确定锦屏水电站井下设备布置参数的大奔流沟料场方案

李 杉　朱显山

（葛洲坝集团第五工程有限公司，湖北　宜昌　443002）

摘 要：本文通过锦屏大奔流沟料场井下大型旋回破碎设备的布置，介绍溜井下部结构、受料方式、破碎洞室与溜井的安全距离、设备及附属结构物的配置参数，为系统正常运行提供依据。

关键词：下料口　设备　安全距离　参数

锦屏水电站大奔流沟料场石料运输采用两条直径6m的倾斜溜井分别进入底部的破碎洞室，每个破碎洞室设置一台Metso公司生产的42－65大型旋回破碎机进行破碎，根据设备最大通过粒径900mm，破碎后的半成品料通过胶带机运输进入加工系统，处理能力2000t/h，针对井下旋回破碎机在水电行业首次应用，单台处理量较大，使用周期较短的特点，有必要对破碎系统的布置方式，供料形式、设备选择等参数进行确定。

1 溜井下部结构

1.1 溜井堵塞成因

溜井堵塞主要来自于石料在溜井中容易形成的平衡拱和管状现象［1］。一般说来，平衡拱多发生在溜井段，与溜井的直径有关，上述两种现象与溜口结构、所溜放物料的最大块度、块度组合、黏结力等物理力学性质以及放矿设备有关，在溜井直径符合要求后，平衡拱基本能够消除，但在溜井变断面部分，由于有效粗石料通过断面的减小，在其上部会形成图1那样的管状死区，管状死区的形成也称为管状现象，其成因与岩石之间的黏结力有关外，更重要的与放料方式、溜口结构等相关参数有密切关系。

1.2 溜口宽度

溜口的设计是决定岩石毛料输送系统能否顺利运转的重要环节。为了充分发挥溜井的功能，必须使溜井的贮料量与排料量保持平衡；而在设计溜口时，必须将堵设和管状现象控制到最低限度。防止在溜口处形成大块平衡拱引起堵塞的条件按下式计算。

式中：B——溜口的宽度，m；

图1 溜井放料的管状现象

1-贮料仓 2-放料口 3-管状空区 4-石料 5-溜井井筒 6-石粉堆拱线 7-似管状空区

d——最大入料块度的最大直径，m。

如果溜口处的大块平衡拱可经常简便地消除，D/d可以适当地降低。如果溜口处的粉矿平衡拱可用压力水将其破坏消除，D/d的取值要利于增加溜口的通过能力，这与放料方式有直接关系。

1.3 放料方式

破碎洞室给料设备一般采用板式给料机或振动放矿机。

板式给料机普遍应用于矿山溜井，给料均匀，但自重大 （约100t），板式给料机结构可靠，检修方便，一般用于周期长的项目，如兰尖铁矿［2］采用的2400×8000mm的板式给料机已使用了近40年。但由于其下料依靠石料自重流动，因此下料口一般布置在溜井正中心，承受料柱高度和面积均较大，相应的压力极大，因此一般采用重型板式给料机，但为了降低设备承受压力，一般在溜井外侧设置独立的放料仓形式。

振动放矿机产生于50年代后期的苏联，它与重力放矿的板式给料机相比较主要特点是：在振动放矿过程中，石料除借助重力自溜外，还承受放矿机的强力振动，这对消除管状现象是有效的；同时设备自重轻，安装方便，占地空间小的优点；但振动放矿机容易出现电机损坏和面板磨损后难以更换的缺点。

结合本项目实际情况，本项目使用期限是5年，使用周期相对短，因此选用振动放矿机。

1.4 楣线高度和埋设深度

振动放矿机采用侧面放料，楣线高度、埋设深度和放料口宽度决定溜井下料口尺寸，放料口宽度与溜口宽度一致，受料柱压力导致埋设深度低于宽度 （见图2）。

图2 下料口参数图

1-溜井口变截面 2-振动给料机

楣线高度值为：　h=kd　（2）

式中：d——合格的大块尺寸，mm；

K——出料口高度的大块通过系数，k=1.6～2.2。

埋设深度也指给料机受料长度，其值为：La=h　（3）

宽度与给料能力有关，但大于2d。

从式 （1） （2） （3） 可以确定，溜口宽度值≥2.7m，楣线高度和埋设深度为1.44～1.98m，考虑给料方式采用振动设备，宽度可以适当降低，溜口结构尺寸为2.5m×2.5m，楣线高度和埋设深度均选择为2m。

