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振动放矿机在国外的应用状况 X 王泗代 中国有色金属工业昆明公司, 云南 昆明 650051 摘 要 分析研究了传统的振动放矿机在结构原理上存在的问题; 阐述了简化振机结构的 改造过程。通过多次物理模拟实验及现场工业试验表明, 改造后的工业振机是可靠的, 并提高 了振机的生产效率。 关键词 振动放矿机; 结构分析; 工业试验; 改进方案 中图分类号 TD 42117 文献标识码 B 文章编号 1004- 2660200102- 0004- 05 Overseas Utilzation of Vibratory Ore- drawing Machine WANG Si- dai Kunming Branch Of CNNC, Kunming 650051, China Abstract To analyze and study the problems existing on the structure of traditional vibratory ore- drawing machine and to describe the modification and simplifying process of vibrating structure. It is in - dicated that the modified commercial vibrator is reliable and its operation efficiency has been improved through times of physical model tests and on- site commercial tests. Key words Vibratory ore- drawing machine;structural analysis;commercial test;modification scheme. 振动放矿机 简称振机 , 自20 世纪 70 年代以来, 在俄罗斯与其他独联体国家的地 下矿山中得以广泛应用,取得了显著的成 效。进入 20世纪 80年代后,我国在学习借 鉴国外经验的基础上, 迅速推广应用了振动 技术, 取得了良好的效果, 并达较好的技术 经济指标。 目前, 我省有色金属地下矿山, 无论是 在采场出矿或高溜井放矿中,振动技术的应 用已日趋广泛, 特别是易门铜矿自 1983 年 以来, 在阶段强制崩落法的采场出矿中, 一 直坚持用振机放矿来代替传统的电耙底柱出 矿,颇具特色。尤其是担负着易门铜矿主要 生产任务的凤山分矿, 历年来运用振机的出 矿量,约占本矿年出矿总量的 60 以上, 提高了出矿效率,改善了作业条件, 降低了 第 28 卷 第 2 期 有色金属设计 Vol. 28 No. 2 2001 NONFERROUS METALS DESIGN 2001 X 收稿日期 2000- 12- 06 作者简介 王泗代 1934- , 男, 昆明人, 高级工程师, 主要从事矿山开采设计、施工管理、科研工作. 采切千吨比, 在生产中发挥了重大作用。 然而, 振机放矿的使用,其结构不太适 应高阶段崩落法采场出矿, 是一个有待改进 的课题。如不进一步寻求完善的途径,必然 导致振机的优势不能得以充分发挥。 为了解决这个问题,本文针对我省振机 结构的缺点, 介绍了俄罗斯近年来改进研究 的成功经验, 以供参考借鉴。 近年来, 俄罗斯在地下开采中, 采用重 型振机放矿得以广泛推广。其装矿效率比传 统放矿方法提高了 1 3 倍, 改善了矿石流 动过程,保证了作业安全, 并且创建了结构 简化的振机设备。 振机在地下开采中的高效率,为在露天 矿联合运输中建立类似的装矿方式奠定了基 础,创造了条件。 俄罗斯在库尔斯克地磁异常区 以下简 称库磁地区 的舍瓦可夫矿山研究院,建立 了一个试验研究基地, 装备有各种专门的设 备、仪器。振机的试验研究,只要按照拟定 的方案,即可做试验确定出合理的振机结构 与参数。库磁地区矿山研究院与当地的矿山 公司和札波罗因铁矿公司合作, 在试验研究 与大量工业试验的基础上,制造了大批简 易、可行的惯性振机, 并投入生产使用。如 ƒ ƒ ’ ,ƒ ƒ ’ - 2,ƒ ƒ ’ - 4,ƒ ƒ ’ - 5 型振机, 其中 ƒ ƒ ’型振机可供放矿、运 矿。 ƒ ƒ ’ - 5 型振机自 1971 年至今, 在马 格尼塔戈尔斯克的冶金机械厂形成了系列化 生产, 并成功地应用于俄罗斯、乌克兰、哈 萨克斯坦的地下矿山。该振机结构简单、运 行可靠、生产效率高、台面安装倾角小、作 业安全。现场安装方法是, 将承载构件 台 面 的一端插入放矿斗颈的下部。输送的物 料呈不均匀状分布在振机台面上,增大了台 面负荷量。 经过研究与工业试验后确定,在物料输 送过程中, 承载构件上的垂直振幅, 随承载 重量、台面插入矿石的深度、振机排列位置 及其结构参数的不同而变化。这种情况可从 振机生产效率的高低得以证实。 振机在相同条件下进行的工业试验揭 示,侧翼放矿时,承载构件的垂直振幅, 由 于输送物料的作用,减少了 50 70 ; 端部放矿时, 则减少了 1 115 倍。同时还 揭示出在生产过程中,由于放矿斗颈磨损 增大, 台面插入矿石深度增加, 加大了承载 构件的工作负荷,降低了振机的生产效率。 