A b stra c t: Th is p ap e r b rie fly in tro d u ce s th e w o rk ing co nd itio n , ap p lica tio n o f m in in g te c h no lo g y a n d c ho ic e o f its m a tch ing e q u ipm e n t fo r L uo b up o p o ta s s ium m ix in g sa lt m ine. A c co rd in g to th e c ha ra c te ris tic o f L uo b up o p o ta s s ium m ix ing sa lt m in e , the p ap e r p u ts fo r2 w a rd th e d e ta il re q u irem e n t o f p o ta s s ium m ix in g sa lt ha rve s tin g e qu ipm e n t o n w a te r. B y com p a rin g a nd a n a ly s in g it re com m e n d s the re g u ire d typ e o f e qu ipm e n t th a t g ive s a re fe re nc e to the d e ta il de s ig n o f p o ta s s ium m ix in g sa lt h a rve s tin g e q u ipm e n t o n w a te r.

Key word s: po ta s s ium m ix ing sa lt; ha rve s tin g o n la nd; h a rve s ting o n w a te r; sa lt m in in g m a c h ine ; flo a tin g tra c ke d h a rve s tin g sh ip ;

sa lt c u tting h e a d

0 前言

鹽湖礦床的開采通?？煞譃楹挡膳c水采兩種。直接采出固相礦石的開采方式又可分為 :旱采旱運、旱采水運、水采旱運和水采水運 4 種類型 ?？捎糜邴}湖鹽田的采集設備多種多樣 ,主要有 : 1 ) 連續推進式鏟裝機、多斗挖掘機、鏈斗式采鹽船、斗輪式挖鹽船和絞吸式采鹽船 ; 2 ) 單斗正面鏟裝機、反鏟式挖掘機和抓鏟式挖鹽船等 ; 3 ) 運輸設備有水力管道和帶式運輸機 ; 4 ) 汽車、拖拉機和機車和駁船等。設備的選擇與工藝過程是密切相關的 ,采集工藝過程又分為 :連續回采與連續運輸、間斷式回采和間斷式運輸、連續式回采與間斷式運輸 ,以及間斷式回采和連續式運輸。

1 羅布泊鉀鹽工程概況

國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司年產 120 萬

肥 ( K2 SO4 )工程 , 是國家重點工程之一 , 投資額近 50 億

元 ,水采設備共 9套 ,占其中 2. 7 億元。這是一個世界級的鉀鹽航母 ,無論從生產產量、生產效率 ,還是從提高產品

品質方面來考慮 ,旱采設備及其工藝都無法達到這樣的水準 ,采用水采設備對降低 120萬 t項目固定資產投資和運行成本有著重要的現實意義。

從鹽礦的采收、水力管道運輸以及到后面工廠加工設備的配套 ,必須用系統設計的理念進行研究 ,畢竟這是一個龐大的系統工程。

羅布泊鹽湖位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古族

自治州境內 ,行政區劃屬若羌縣羅布泊鎮管轄 , 120萬 t鉀肥項目工業區位于羅布泊鹽湖中部。

a) 鹽田具體情況如下 :

1) 鹽田狀態 :鉀混鹽池面積 2. 0 km2 ( 2 000 m ×1 000 m ) ;鹽池水深 1. 4～2. 1 m;礦層平均厚度 0. 6 ～1. 5 m; 鹽

池底板允許接地比壓 4. 9 kPa;池壩高 4 m;

2 ) 物料物理性質 :鉀混鹽礦真相對密度為 1. 9; 鹵水的相對密度為 1. 3～1. 32; 鹵水粘度 5. 57 cp ( 35 ℃) ; 鹵水 pH 值 8;物料硬度 3;礦石孔隙率 0. 5;

3 ) 氣象條件 :歷年極端最高氣溫 48 ℃;歷年極端最低氣溫 - 22 ℃;多年平均蒸發量 4 820 mm; 多年平均風速 7 m / s;歷年最大風速 31 m / s;

4 ) 海拔高度 :黃海高程 787 m;大氣壓力 92. 6 kPa;

5 ) 地震烈度 : V I度。

b) 水采設備的具體要求 :

1 ) 水采船是礦石采輸的的關鍵設備 ,要求品質可靠、運行穩定 ,具有國內領先水平 ;

2 ) 水采船換向靈活 ,往返操作時間短 ;

3 ) 采收礦漿量不低于 1 300 m3 / h, 礦漿質量濃度要求達到 25 %以上 ;

4) 抗風能力強 , 8級風下能正常工作 , 10 級風設備停靠安全 ;