2 破碎设备布置参数

2.1 布置方式

井下旋回布置有两种形式：出露式和埋入式。

出露式是将旋回破碎机驱动部分布置在洞室平面，埋入式则是和露天旋回布置形式一致，驱动部分布置在洞室平面下面，此种方式在国外工程中应用广泛［3］，二者最大区别在于出露式设备基础土建量小，而洞室的高度则要相应增加，洞室施工难度增大，从整体经济性综合比较，埋入式布置更为经济合理。

2.2 破碎洞室参数

必须满足设备布置、安全运行和设备安装的需要，主要包括以下参数：

高度H （m）

洞室高度主要考虑设备安装过程中的最大高度，按下式进行计算：

式中：h1——破碎设备单件最大高度m。

h2——吊装设备与吊装件之间的最小安全高度。包括最短钢丝绳、吊钩高度、吊钩与起吊设备间最短距离、起吊设备占用的空间距离之和，m。

h3——安全距离，包括起吊设备与洞室顶部之间的安全距离和设备离地的安全距离之和，m。

实施过程中，h2受起重设备的影响较大，根据设备不同其高度也各不相同，设备型号则根据设备最大起重量进行确定。

根据工艺条件，本项目系统粗碎采用Mesto公司生产的42－65旋回破碎机，最大起吊重量39t，h1最大高度约5m，考虑后期运行检修方便，洞室采用50T的桁车，根据其设备参数，h2的高度约6m，h3与起重设备移动范围、洞室顶部结构、桁车的吊装有直接关系，因此即使不考虑安全距离h3，洞室高度不低于11m。

宽度A （m）

洞室宽度主要由设备工艺宽度、人行通道和桁车基础宽度组成。

设备工艺宽度主要指设备正常运行所必须宽度，主要包括设备上机架的宽度和受料坑的宽度，以受料坑宽度为准，根据工艺要求，受料坑宽度为6m，考虑两侧人行通道不低于1.2m，桁车基础宽度0.75m，则设计宽度按10m考虑。

长度L （m）

洞室长度L主要由设备布置水平长度L1和检修长度L2组成，即L≥L1+L2。

破碎洞室相关参数见表1。(www.xing528.com)

表1 破碎洞室参数表

3 破碎洞室与溜井的安装参数

3.1 安全距离

地下破碎洞室与溜井间的保安岩柱宽度根据围岩稳固强度确定，一般情况下不小于4m。

地下破碎洞室至溜井上部矿仓的中心距按下式计算：

式中：

L——地下破碎洞室至溜井上部矿仓的中心距 （m）；

b——排矿口中心至破碎洞室端或侧墙的距离 （m）；

d——额墙厚度 （m）；

D——上部矿仓或溜井直径。

根据计算，结合锦屏地质情况确定地下破碎洞室至溜井上部矿仓的中心距为14.1m，中间围岩宽度4100mm。

3.2 给料配置参数

振动放矿机激振力一般来自于设备中部，采用偏心块或振动电机驱动，其总体长度一般在6m以内，根据图3，下料口中心与设备边缘距离为8m，单台设备不能满足距离的要求，因此本项目配置两台，采用串联配置，单台长度4.5m。

图3 破碎机洞室至溜井上部矿仓中心距

1-溜井 2-放料口 3-破碎机洞室 4-破碎机基础

溜井现行的设计主要基于简单的平衡计算、模型分析和经验［4］，作为承受荷载较大的下料口和检修门在溜井上部石料超出门楣高度1m后，其下料过程中的动荷载基本不需要考虑，作为侧向放料其影响性最小，此方式主要来自于静荷载影响，根据此结构形式，料柱压力影响范围主要是下料口管状影响线以下的石料自重产生的正向压力 （见图1 （b） ），结合岩石的对磨损，对下料口变截面和给料机底板进行加固，结合尖山铁矿加固经验，考虑本项目使用周期，下料口采用40mm高锰板加固，振动给料机底板加设30mm的高锰衬板，利用石料自然安息角与给料机的夹角形成自锁，不需要单独设置闸门 （见图4）。

