1、簡述
    目前，發(fā)達國家已經(jīng)采用汽車一半移動破碎機一膠帶運輸機的半連續(xù)開采工藝。這種工藝技術含量高，既可發(fā)揮汽車運輸機動靈活、適應性強、短途運輸經(jīng)濟、有利于強化開采的長處，又可以發(fā)揮帶式輸送機運輸?shù)哪芰Υ蟆⑴榔履芰�強、運營費用低的優(yōu)勢，兩者聯(lián)合可以達到最佳的經(jīng)濟效益。
    對于半連續(xù)開采工藝而言．破碎站的選擇是非常關鍵的一環(huán)，它是將大塊堅硬的物料破碎處理成為適于帶式輸送機輸送的物料，是接受間斷工藝單斗裝卸卡車卸載的大塊物料和聯(lián)結(jié)連續(xù)工藝的關鍵設備。如何選擇合適的破碎站成為正準備采用半連續(xù)開采工藝的礦山企業(yè)所面臨的一個重要問題。同時，隨著采場的逐漸加深，帶式輸送機的長度不斷增加，如何布置才能最大限度節(jié)約能耗？由此引來的帶式輸送機的設計、管理和使用方面的一系列問題．也會擺在設計單位和礦山企業(yè)決策者的面前。
    如今，部分水泥礦山正在或行將進入露天凹陷開采階段，正面臨著生產(chǎn)成本加大，生產(chǎn)工藝急需改進的問題，而采用汽車一半移動破碎機一膠帶運輸機的半連續(xù)開采工藝無疑是一種行之有效的采礦工藝系統(tǒng)。為了進一步在國內(nèi)的露天礦山，特別是在水泥礦山推廣先進節(jié)能的半連續(xù)開采工藝，《礦業(yè)裝備》雜志社與中國冶金礦出企業(yè)協(xié)會礦山設備委員會、中國水泥協(xié)會礦山專業(yè)委員會于2008年7月16—18日在河北唐山遷安市共同舉辦了首屆半連續(xù)開采工藝節(jié)能技術現(xiàn)場交流會。來自冶金、有色金屬、煤炭、水泥建材和非金屬礦等行業(yè)的礦山企業(yè)、設計院所及相關設備制造廠商的代表近80人參加了此次會議。
    作為國內(nèi)最早應用汽車一半移動破碎機一膠帶運輸機半連續(xù)開采工藝的冶金礦山企業(yè)之一，首鋼水廠鐵礦在節(jié)能增效方面走在了行業(yè)的前列，被評為第二屆全國冶金礦山“十佳廠礦”，這也是本次會議最終選址河北遷安的原因所在。通過應用德國蒂森克虜伯公司的半移動破碎站、1套礦石運輸系統(tǒng)和2套巖石運輸系統(tǒng)，水廠鐵礦的采礦工藝水平得到了進一步提升，原有的礦車出采場直接排往最終卸載點的運輸方式成為了歷史。經(jīng)測算，礦巖通過膠帶運輸與礦車直接運輸排放相比，每噸可降低綜合物耗成本1.04元．年創(chuàng)經(jīng)濟效益5 700萬元，在開采深度逐年增加的情況下，首鋼水廠鐵礦礦石生產(chǎn)制造成本由2001年的每噸54.2元，逐年下降，2007年達到每噸36.2元。同時，通過多年的應用，首鋼礦業(yè)公司也摸索出一套獨特的膠帶管理經(jīng)驗，并在行業(yè)內(nèi)率先開展了數(shù)字化礦山的應用。
    此次交流會期間，圍繞著如何節(jié)能降耗的主題．與會嘉賓進行了精彩的發(fā)言。會議由中國冶金礦山企業(yè)協(xié)會礦山設備委員會名譽會長周再彬主持，趙永杰常務副會長致開幕詞：首鋼礦業(yè)公司副總經(jīng)理徐景海致歡迎詞。隨后，中煤國際工程集團沈陽設計研究院的閻發(fā)堯高工介紹了水廠鐵礦東部排巖和礦石系統(tǒng)的設計心得：水廠鐵礦的馮增敏礦長助理介紹了水廠鐵礦半連續(xù)開采工藝的實際應用情況：首鋼礦業(yè)公司企管處的郝壯處長做了“膠帶管理創(chuàng)一流”匯報：首鋼礦業(yè)公司計控室的張立成主任介紹了露天采礦礦車GPS自動調(diào)度及數(shù)字化礦山；蒂森克虜伯散料技術設備貿(mào)易（北京）有限公司售后服務部總經(jīng)理張寶珂介紹了裝有旋回破碎機的半移動破碎站及蒂森克虜伯公司情況：北京雨潤華科技開發(fā)有限公司的孫明昭董事長介紹了神效托輥與節(jié)能降耗的新一一代帶式輸送機。此外，與會代表還參觀了首鋼礦業(yè)公司水廠鐵礦的半移動破碎站、膠帶輸送機、排土機等半連續(xù)工藝設備的實際運行情況，并在現(xiàn)場觀看了首鋼礦業(yè)公司機械廠和首鋼重型汽車制造有限公司最新研發(fā)的牙輪鉆機及170t電動輪卡車的演示，探討交流了相關的技術和經(jīng)驗。