5 ) 航跡自動糾偏 ,偏差 0. 2 m ,方向誤差 30 ,船體水平自動控制 ;

6 ) 水采船遠程控制錨船 ,岸上有增壓泵站 ,數據遠程傳輸等 ;

7) 水采船產量、行走速度自動控制 ;

8) 采礦要求平整 ,不復采也不漏采 ,采收時不能破壞鹽底板。

2國內外采鹽設備

從鹽湖中直接采出的鹽和以鹽湖鹵水為原料在鹽田中曬制而成的鹽 ,生產方法因資源情況而異 :凡已形成石鹽礦床并賦存豐富晶間鹵水的鹽湖 ,如中國和前蘇聯的多數鹽湖 ,主要是直接開采石鹽 ;未形成石鹽礦床或石鹽沉積很少的鹽湖 ,如美國猶他州的大鹽湖、印度的桑巴爾鹽湖、中國山西省的運城鹽池等 ,需在湖邊修筑鹽田 ,引入湖中鹵水 ,日曬成鹽 ;無晶間鹵水的干涸鹽湖 ,如澳大利亞的馬克利奧特湖 ,需注水溶制飽和鹵水曬鹽或直接開采原鹽。

羅布泊鹽湖是個干涸的鹽湖 ,為了形成高效的生產流

水線 ,需將大量的鹵水從地下抽到地面修筑好的鹽池 ,進行蒸發曬礦。

中國湖鹽開采長期以來都是手工操作 ,用鐵釬搗松覆蓋在鹽湖表面厚 20 ～30 cm , 混有泥沙的鹽蓋 , 堆集在采坑一側 ;再逐層松動鹽層 ,用鐵耙將鹽粒在鹵水中反復洗滌 ,用帶孔鐵勺撈出 ,堆集在采坑的另一側 ,每人每天可撈鹽 3～5 t,勞動強度極大。 20世紀 70年代后期起 ,逐步實

現機械化作業 ,如內蒙古吉蘭太鹽場用聯合采鹽機采鹽 ,

自卸汽車運鹽 ,水力管道輸送和堆坨機堆坨 ; 青海茶卡鹽場則用聯合采鹽船采鹽 ,裝小火車運輸。

聯合采鹽機 :將采鹽、脫鹵、裝車設備組裝在一個車廂內 ,沿軌道往返運行作業。開采鹽槽的最大深度 5 m ,長度一般為 1 000 m。采完一條鹽槽后 ,用拖拉機牽引軌道 ,橫向搬移 1. 1～1. 2 m ,繼續開采下一鹽槽。采鹽時 ,直徑 1 m ,外周裝有切割刃具的切鹽器 ,以 33 r /m in的速度切割鹽層 ,使鹽粒懸浮于鹵水中 ,形成一定濃度的鹽漿。切鹽器的

切割方向和切割深度 ,由卷揚設備繩索的收、放來控制。為

防止鹽層坍塌 ,采鹽槽的垂直面向湖內坡向 15°角。吸鹽泵將鹽漿吸送至水力旋流器 ,使泥沙及細粒石膏由頂流排向已采空的鹽槽內沉降 ,鹽粒由底流排向弧形篩脫鹵。篩上裝有噴頭 ,用清鹵強力沖洗鹽粒 ,除去雜質后流入提升機 ,在提升過程中再一次瀝出鹵水 ,裝入自卸汽車 ,運至水力輸鹽泵站。采鹽機借助驅動裝置帶動車輪 ,以 2 m /m in 的速度在軌道上運行。由于采鹽機在軌道上運行作業 ,開

采的鹽槽排列勻整 ,操作控制也比較簡單 ,但對移軌后的直

順和平行程度要求嚴格 ,否則影響鹽的采出率。聯合采鹽船 :裝有松動鹽層的切鹽器、吸鹽泵與采鹽

機具的船。切鹽深度依靠門架和卷揚設備控制 ,切割進尺由船上的橫移絞車和定位樁控制 , 采鹽時船體作扇形擺動。吸鹽泵吸入的鹽漿經船尾的水上浮管送至湖邊坨地或湖內移動式脫水站 ,脫鹵后裝小火車外運。采鹽船動力由鋪設在浮管上的電纜從岸上供電。聯合采鹽船的特點

是 : 1 ) 采出的鹽經浮管連續送至脫水站 ,可提高采鹽效率

和設備利用率 ; 2) 鹽層中的泥沙可隨鹽漿排至湖外 ,為湖內鹵水繼續結晶創造良好條件 ; 3 ) 采鹽船對鹽層連續切割 ,中間不留“鹽墻 ”,可通過運行參數的控制 , 提高礦床采出率。但開采前必須作好采區規劃 ,湖面上樹立觀測標

