī)巷道斷面的比較某地下礦山三段普通皮帶總長2000mm，如果使用管帶機(jī)一段可以代替三段，減少兩套皮帶機(jī)驅(qū)動裝置。如果管帶機(jī)提升傾角提高到18（普通皮帶只有12），配套巷道長度可以減少700m。普通皮帶機(jī)與管帶機(jī)巷道內(nèi)的安裝斷面如附圖2。S掘進(jìn)=12.88m2 S凈=11.41m2 S掘進(jìn)=8.44m2 S凈=7.23m2附圖2 管帶機(jī)與普通皮帶機(jī)巷道布置對比圖 如圖普通皮帶機(jī)帶寬為1400mm，小時(shí)礦石運(yùn)輸能力為20003000t/h，與之對應(yīng)的管帶機(jī)管徑為500mm。具體對比結(jié)果見附表2。附表2序號管帶機(jī)普通皮帶機(jī)差值備注項(xiàng)目單位值項(xiàng)目單位值1管徑mm500帶寬mm14002設(shè)備安裝寬mm880設(shè)備安裝寬mm1910-1030對巷道斷面影響較大3設(shè)備安裝高mm2080設(shè)備安裝高mm12008804巷道掘進(jìn)斷面積m28.44巷道掘進(jìn)斷面積m212.88-4.445巷道凈斷面積m27.23巷道凈斷面積m211.41-4.18根據(jù)附表2，巷道掘進(jìn)斷面可以節(jié)省4.44m3，目前地下礦巷道掘進(jìn)平均成本300元450元/m3，則每米巷道平均省投資1665元，如果巷道總長2000m，則巷道斷面減小可節(jié)省工程投資約333萬元，如果再節(jié)省巷道長度700m的投資338萬元，合計(jì)節(jié)省投資671萬元，約占總投資30% 。再取消中間轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶機(jī)，還可以節(jié)省皮帶機(jī)、電控等大部分投資。管帶機(jī)中間沒有轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，大大節(jié)省設(shè)備維修以及操作人員等，所以人員工資等方面費(fèi)用減少，使設(shè)備運(yùn)行成本降低。（2）適合管帶機(jī)的幾種開拓形式1） 管帶機(jī)-斜井開拓：將管帶機(jī)布置在專用斜井內(nèi)，斜井坡度可以提高到2025。此斜井可以轉(zhuǎn)彎、變坡，較有軌斜井更靈活、更安全。人員材料利用輔助斜坡道或副井運(yùn)輸。2）管帶機(jī)-斜坡道開拓：將管帶機(jī)巷道與無軌斜坡道統(tǒng)一設(shè)計(jì)，由于管帶機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑較小，完全能夠和斜坡道統(tǒng)一起來，即管帶機(jī)布置在斜坡道內(nèi)，形成管帶機(jī)-斜坡道聯(lián)合開拓形式。3）管帶機(jī)-平硐開拓：將管帶機(jī)布置在平硐內(nèi)即形成管帶機(jī)-平硐開拓。4）管帶機(jī)延深開拓：利用管帶機(jī)布置靈活、提升角度大等優(yōu)點(diǎn)，將管帶機(jī)應(yīng)用于坑內(nèi)延深礦的礦石提升。（3）其它應(yīng)用：由于管帶機(jī)具有雙向運(yùn)輸功能，向地表輸送礦石同時(shí)，可以向井下運(yùn)輸支護(hù)材料，如砂子、水泥等，也可以向井下輸送充填料。管帶機(jī)巷道可以兼作進(jìn)風(fēng)道，而一般礦山不能將箕斗井或皮帶斜井作