    此次技術交流會的時間雖然短暫，但是會議取得的效果非常好。中國水泥協(xié)會礦山專業(yè)委員會唐光榮秘書長表示．在國家提倡節(jié)能減排的背景下，半連續(xù)工藝中采用的移動式破碎站和膠帶運輸機都可以發(fā)揮最大的節(jié)能效果．此次會議就此進行了深入的探討，取得了可喜的成果。同時，首鋼礦業(yè)公司實施的數(shù)字化礦山戰(zhàn)略更是給廣大的水泥礦山企業(yè)以啟迪，今后水泥企業(yè)也要向節(jié)能型礦山、和諧礦山和數(shù)字化礦山發(fā)展。
2、從水廠鐵礦東部排巖和礦石系統(tǒng)的設計看半連續(xù)開采工藝的應用
    2000年．首鋼礦業(yè)公司為滿足實際生產(chǎn)發(fā)展的需要．決定建設水廠鐵礦東部排巖系統(tǒng)和礦石系統(tǒng)。中煤國際工程集團沈陽設計研究院在設計招投標中，以設計方案和設備選型上立足創(chuàng)新，技術上先進適用可靠、經(jīng)濟上合理的優(yōu)勢，評標分數(shù)遙遙領先，以絕對優(yōu)勢而中標，承擔并完成了該項目的工程設計。
    水廠鐵礦東部排巖系統(tǒng)和礦石系統(tǒng)為技術改造項目，均采用半連續(xù)開采工藝。破碎站均設在露天坑內(nèi)，并隨著采掘工作面的推進，不斷地向露天坑深部延伸搬遷移設，減少卡車運距，進一步節(jié)約生產(chǎn)作業(yè)成本，提高經(jīng)濟效益。特別是在目前油價不斷上漲的情況下，經(jīng)濟效益將更為顯著。
2.1  系統(tǒng)主要組成及功能
    該工程設計主要由東部排巖系統(tǒng)和礦石系統(tǒng)2部分組成，分別破碎輸送剝離物（主要是巖石）和礦石。根據(jù)工程的建設特點，采用分期建設的原則。前期工程一次建成，后期陸續(xù)投入。
    東部排巖系統(tǒng)的設計規(guī)模為年剝離物料2 100萬t．系統(tǒng)處理能力為4 500t/h。東部排巖系統(tǒng)主要由半固定式（可移式）破碎站、帶式輸送機系統(tǒng)和排土機組成。與單斗挖堀機和自卸卡車一起構成半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)。在露天坑內(nèi)，采剝后的剝離物由自卸卡車運至破碎站，經(jīng)破碎站破碎后的剝離物，通過帶式輸送機系統(tǒng)輸送到露天礦外排士場，由排土機排到排土場。
    礦石系統(tǒng)的設計規(guī)模為年處理礦石l 400萬t，系統(tǒng)處理能力為3 000t/h。礦石系統(tǒng)主要由半固定式破碎站、帶式輸送機系統(tǒng)組成。與單斗挖堀機和自卸卡車一起構成半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)。在露天坑內(nèi)，采剝后的礦石由自卸卡車運至破碎站，經(jīng)破碎站破碎后的礦石．通過帶式輸送機系統(tǒng)輸送往選礦廠。
2.2主要技術性能和特點