志 ,以控制船體的前進和擺動幅度 ,防止漏采和采深不一。

還有一種鏈斗式采鹽船 ,用鏈斗采鹽裝置將石鹽采出 ,直接裝船 ,運往洗滌、脫水工段 ,適用于湖面承載能力差、充水條件好的湖區。

國外對水采設備研究現狀 : 國外的研究 (主要指水采船 )始于 20世紀 70 年代 ,由美國漢森公司為約旦建造了

二條水采船 ,全部采用機電傳動 ,連升降機構都是采用齒

輪齒條的 ,自動化程度低。 80年代中期 ,將液壓系統成功地運用到水采船上 ,單切割頭 ,單泵上岸 ,目前每艘造價超過 6 000萬元人民幣。

國內對水采設備研究現狀 : 1986 年 , 為配套年產 20 萬 t的鉀肥 ( KC l)一期工程 ,青海鉀肥廠花了一億多元巨資 ,從美國漢森公司引進了兩條水采船 ,并投入使用。這是美國第二代水采船 ,具有計算機控制、微波導航和全液

壓驅動、半浮性能、高度自動化。但這條水采船液壓系統

存在抗污染能力差、使用周期短、容易失控等缺點。 1998 年 ,青海鹽湖工業集團制造出如圖 1所示的國內第一艘高自動化程度的水采船 ,填補了國內空白。

圖 1國內制造的第一艘高度自動化的水采船

3 鉀混鹽水采設備的的選型

水采鹽田中鉀混鹽采收設備的選型是保證鉀混鹽原

料供應的關鍵 , 代表著鉀肥工業的先進水平。鹽‘ 礦的水采方式與河道疏浚的方法極其相似 ,疏浚是一個很古老的行業 ,從疏浚設備中進行設備選型 ,再根據鹽層采收的特點加以改裝就方便快捷了。疏浚船是把河道里的泥層 ,通過破碎裝置絞碎 ,再通過泥漿泵輸送上岸 ; 水采船是把鹽池的鹽層 ,通過破碎裝置破碎 ,再通過礦漿泵輸送上岸 ;兩者有著極其相似的地方。

鉀混鹽水采設備的選型包括水采船、輸送浮管及浮管的牽引固定設備錨船。

水采船的選型最為關鍵 ,它包括 : 鹽層破碎器即切割頭裝置的選擇 ,切割頭升降裝置的選擇 ,行走機構及其升

降裝置的選擇 ,液壓系統的選擇 ,礦泵系統的選擇 ,電器系統的選擇 ,自控系統的選擇。

光鹵石的水采在青海鹽湖集團使用多年 ,技術上已非

常成熟。電器設備能經受鹽霧的考驗。船體在飽和鹵水下工作已不存在問題 ,只要在水線上下 300 mm 區域內對

船體進行長效重防腐就行。岸電上船的技術 ,疏浚行業就已非常成熟。自控系統 , PLC 編程目前已發展較多 ,也比

較成熟了 ,有制造與編程經驗的廠家也比較多。 GPS導航

已是成熟的技術。

國投羅鉀公司 2005 年試制的雙履帶行走小采鹽機 ,

為鉀混鹽礦的破碎 ,礦漿的輸送積累了經驗。通過上述研究分析 :鉀混鹽水采系統的選型設計如下 :

a) 切割頭的設計 :鉀混鹽的物料性質與光鹵石不同 ,

礦層較硬 ,其水采難度高于光鹵石的水采 ,而且鉀混鹽的水采在世界上是沒有先例的。鉀混鹽礦層被破采后的鹽

田底板需保持平整 ,鹽池底板不能被破壞。根據羅布泊鹽湖鉀混鹽池的采收量及工況要求 ,確定采用 d1 000 mm 的螺旋破碎采集器 ,在螺旋葉片上加裝合金刀齒增加破碎效果 ,左右對稱的螺旋將物料匯集于切割頭泵的吸口處。螺旋切割后的鹽層是平整的 ,只要船體保持平衡 ,切削面不會發生整體傾斜。

b) 切割頭提升機構的設計 : 切割頭的舉升采用兩根參數完全相同的油缸 ,上下用兩組相互平行的支臂聯接 ,

與船體立面 ,切割頭立面構成平行的四連桿機構 ,保證切割頭在任何采集深度 ,切割的角度保持不變。下支臂采用 X型框架式結構 ,保證受側向力時 ,構件不易變形。

c) 行走機構及其升降裝置的設計 : 為了保持船體平穩 ,增強抗風能力 ,采用四履帶行走機構。因采礦要求不能漏采也不能復采 ,四履帶行走在工作時需走直線 ,液壓系統設計時采用同步閥組 ,由于實際工況與信息反饋處置

