ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１９Ｎｏｖｅｍｂｅｒ．２０２０
现 代 矿 业
ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ
总第６１９期
２０２０年１１月第１１期
马中立（１９８５—），男，工程师，２３０６０１安徽省合肥市滨湖新区武汉路２３０号。
马中立
（五矿矿业控股有限公司）
摘 要 针对某在建矿山深井开拓方案探索需求，通过对胶带运输系统发展应用情况介绍和胶带运输系统运输特性影响因素分析，并结合深井开拓胶带斜井方案与竖井加胶带斜井方案投资经济性比较，以及对胶带运输系统在运行过程中关键问题的分析和讨论，得出随着胶带运输技术的不断发展，在大规模
深井开拓中，胶带斜井开拓将大有可为，为冶金矿山深井开拓方案选择提供决策支持。
关键词 胶带斜井 运输特性 深井开拓 可靠性ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４ ６０８２．２０２０．１１．０５１
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｆＲｕｂｂｅｒＢｅｌｔＩｎｃｌｉｎｅｄＷｅｌｌｉｎＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｆＤｅｅｐＷｅｌｌｉｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＭｉｎｅ
ＭＡＺｈｏｎｇｌｉ
（ＭｉｎｍｅｔａｌｓＭｉｎｉｎｇＨｏｌｄｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｄｅｍａｎｄｏｆｄｅｅｐｗｅｌｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｎｏｆａｍｉｎｅｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃ ｔｉｏｎ，ｂｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒｂｅｌｔｃｏｎｖｅｙｏｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｃｈａｒ ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｅｅｐｗｅｌｌｄｅｖｅｌｏｐｔａｐｅｓｌｏｐｅｐｌａｎｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｅｃｏ ｎｏｍｉｃａｌｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｉｎｃｌｉｎｅｄｓｈａｆｔｗｉｔｈｔａｐｅ，ａｎｄ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｂｅｌｔｉｎｃｌｉｎｅ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｄｅｅｐｗｅｌｌｔｏｄｅｖｅｌｏｐ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
随着我国埋藏较浅矿产资源的枯竭及深井、超深井矿产资源的不断被发现，深井矿石的提升技术成为矿山开发的关键技术之一。而我国在超深井、超大规模矿山提升设备的设计、制造、应用水平还不成熟，超过千米深的一条（套）箕斗竖井提升能力，很难超过
６００～７００万ｔ／ａ（９００～１０００ｔ／ｈ）［１］
，提升能力严重
受限。随着胶带运输装备水平的不断提高及国家对有关规程的修订，胶带斜井特别是大运量、长距离胶带斜井开拓逐渐引起矿山开发者的重视。
１ 胶带运输在矿山开拓中的应用
在大规模深井开拓中，可将相对简单的单段胶带运输进行多段组合，采用多机驱动，具备电机功率小，驱动系统简单，投资低，附属设施少，驱动站土建结构简单，斜井施工造价比竖井低等优点。并且胶带运输维护简单容易，对维护人员要求低，胶带损坏后可以分段更换，对生产影响小，费用低。
目前大运量、长距离胶带运输在煤矿中应用较多，应用已比较成熟，国内具有代表性的煤矿应用案例如表１所示。
姚宏表１ 国内胶带运输机应用案例
矿山名称运输能力／（ｔ／ｈ）带速／（ｍ／ｓ）长度／ｍ角度／（°）带强／（Ｎ／ｍｍ）电机功率