图4 井下旋回布置图

1-溜井 2-大型振动给矿设备 3-吊钩桥式起重机 4-PG1265旋回破碎机 5-出料胶带机

3.3 破碎设备下部分参数

破碎设备上部分结构与露天布置方式一致，但在储矿段环节有所不同，传统旋回破碎设备在出料环节设置缓冲仓，仓下设置振动给料机，主要原因在于汽车受料的不均匀性，容易超过出料胶带机运输能力，设置振动给料机可以保证供料的均匀性，井下旋回由于采用振动设备给料，供料均匀可以得到保证，因此下部分给料设备取消，同时可以有效地降低设备安装高度3～4m。

4 辅助设施配置

4.1 洞室安全因素

地下洞室具有潮湿、通风差的特点，同时井下破碎系统还存在跑矿的风险，因此其配套的安全措施也同样不能忽视。

通风。破碎洞室与胶带机输送洞室高差约14m，二者结构都属于单向通道，洞内粉尘比较严重。

排水。洞室岩石为节理发育的砂岩，在雨季地下水出露较多，对设备运行安全存在一定的隐患。

跑矿。溜井在物料含水量达到饱和状态时容易发生跑矿事故，对洞内人员安全也带来极大的隐患。

4.2 排水

在溜井放矿洞室和胶带机运输洞室均设置排水沟，溜井底部各洞室的排水由设备运输洞排往2#道路排水系统，1#胶带机洞排水通过2#安全通道 （兼排水洞） 排水至雅砻江。

4.3 通风除尘

破碎机洞室运行时将有粉尘产生，除采用喷水降尘外，还在破碎机洞室内设置强制式通风设施。

各操作洞室的通风为：新鲜风流从2#安全通道和1#安全通道进入到各洞室和操作间，通过破碎洞室、放矿洞室后的污风经排风机排至1#胶带机洞，由1#胶带机洞排出地表；各操作洞室辅以正压通风和负压降尘。

洞内粉尘主要产生于石料的破碎和皮带落料处，在每台破碎机出料口均设置除尘点，在出料口一侧设置吸尘罩，含尘气体由吸尘罩进入除尘装置收尘。皮带搭接点设置一个除尘器，由气体管道闸门控制。除尘装置采用UF型单机袋式收尘机，它具有体积小，处理风量大，结构紧凑，从除尘器上清除下来的粉尘直接落在皮带上运走等优点。除尘器型号为UF-3，处理风量为2040m3/h，收尘阻力为588～1176Pa。

4.4 人员安全通道布置

人员安全通道根据人员作业面进行布置，在破碎洞室内侧布置一条2×2.5m的安全通道，连接1#和2#操作间，中间与设备运输洞连通；在胶带机洞室尾部布置一条安全通道与临江辅助道路连接，考虑两条洞的上下联系，在2#破碎机尾部增设置斜竖井连通上下安全通道。

安全设施相关参数见表2。

表2 井下旋回安全设施参数表

5 结论

本项目首次在水电行业布置大型井下旋回破碎机，在供料设备、洞室布置和下料口结构参数上突破了现有的矿山设计规范。

项目于2006年年底开工，2008年6月完工，通过溜井放料和生产性试验，单井生产能力1600t/h，在旋回破碎机开口为130mm时与设备铭牌产量一致，给料设备具备提高产量的调整能力，目前已经正常生产了近5年，证明旋回破碎机井下布置是成功的，在下料口和给料设备参数选择上也是恰当的，但对全系统的整体评价还有待于进一步观察。

参考文献：

［1］殷永家，地下矿溜井系统设计中结构参数的选定与实践体会，中国有色金属学报， 1998年9月.

［2］兰尖铁矿志，2000年.

［3］水利水电施工组织设计手册，2007年.

［4］利用物理模型和颗粒流分析评估矿石溜井设计，世界采矿快报，1999年，第2期.

◎作者简介：

李 杉，男，助理工程师，葛洲坝五公司。

朱显山，男，高级工程师，葛洲坝五公司副总工程师，砂石科学研究所所长。