大红山铜矿东部箕斗竖井提升系统建设方案

李春林，罗代祺

（云南铜业股份有限公司，云南昆明 650051）

1 工程概述

玉溪矿业大红山铜矿位于云南新平县戛洒镇，隶属于云南铜业股份有限公司，是一家国有大型地下矿山采选企业。为确保矿山可持续发展，大红山铜矿建设矿区F3 断层以西西部矿段的采矿工程，其资源储量1360 万吨，井下采矿建设规模为6000 t/d。

东部箕斗竖井提升系统是该采矿工程重点内容，承担着井下矿石和废石的提升任务。通过东部箕斗提升系统实现原矿和废石一次提升到地面，矿石通过输送皮带转运至大红山铜矿二选厂，废石通过汽车倒运至废石堆场。

2 提升方案选择

2.1 箕斗竖井

东部箕斗竖井系明竖井，井口布置于大红山铜矿二选厂原矿仓以东的工业场地平台，井口标高794 m，井底标高-165 m，井筒直径5.5 m，井下破碎站布置于标高-60 m，计量硐室布置于标高-100 m，井底粉矿回收布置于标高-165 m。井筒提升高度达894 m，设计提升能力要求9000 t/d。

2.2 提升方式

2.2.1 提升方式的选择

根据提升深度要求，提升方式采用多绳摩擦式提升。多绳提升的钢丝绳不缠绕在卷筒上，而是搭在主导轮上，提升高度不受卷筒容绳量的限制。多绳提升同时断绳的概率小，安全性高。

2.2.2 多绳摩擦式提升工作原理

多绳提升机的钢绳搭在主导轮上，两端各悬挂一个提升容器，或一端悬挂容器，另一端悬挂平衡锤。借助于主导轮上的摩擦衬垫与钢丝绳之间摩擦力来传动钢丝绳，使容器移动，从而完成提升和下放重物的任务。

2.3 提升设备类型

2.3.1 提升设备类型的选择

多绳提升设备分塔式和落地式两种类型。东部箕斗竖井所在平台场地狭小，受工业场地限制和提升量的需求，选择塔式多绳提升设备，双箕斗提升。

2.3.2 塔式多绳提升系统（图1）

基于提升深度深和提升钢绳导向要求，采用有导向轮的多绳提升设备。

图1 塔式多绳提升系统

2.3.3 塔式多绳提升优点

（1）布置紧凑，可节省工业场地。

（2）不需要设置天轮，钢丝绳搭在主导轮上，提升高度不受卷筒容绳量的限制，适合深井提升。

（3）全部载荷垂直向下，井架稳定性好、安全性高。

（4）钢丝绳不会因祼露在室外影响摩擦系数，提高安全性，延长使用寿命。

2.3.4 塔式多绳提升缺点

（1）需要建设井塔，塔式多绳提升系统造价较高。

（2）维护检修工作复杂，后期运行维护成本也比较高。

3 提升机系统设备的选择

提升系统主要设备选用JKM4.5×6 井塔式提升机，2 个15 m3底卸式箕斗，钢绳罐道，2 台2500 kW 直流电机。

3.1 提升机

选择JKM4.5×6 井塔式提升机，数量1 台。技术要求：①有导向轮的塔式提升机主导轮和提升机钢丝绳的直径比Dj/ds 不小于100；②双电机直流直联驱动；③在尾绳与首绳等重量时，最大静张力1011.5 kN，最大静张力差263 kN。主要技术参数：①主导轮直径4500 mm；②导向轮直径3600 mm：③钢丝绳间距300 mm；④提升首绳采用钢丝绳根数6 根；⑤工作提升速度12.73 m/s；⑥提升加、减速度0.75 m/s；⑦在无油、淋水状态下，摩擦系数不小于0.25。

3.2 提升电机

选择ZKTD285/67 型电机，数量2 台。技术要求：小时提升次数25.7 次，每次提升量不小于24 t，小时提升能力616.8 t，完成8000 t/d 矿石提升任务，工作提升时间12.97 h，每天分两次完成1000 t/d 废石提升任务，每次1 h，穿插在三班工作内。技术参数：①转速为54 r/min；②功率2500 kW；③过载倍数为1.8 倍。