    本次設計在半固定式和移動式帶式輸送機中采用鼠籠電動機驅(qū)動和液壓自動拉緊裝置，改變了目前國內(nèi)外均采用繞線電動機驅(qū)動和電動固定絞車拉緊方式的一貫做法，控制簡單，運行可靠，改善輸送帶的運行條件．進一步降低了投資，實踐證明使用效果十分理想．在國內(nèi)外尚屬首次。電動固定絞車拉緊，會使輸送帶始終工作在高張力狀態(tài)，而采用液壓自動拉緊，輸送帶始終工作在低張力狀態(tài)，有時輸送帶還會降低1到2級，同時可降低主要部件的規(guī)格。由此可見．采用液壓自動拉緊無論從技術上還是經(jīng)濟上都是十分優(yōu)越的。
    本次設計帶式輸送機采用軟超動裝置CST，以改善和提高其起動性能。軟起動裝置能控制起動時間，使帶式輸送機有足夠的起動時間并具有合適的起動曲線．設備價格雖然較高，但具有可以降低輸送帶張力的帶強的優(yōu)勢。驅(qū)動方式的選擇是關系到整機性能和經(jīng)濟上是否合理的重要問題。通過技術上和經(jīng)濟上的全面分析比較，在合適的技術條件下．帶式輸送機采用CST軟起動裝置，同時保證技術和經(jīng)濟上的合理性。
    同時．采用了自動拉緊裝置的設計，既可以降低輸送帶帶強．維持軟起動啟動時選擇輸送帶的帶強不變．又可以保證帶式輸送機具有良好的起制動特性．有效改善了在制動狀態(tài)下采用CST的帶式輸送機特性。
    在提升高度大、輸送量大的帶式輸送機上，采用低速逆止器、加制動器輔助制動的方式，防止帶式輸送機逆轉(zhuǎn)的設計理念，大大提高了帶式輸送機工作的可靠性和安全性。
    設計采用了注油托輥，減少了設備檢修維護工作量，降低生產(chǎn)作業(yè)成本。注油托輥采用了滾錐軸承結(jié)構，潤滑效果好、加工精度高，托輥壽命可達50 000h以上，比非注油托輥使用壽命至少提高20000h。且運行阻力也較低。礦石系統(tǒng)的帶式輸送機已運行5年多的時間，實踐證明使用效果良好。
    設計時還優(yōu)化了帶式輸送機的結(jié)構形式，設備比初始設計的重量減少1399,07t。通過選擇合理的參數(shù)，使其更加接近實際，與修改設計相比，整個系統(tǒng)減少驅(qū)動功率2850kW．技術經(jīng)濟效益十分顯著。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，整套系統(tǒng)運行后經(jīng)濟效益顯著。
2.3技術經(jīng)濟分析
    水廠鐵礦東部排巖系統(tǒng)和礦石系統(tǒng)擴建工程的幾種方案固定資產(chǎn)投資概算見表l。
    半連續(xù)開采工藝就是充分利用連續(xù)開采工藝連續(xù)輸送物料的優(yōu)越性能．采用帶式輸送機連續(xù)輸送物料，最大限度地減少自卸卡車運距，使自卸卡車始終保持在經(jīng)濟合理的運距內(nèi)進行生產(chǎn)作業(yè)，同時也可以發(fā)揮自卸卡車機動性強、開采強度大和適應性強的優(yōu)勢。它可實現(xiàn)連續(xù)輸送物料、自動化程度高、以電代油的生產(chǎn)作業(yè)。
    與自卸卡車相比，帶式輸送機輸送系統(tǒng)效率高，
維護檢修簡單而工作量小、故障率低、運營成本低。水廠鐵礦半連續(xù)開采工藝的生產(chǎn)實踐，完全可以證明和體現(xiàn)出上述的特點和優(yōu)勢。國內(nèi)外大量應用實例也表明．半連續(xù)開采工藝是當今世界露天開采工藝技術（金屬、水泥和煤炭等）的最主要發(fā)展方向之一，社會效益和經(jīng)濟效益都十分顯著。