／ｋＷ宁煤梅花井
主斜井３１００
６．５
１７９０
１６
ＳＴ６３００４×１８５０
国电察哈素矿
主斜井３５００５．６１７５４１６～１０ＳＴ６３００４×２０００
清水营煤矿主斜井
３３００４．５１４２８２２～２６ＳＴ５４００４×１６００
胶带运输机在冶金地下矿山应用案例较少，最具代表性的为玉溪大红山铁矿，大红山铁矿二期总计７段胶带接力的矿石提升运输系统，提升高度７８３ｍ，胶带机总长度４８
９０．５５ｍ，共１３个驱动单元同时运行，采用变频调速驱动，运量６００万ｔ／ａ。
２ 胶带机运输特性的影响因素
胶带机的运输特性主要受物料松散密度、物料安
息角、运量、带速等参数影响。在实际应用中针对某种特定物料，如铁矿石，其胶带运输特性还与胶带槽角、胶带倾角等参数密切相关。
如图１、图２所示，为胶带倾角在１８°和２０°时物料受力简图，物料自身重力Ｇ产生一个与运输方向相反的分力下滑力Ｆ，垂直胶带产生一个分力正压力Ｎ，根据胡克定理，正压力与接触面产生与运输方向相同的摩擦力ｆ，临界点平衡方程Ｇ·ｓｉｎα＝μ·Ｇ·ｃｏｓα，随着输送机倾角α的增加，下滑力Ｆ增大，摩擦阻力ｆ减小，当α超过临界值时，物料下滑，无法正常
运输。
图１ 倾角１８°
物料受力简图
图２ 倾角２０°物料受力简图
如图３、图４所示，胶带自身重力的３个分量Ｇ１
、Ｇ２、Ｇ３和物料重力的２个分量Ｇ４、Ｇ５，与托辊支撑力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３在垂直方向的矢量和令胶带产生Ｒ２圆弧，Ⅰ处、Ⅱ处、Ⅲ处胶带的形状作为判断皮带机成槽性
的依据。通过图３、图４对比可见，增大上托辊组槽角，在物料重力作用下，胶带对运输物料形成挤压状态，增加了物料内部的压力，临界点方程下滑力Ｇ·ｓｉｎα＝μ·Ｎ，皮带机倾角α与正力Ｎ成正比，故上托
辊槽角的增大能够使输送机运输角度增加。
图３ 胶带槽角３５
°
图４ 胶带槽角６０°
通过对胶带倾角、槽角对胶带运输特性的理论分析可见，在物料性质和输送要求一定的情况下，胶带倾角和槽角是影响胶带运输特性的主要因素，胶带倾角越大，物料在胶带上的稳定性越差。槽角越大，胶带对物料的摩擦阻力随之增加，物料稳定性增强。
３ 胶带斜井开拓在冶金地下矿山应用探索
以鞍山某在建地下铁矿山为例，就开拓方式在工程、投资、运行等方面进行经济性比较。该矿山设计产能１１００万ｔ／ａ，提升高度１２９１ｍ，措施井、副井已掘砌到底，补充勘探工程正在进行中。由于国内提升高度１２００ｍ以上，产能５５０万ｔ／ａ以上的竖井筒提升案例基本没有，提升钢丝绳易磨损，更换频率大，运营费用较高，国内使用经验少，多采取的为竖井＋胶带斜井的开拓方式。现就竖井＋胶带斜井开拓方案与胶带斜井多段倒运方案开拓进行经济性比较。
（
１）方案一：竖井＋胶带斜井开拓系统配置。采用一段斜井胶带将粗破碎之后的矿石倒运至主井附近的转运矿仓，再由装矿胶带给入主井箕斗，提升至地表。
采用２套主井＋一段胶带斜井提升系统，两套系统设备均相同，竖井深１０７６ｍ，提升高度１０７４ｍ，井筒净直径
６ｍ，矿石提升量均为５５０万ｔ／ａ，提升机选用ＪＫＭ ５×６（Ⅲ）
型多绳塔式提升机，２２ｍ３
底卸式双箕斗提升，交流同步电机，功率７２００ｋＷ。
胶带机布置在斜井中，倾角为１４°，斜长９２６ｍ，提升高度２１３ｍ，带强ＳＴ４５００，带宽１２００ｍｍ，电机功率３×１１２０ｋＷ。
（２）方案二：胶带斜井多段倒运开拓系统配置。根据目前安全规程对于胶带倾角的要求，设计采用四段倾角１４°胶带斜井倒段接力将粗破碎之后的矿石运至地表。为便于胶带斜井检修及事故处理，每隔５００ｍ斜坡道与胶带斜井相联通。各段胶带布置方式根据副井和斜坡道位置进行统筹布置，四段胶带平均提升高度３２３ｍ，带强ＳＴ５４００，带宽１２００ｍｍ，电
机功率４×１１２０ｋＷ。斜井断面１７．５８ｍ２
，设计有平
行于胶带的检修道及附属配套设施。
（３）投资运营比较。上述２种方案均设置１条副井、１条措施井、２条回风井，１条通地表的辅助斜
坡道。竖井、斜井等参考国内深井设计实践和相关文
献资料进行工程量、装备和投资情况进行估算［２］。
竖井提升和斜井胶带运营费用按照相关矿山设计和应用实践进行估算。工程地质和水文地质按照条件一般考虑。经济比较如表２所示。
从表２中对比可见，方案二井巷工程量较大，但
由于竖井提升有井塔设施，土建工程量较大，总体来说井巷加土建工程量投资方案二多４５７０万元，设备
马中立：
胶带斜井在冶金矿山深井开拓中的应用探讨 ２０２０年１１月第１１期