（1）提升速度验证计算（图2）。t1=4.8 s，t2=1.85 s，t3=69 s，t4=15.3 s，t5=19.5 s，t6=3.3 s，t7=t8=4 s，t9=16 s，T=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9=140 s。

图2 提升速度图示

（2）提升力验证计算（图3）。预选电机的额定力Fe=（1000）×2×5000×0.98/12.73=384 917 N。按照图3 中最大动力Fmax进行过载动力校核，λ′=472 529/384 917=1.23＜0.85×λ=1.53。λ 是电机过载系数。

经过上述验证计算，所选电机满足使用要求。

图3 提升力图示

3.3 提升钢丝绳（首绳）

（1）提升首绳选型及验证计算。

式中 Ps——钢丝绳每米质量，kg/m

Qmax——最大装载量，kg

Qj——箕斗质量，kg

Lo——钢绳悬垂长度，m

E——钢丝绳抗拉强度，MPa

ρ——钢绳假定密度，kg/m3

g——重力加速度，m/s2

m——钢丝绳安全系数，≥7

n——提升钢绳根数

本例中，Qmax=26 754.39 kg，Qj=30 170 kg，Lo=1020 m，E=1470 MPa，ρ=9000 kg/m3，g=9.806 65 m/s2，m=7（提升物料时），n=6。带入式（1）计算，Ps=6.979 426 kg/m。为此，提升机提升首绳共6 根，选用直径44 mm 三角股钢丝绳，自重807 kg/100 m，钢丝绳公称抗强度1670 MPa、最小破断拉力1220 kN。

（2）提升首绳的安全系数验证计算。

式中 m′——钢丝绳实际安全系数

P——选定钢丝绳的自重，kg/m

Qp——钢绳中钢丝破断力总和，N

本例中，P=8.07 kg/m，Qp=1 435 940 N，带入式（2）计算，m′=8.26，满足提升物料时首绳安全系数m≥7 的要求。

3.4 自控系统

要求实现自动装卸、预警/报警、制动、可视等远程智能集中控制的功能。

4 工程建设可行性分析

4.1 工程重点

工程在立井井筒（深度约959 m）和井塔高空（高度约86 m）的条件下施工建设，工程质量和技术要求高，安全生产风险大。工程重点是提升机、井塔电气设备、钢丝绳和装卸矿设施的安装与调试。

4.2 技术要求

工程质量和技术应达到有色金属矿山井巷安装工程、工程测量、电气设备工程安装、钢结构工程、地下矿山安全规程等施工及验收标准和规范要求。

4.3 主要施工机械设备

吊装设备是工程的主要施工机械设备，需要配置大吨位绞车，辅以中小吨位绞车，大吨位绞车按JZ-40/1300 型凿井绞车的规格配置。

4.4 施工组织

4.4.1 吊装作业

吊装作业点主要布置在井下标高-60 m、井口平面和井塔提升机房。首先利用大吨位绞车，从井塔预留的吊装孔，先行安装井塔提升机房的检修行车，并调试合格投入使用，作为提升机施工的吊装设备。

4.4.2 质量、安全控制

工程质量要求高，安全生产安全风险大。在建设过程中，严格执行质量、安全标准，通过管理措施、技术措施、资金投入、施工机具等保证工程质量和安全。

5 工程建设达到的效果

建设方案交付设计后，工程于2016 年9 月20 日建设完成，9 月25 日完成无负荷试车调试、负荷试车调试，2016 年9 月26日投入试生产，2017 年8 月30 日投入正常生产。

在生产期间，提升机常规以10 m/s、24 t/斗运行，提升能力达到559.2 t/h，每天约16 h 即能完成9000 t/d 的设计提升量。

6 结束语

通过本次箕斗竖井提升系统建设方案的实践，多绳摩擦式提升首次成功应用到公司的矿山生产，又一次推进矿山工业规模化和机械化程度。从技术、设备上促进本质安全生产，节约生产建设用地，保护生态环境。随着矿产资源地下开发深度越来越大、生态环境保护日趋严格、矿山企业安全生产和规模效益的突出要求，塔式多绳摩擦提升的应用具有更加广阔的前景。