    還有一種半連續(xù)開采工藝．與上述半連續(xù)開采工藝有所不同，可以完全取消卡車運輸物料的作業(yè)方式。單斗挖掘機開采的物料，經(jīng)可與單斗挖掘機同步行走作業(yè)的移動式破碎站破碎后．通過帶式輸送機系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)輸送處理物料。在國外中小型礦山已有實踐應用，但大型礦山尚缺乏足夠的使用經(jīng)驗。它必將是更為優(yōu)越的一種礦山開采工藝技術，特別是在當前油價不斷上漲的情況下，技術經(jīng)濟效益將更為顯著。
    在我國．露天煤礦在廣泛地使用半連續(xù)開采工藝的基礎上，已開始嘗試上述半連續(xù)開采工藝。但是不同的開采工藝都具有不同的特點和適用條件．并不是所有的礦山都適合于采用半連續(xù)開采工藝，應針對礦山的實際開采條件和物料特性，選擇確定合適的開采工藝。
    在有條件的情況下．應優(yōu)先考慮采用半連續(xù)開采工藝或連續(xù)開采工藝，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。應加強連續(xù)開采工藝研究和實踐，特別是對移動式破碎機關健設備研制的推廣和應用．在不斷完善和提高用于軟、中硬物料的移動式破碎機基礎上，研制用于破碎硬巖的移動式破碎機應該成為今后重點研究方向。
    另外，根據(jù)目前的技術發(fā)展水平，帶式輸送機的軟啟動方式選擇范圍會更大，如：變頻驅(qū)動、可控調(diào)速液力偶合器等。其中，變頻驅(qū)動除具有良好的啟動性能外，最主要的是具有結(jié)構緊湊、體積小、重量輕、可實現(xiàn)驅(qū)動裝置的浮動支撐的特點．是適用于半固定式帶式輸送機和移動式帶式輸送機最理想的驅(qū)動方式。
3、半連續(xù)開采工藝在水廠鐵礦的運用
    首鋼水廠鐵礦半連續(xù)開采工藝由3條皮帶運輸系統(tǒng)組成，l條為礦石運輸系統(tǒng)：汽車-，半移動破碎站一膠帶運輸機一選礦破碎流程。2條為巖石運輸，分別為西部捧膠帶排巖系統(tǒng)和東部膠帶捧巖系統(tǒng)。
    1998年5月正式交付生產(chǎn)運行的西排系統(tǒng)．由l座60x89型旋回式破碎站．3條固定式膠帶機、l條移置機膠帶、1條筑路式膠帶機和電控系統(tǒng)組成(2003年正式完善，排巖機替代了臨時使用的筑路機)。西排破碎站設在采場西部邊緣的117m水平，整個膠帶系統(tǒng)帶寬l600mm．膠帶總長度3 766m，設計年生產(chǎn)能力1 600萬t。投產(chǎn)后通過積累經(jīng)驗、強化管理，實際生產(chǎn)能力逐年提高，2003年最高達到2 300萬t，至2007年年底，該系統(tǒng)持續(xù)運行9年，累計完成排巖量1.66億t。
    2006年3月份投入生產(chǎn)運行的東部排巖系統(tǒng)，由l座蒂森克虜伯公司KB63-75型液壓旋回半移動式破碎站、4條固定式膠帶機、1條移置機膠帶機和采用奧鋼聯(lián)公司生產(chǎn)的排土機組成。破碎站設在采場東部的-20m水平，系統(tǒng)帶寬1600mm，設計年生產(chǎn)能力2 000萬t．運行2年多來，已累計排巖達4 000萬t。
    2003年4月建成的礦石過渡膠帶運輸系統(tǒng)，當時破碎站翻卸平臺設在北區(qū)+10m水平．2006年8月礦石膠帶運輸系統(tǒng)建成投產(chǎn)，破碎站翻卸平臺設在-20m水平，由l座蒂森克虜伯公司KB63-75型液壓旋回半移動式破碎站、2條固定式膠帶機和電控系統(tǒng)組成．系統(tǒng)帶寬1600mm,設計小時生產(chǎn)能力3 000t。2006年8月份，隨著礦石膠帶運輸系統(tǒng)的正式啟用，首鋼水廠鐵礦半連續(xù)開采工藝設計的3條膠帶運輸系統(tǒng)全面投入運行，形成了“一體兩翼”的現(xiàn)代化露天礦山開采格局，采礦工藝承平得到了迸～步提升．礦車出采場直接排往最終卸載點的運輸方式成為了歷史。