表２ ２种方案经济比较
方案工程量
／ｍ３
井巷土建
投资／万元
设备投资
／万元
运营费
／（万元／ａ）
方案一
（主井＋胶带斜井）
１２４１６０１９６０９１３６５２６１９７
方案二
（全胶带斜井）
１９０８６７２４１７９１１２００５５４４
投资少２４５２万元，综合总投资多２１１８万元。
方案二年运营费少６５３万元，比方案一降低１０．５％，与大红山铁矿一期可比年经营费用基本吻合。
根据ＧＢｌ６４２３—２００６《金属非金属矿山规程》和相关安全系数，目前冶金地下矿山胶带运输设计倾角一般不超过１５°。胶带斜井倾角的大小直接关系到矿山基建工程投入，在安全许可的前提下，胶带倾角越大，开拓系统基建工程量越小，投资越小。随着科学技术的不断发展，特别是胶带运输装备设计、制造水平的不断提高，大倾角胶带运输开拓系统在煤矿率先得到实践，并展现了其优越性。随着冶金矿山深度超千米、年产量超千万吨项目的不断开发，对矿石提升能力需求的不断增长，大倾角胶带运输开拓方案在冶金地下矿山的应用也逐渐被讨论。若将方案二胶带倾角增加至１８°，斜井井巷长度将减少１１００ｍ，工程量减少２１７８０ｍ３，综合投资方案二比方案一减少２７００万元。
综合以上分析可知，胶带斜井开拓方案在设备投资、运营费用等方面有较大优势，随着胶带斜井倾角的增加，井巷工程量将显著减少，经济优势逐渐显现。４ 胶带斜井多段倒运开拓有关问题分析４．１ 胶带运输系统可靠性
近１０ａ来，随着对大运量、长距离胶带运输装备需求的不断提高，胶带机设计制造水平得到进一步发展，在露天或地下矿山大规模矿石运输中越来越得到成熟应用。
（１）目前国内较知名的胶带机设计制造企业如宁夏天地西北煤机、衡阳运机、自贡运机等厂家均有比较成熟的设计制造技术和成功的应用案例。同时，选用优质耐磨防撕裂胶带、高质量滚筒、低阻力托辊等重要部件，能充分保证系统安全系数大于７。
（２）对于大运量、长距离、高速度胶带运输机，启动和停止时的稳定性必须完全可靠，高压变频技术很好的解决这个关键问题。高压变频真正实现了软启动，启动电流、转速小，对机械和电机造成的影响较小，并且很好的做到了多机驱动功率平衡［３］。目前，高压变频技术已非常成熟，平均无故障时间达２０ａ以上，并且在胶带运输系统中得到了大量应用。
（３）针对冶金矿山大倾角胶带运输系统应用，相关设计、应用单位也开展了一些探索和试验，比如衡阳运机与山东黄金合作进行大倾角胶带运输试验，公司委托宁夏天地西北煤机进行铁矿石大倾角胶带样机试验，且试验结果得到了行业认证。这些都为大倾角胶带运输在冶金地下矿山应用提供了技术基础。
在胶带运输装备硬件和软件技术不断成熟的同时，矿山物联网技术也正在日新月异的发展，物联网技术实现了从设备可视化感知、安全环境感知、数据集成、智能决策等各个环节的深度融合［４］，为胶带运输系统的安全高效管控提高了强力保障。
４．２ 胶带运输系统检修问题
相较与大红山铁矿，大型地下铁矿一般配有副井、通地表斜坡道、措施井等辅助措施工程，可以充分利用副井、措施井、斜坡道的布置位置，按照便于基建施工和后期运维的原则，与胶带斜井首轮、尾轮联通，保证首轮、尾轮大型设备的安装、更换和检修。在满足安全规程的前提下，尽量减小检修道宽度或者只设人行简易检修道，以减小斜井断面，能大大降低基建井巷工程量。同时，在斜井井巷内每隔一段距离设置功能性躲避硐室，用以储存托辊、油脂等易损易耗品，以保证后期经常性、临时性检修工作。
４．３ 大块及杂物处理
大块和杂物一直以来都是胶带运输特别是铁矿山胶带运输的难题，无论设计单位还是应用单位都开展了大量的研发公关，但对于磁铁矿杂物处理问题还没有得到根除。为了保证胶带运输系统绝对安全，可靠的防护措施十分必要。目前对于大块及杂物处理基本采取３种措施。
（１）源头治理。通过对采掘、运输、破碎等环节大块及杂物指标进行严格管控措施，大块问题基本可以得到解决，但受制于采矿、破碎工艺的特殊性，个别铁器杂物时有发生，给胶带运输安全带来潜在隐患。
（２）安排专人对大块及杂物进行捡拾。这种方法是比较原始和普遍的做法，效果较好，但由于皮带装矿部位面临噪音、粉尘等恶劣环境，非常不利于操作工人的职业健康。
（３）在胶带尾部装载部位安装除铁器。无论是对五矿矿业控股有限公司下辖的几家生产矿山安装除铁器后的效果分析，还是对如大红山铁矿、冬瓜山铜矿等矿山的调研分析，均反映对于磁铁矿矿山胶带运输系统，安装除铁器效果不明显。
以上３种常见的措施，都不能从根本上解决大块及杂物问题。通过与相关设计单位反复论证，提出若将干选和中碎放在井下，将矿石粒度降至７５ｍｍ以下，将从根本上杜绝大块及杂物问题，并且可大大提高胶带运输系统整体安全可靠性，同时，可减少地表噪声、粉尘污染，对建设绿矿山也大有裨益。