有個過程 ,會造成水采船不走直線的現象 ,采用航跡糾偏

的手段來解決 ,在四組懸掛上裝有轉向機構 ,分別用四根小油缸調節左右擺動幅度 ,油缸上裝有拉繩傳感器 ,測量行程進行伺服控制。由于船體要求保持平衡 ,否則會造成切割頭偏斜 ,造成采收不平整。四根履帶的受力要均稱 , 單根履帶受力不能太大 ,否則會破壞鹽底板 ,同時由于鹽層局部凹凸不平 ,采船在移航道時會走上采與未采收的區域 ,承載力會發生變化 ,采用定壓差設計讓油缸伸降浮動來解決。對風力影響要進行局部調整。 4條履帶采用 20 t

級的挖機行走履帶 ,考慮到鹽池底板對接地比壓的限制 ,

將履帶板加寬至 800 mm。履帶架通過銷軸裝在筒狀滑桿上 ,滑桿四面由上下兩組導向輪進行導向。上下伸降由滑桿中部的油缸執行 ,在油缸頂部裝有彈簧進行減振。

d) 礦泵系統與定量采收 : 由于工程建設是一個系統工程 ,采上的礦量對后續加工廠的加工能力有所制約 ,若水采設備采收的礦量大于工廠設備的處理能力 ,自動加工流水線無法正常工作 ;若水采設備采收的礦量小于工廠設

備的處理能力 ,自動加工流水線將喂不飽 ,造成資源浪費。

產量是由礦漿密度與流量決定的 ,密度由密度計計量并給

出信號 ,流量由流量計計量并給出信號 ; 影響礦漿密度的因素有礦層厚度、切割深度、采集速度、行走速度 ; 對速度控制采用比例量來控制 ,在實際操作進程中進行調整。礦漿的流量是由泵的性能及電機轉速決定的 ,電機采用變頻調速。將質量較小 ,效率較高的 KSB 泵運用在采鹽船上 ,

在國內沒有 , 國外也沒有類似的資料顯示。單泵流量為

1 300 m3 / h,目前在國內采鹽船上是最大的。電機采用

660 V , 560 kW 的變頻電機。

e) 液壓系統 :由一臺 380 V , 280 kW 的電機帶動分動箱 ,分動箱的出軸分別帶動 3 只液壓泵。一臺美國 SAU 2

ER 公司的電磁比例液壓泵與行走機構的 4 只液壓馬達 , 還有相應的閥塊、管道、接頭等液壓附件構成閉式回路 ;一臺電磁比例液壓泵與切割頭上的兩臺液壓馬達構成另一

個閉式回路 ;一臺定量泵、油缸及油箱等附件組成開式系

統 ,并由油箱給閉式系統補油泵供油。

f) 電氣系統 :根據現場條件可供 10 kV 的高壓電 ,岸電上船 ;選擇北京 ABB 公司 Safe - CCF高壓環網柜一只 , Safe - D F高壓環網柜二只 ; 干式變壓器 SCB10 - 800 /10, SCB10 - 500 /10, SCB10 - 125 /10 各一臺 , 可提供 660 V ,

380 V , 220 V 的交流電 ,以及配套的電纜及電器柜等。一面 GZDW 直流屏 ,一面鉛酸電池柜。

g) 自控系統的設計 :通過各種信號采集裝置、無線傳

輸、PLC編程、GPS定位、工控機實現整個水采系統的自動化操作。

h) 浮管系統及錨機 :浮管采用鋼襯 PE管 ,耐磨、耐腐蝕、防結鹽 ,管徑 D 400 mm。錨機采用獨立的液壓系統 ,雙履帶行走。

參考文獻 :

[ 1 ] 鹽湖礦床開采 [M ]. 北京 : 化學工業出版社.

[ 2 ] 趙立新. 螺旋輸送機的選型設計 [ J ]. 農機化研究 , 2006 ( 9 ) .

[ 3 ] 陶照園. CY - 400A 聯合采鹽機水平自動化控制技術 [ J ]. 礦業研究與開發 , 2007 ( 6 ) .

[ 4 ] 于卓偉. 基于 PLC的采鹽機采掘控制系統設計 [ J ]. 制造業自動化 , 2008 ( 1 ) .

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