3.1半連續(xù)開采工藝中新技術的開發(fā)與應用
    首先是破碎站排料方式采用了膠帶機排料方式。西排系統(tǒng)采用帶寬3000mm，帶厚50mm的鋼蕊膠帶，東排系統(tǒng)采用帶寬2000mm，帶厚30mm的鋼芯膠帶．礦石運輸系統(tǒng)采用帶寬2000mm，帶厚3 500mm的尼龍膠帶，3條膠帶均為可調(diào)速膠帶。破碎后采用膠帶機排料方式與板式給料機排料的對比優(yōu)勢是：設備輕巧，占用空間小，安裝維修方便，投資少且無需進口。
    其次是西部排巖系統(tǒng)和礦石運輸系統(tǒng)的膠帶機驅(qū)動單元采用模塊化設計思想，主要部件統(tǒng)一標準，從而簡化了設計和設備制造，方便了日后的生產(chǎn)管理和檢修維護。
    第三是PLC光纖中央控制系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的效率和設備保護，對系統(tǒng)控制采用了PLC中央控制管理系統(tǒng)，達到了三級計算機管理和分級控制。在西排建成投產(chǎn)時．這一技術是首次應用于露天礦半連續(xù)大型膠帶運輸系統(tǒng)中。
    最后是半移動式破碎站的選用。適應于采場空間的動態(tài)變化的趨勢．東排系統(tǒng)和礦石破碎站選用了蒂森克虜伯公司KB63-75型液壓旋回半移動式破碎機，翻卸平臺目前在-20m水平，隨著開采重心的下移，固定式膠帶機和破碎站平臺可向下進一步延伸。
3.2半連續(xù)開采工藝創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益
    汽車一半移動式破碎機一膠帶運輸機的半連續(xù)開采工藝技術含量高，既可發(fā)揮汽車運輸?shù)臋C動靈活、適應性強、短途運輸經(jīng)濟、有利于強化開采的長處．又可以發(fā)揮帶式輸送機運輸能力大、爬坡能力強、運營費用低的優(yōu)勢，兩者聯(lián)合可以達到最佳經(jīng)濟效益。首鋼水廠鐵礦采用了半連續(xù)開采工藝后，運輸成本大幅度降低，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。
3.3大幅度減少了礦車周轉(zhuǎn)量
    2001年，水廠鐵礦開采重心為37.2m，采場開采重心以每年15m左右的速度下降．綜合運距以每年0.25km左右的速度迅速增加。2006年，在開采重心達到一60m水平的情況下，綜合運距為2.506km，比2001年的2.42km儀增長了0.086km。膠帶運輸?shù)钠扑榉�卸平臺向采場內(nèi)進行延伸，綜合運距不增加，每年減少礦車周轉(zhuǎn)量1 300萬t．km。通過采用汽車一半移動式破碎機一膠帶運輸機的半連續(xù)開采工藝，采場開采重心逐年降低后，平均運輸距離沒有增加，大幅度減少了礦車周轉(zhuǎn)量。
3.4大幅降低了運營費用
    水廠鐵礦的3條膠帶運輸系統(tǒng)投入運行后，西排方向的汽車爬升高度降低了103m．東排方向高度降低200m．礦石運輸方向高度降低134m。由于汽車爬升高度降低、平均運距縮短，經(jīng)測算礦巖通過膠帶運輸與礦車直排運輸相比，每噸可降低綜合物耗成本1.04元，年創(chuàng)經(jīng)濟效益5 700萬元，在開采深度逐年增加的情況下．首鋼水廠鐵礦礦石生產(chǎn)制造成本由2001年的54.2元，t逐年下降，2007年達到每噸36.2元。與工程投入運行前相比，水廠鐵礦應用半連續(xù)開采工藝在降低運營費用上創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。