（下转第１９１页）
总第６１９期现代矿业２０２０年１１月第１１期
比例进行调整（图４），比如颜选择黄，比例选择２，线宽选择５，使显示效果更好（图５）。在视图中重置倾斜和罗盘，消除图片变形，选择保存图像，标注图名、图例后即可生成ＪＰＥＧ图像（图６）。这证明了用ＣｏｏｒｄＴｏｏｌｓ将经纬度坐标批量导入ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ的直
接方法是便捷有效的。
图３ ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ中矿业权位置（
调整前）
图４ 线、标签、
图标调整
图５ ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ中矿业权位置图（
调整后）
图６ 矿业权的ＪＰＥＧ图像
４ 结 论
（１）利用坐标转换软件将经纬度坐标批量导入ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ的直接方法是便捷有效的。
（２）利用坐标转换软件ＣｏｏｒｄＴｏｏｌｓ直接生成ＫＭＬ文件的直接方法与利用ＧｌｏｂａｌＭａｐｐｅｒ软件生成
ＫＭＬ文件的经典方法相比，在使用软件数量、占用内存大小、操作流程上都占有较大优势。
（３）采用坐标转换软件将经纬度坐标批量导入ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ有助于提高对矿业权地形地貌的认识。
参 考 文 献
［１］ 陈强，姜立新，帅向华．ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ在地震应急中的应用［Ｊ］．地
震，２００８，２８（１）：１２１ １２８．
［２］ 王泽功，姚宏岗，倪春伟．ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ地图在矿产资源利用现状
调查中的应用［Ｊ］．现代矿业，２０１４（５）：９１ ９２，１６４．
［３］ 刘大杰，施一民，过静臖．全球定位系统（ＧＰＳ）的原理与数据处
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［５］ 朱华统．常用大地坐标系及其转换［Ｍ］．北京：解放军出版社，
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（收稿日期２０２０ ０９ １２櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
）
（上接第１７４页）４．４ 转接漏斗设置转载点作为胶带倒运的关键环节，对提高设备作业率，减少设备停机率起着至关重要的作用，按照大红山铁矿井下转接点［５］、安徽开发矿业主井至选厂胶带转运站使用经验，积料型导料槽，并配以耐磨锰衬板，应用效果良好。该种设备转载高差小、耐冲击、
结构合理，具有借鉴意义。转载漏斗结构见图５
。图５ 转载漏斗５ 结 语通过对胶带运输系统发展和运输特性影响因素
分析，并结合某铁矿胶带斜井多段倒运开拓系统投资经济性比较探讨，以及对胶带运输系统在运行过程中
关键问题及对策的讨论，为冶金地下矿山开拓系统选
择提供了参考。参 考 文 献
［１］ 余南中，张志雄，郭枝新．胶带斜井在金属非金属矿山及深井开
拓中的应用和探讨［Ｊ］．中国矿业，２０１２（８）：５６０ ５６５．
［２］ 采矿设计手册编委会．采矿设计手册（４）矿山机械卷［Ｍ］．北
京：中国建筑出版社，１９８８．
［３］ 徐进平．大红山铁矿主斜井胶带运输［Ｊ］．有金属设计，２００９
（３）：２２ ２５．
［４］ 杨茂符，石际云，郭新玲．高压变频技术在主斜井胶带机电控系
统中的应用［Ｊ］．山东工业技术，２０１６（１４）：２１０．
［５］ 张志强．物联网在主胶带运输系统中的应用［Ｊ］．山东煤炭科
技，２０１９（７）：２０１ ２０７．
（收稿日期２０２０ ０６ ２６）
胡 明：
利用ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ软件分析矿业权地理位置的方法 ２０２０年１１月第１１期
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