可见, 提高振机生产效率, 一个重要的 途径, 就是要使承载构件的装载振幅明显大 于卸载振幅。这样, 尽管承载构件振幅因承 重加大而有所减小, 但振机仍能对崩落矿石 进行有效的振动,保证生产效率的提高。 从分析和试验中看出, 为了设计、制造 新结构的振机, 近年来俄罗斯采用了非传统 的结构原理方法。简述如下 承载构件上位于距承重中心 L 的距离 内,矿石随机点的运动表现为下列方程 X A1sin wt- E1 Y A2sin wt- E2 - LA3sin wt- E3 1 式中 A1,A2, A3,E1,E2,E3分别为 3 个广义座标点的振幅和相移动角。 由 1 式可知,在水平方向沿 OX 轴 线上, 承载构件各点的水平振动,其振幅是 相同的。而在垂直方向沿 OY 轴线上,各点 的垂直振动其振幅是互不相同的。从中得出 了 2个重要结论 一是,承载构件上装载部 位与卸载端部的垂直振幅, 不论振值与信号 都是不相同的; 二是, 承载构件上不同点的 振动角是不相等的。这 2 个结论, 已被多次 的实验与工业试验所证实。 承载构件垂直运动的这一特性称为 / 俯 仰振动0 简称垂振。为了对这种垂振的程 度 „进行定量评价,可利用承载构件的装 载垂直振幅 a1与卸载垂直振幅 a2的比值表 示。即 5第2 期 王泗代 振动放矿机在国外的应用状况 „ a1/ a2 2 这种运动的定量评价, 可引用 / 俯仰振 动中数0 简称垂振中数 这一概念。现 在,可把位于承载构件上某一点或其延长线 的约定称为垂振中数。其垂直振幅等于 / 00。 通过对 1 式的分析,揭示了承载构 件出现垂振的 4 种特性情况 垂振中数 位于承载构件范围内; 垂振中数 位于承载区的延长线上; 位于无穷大; 位于卸载区的延长线上。在这种情 况下,垂振的程度分别为 „ 0, 0 „ 1, 见图 1。 图 1 承载构件垂振的 4 种特性情况 Fig. 1 Four characteristic perances of vertical vibration in load- bearing structure a1 装载区的垂直振幅; a2 卸载区的垂直振幅; 垂振中数; „ 垂振程度 经过对其结果进行分析后认定, 振机的 生产效率取决于垂振中数的位置。当垂振程 度增大时, 振机效率就随之提高。这一结论 已被多次实验与工业试验证实。 另外, 振机生产效率还取决于承载构件 上各点垂直运动的轨迹形态。为了研究这些 点的轨迹移动情况,现把 1 式改变为下 列型式,即 X A1sin wt- E1 Y A4sin wt- E43 将 3 式中的 t 消除后,便得到了承 载构件垂直面上各点运动的轨迹方程。即 X2/ A12 Y2/ A22- 2XYcos E4- E1 / A1A4 sin2 E4- E14 这即是一个椭球体方程。就是说,垂直 面上各点的移动轨迹不是成直线,而是成椭 圆形的偏振摆动。这是由于弹性系统的橡胶 元件在移动与压缩条件下工作的结果。弹性 元件在这些方向上的刚性是不相同的,而各 个不同的与分散的力量,即是由于各点的相 移动角所致。这样, 弹性系统就把垂直振动 的直线轨迹改变成为椭球体的轨迹, 同时也 改变了各点的振动角。 综上所述, 对于弹性系统来说, 弹性元 件的刚性这一概念并不是完全正确的。而比 较准确的是使用 / 刚性频谱0 这个术语。因 为,当弹性元件的变形方位角改变时,其刚 性也随之变化。弹性元件的 / 刚性频谱0 可 用下列方程表示。即 “ ““ “ 2sin2B “ 2cos2B 式中 “,“ 分别为弹性元件压缩和移 动时的刚性; B 为弹性元件的变形角。 可以肯定, 振动输矿系统中,在邻近共 振区的振动方法,有时是能够实现的。如果 采取将弹性元件的配置方法改为把承载构 件移动方向的强制振动变为加强共振,在压 缩方向达到共振。这样,弹性系统就其所适 应的椭球体移动的轨迹形态和倾角, 便能使 本身的振频与强制振频相吻合。工作过程 6有色金属设计 第 28卷 中,当工艺负荷与强制振频出现不稳定时, 弹性系统就会在其作用下, 改变振动的方向 及椭球体的形状, 不断使本身的振频与强制 振频相吻合。即是说, 可以自动维持共振。 另外, 从振机工业试验的波形图中可以 看出, 当工作振频减小时, 各个点的振动角 也相应减小,见图 2。其次, 从刚性频谱方 程式 5 可看出,当各个点的振动角减小 时,弹性系统的刚性也随之下降。 图 2 振动角 B与振频 X 的关系曲线 Fig. 2 Relation curve between vibration angle B and vibration frequency angle X 综上所述及图 2 所示的曲线特性,均显 示了这一共振方法的现实性与优越性。这个 结论具有十分重要的意义, 它可使这一新的 原理应用于振动系统的运动过程中, 改变振 机的传统振动原理,简化振机的结构。因 此,决定使用简易的偏心块代替难以自求平 衡的振动器。同时,把弹性系统成倾斜配置 的橡胶元件改为水平摆放。 然而, 传统观念导致人们对上述简易装 置产生了疑虑。为此, 科研人员利用试验室 的模拟实验和现场 2 个系列的振机工业试 验,进行了研究与验证。 试验室物理模拟的基本对象,选择了 ƒ ƒ ’ - 5 型振机。其目的是要改进该系列 振机在结构上的不足, 并使其在露天开采的 联合运输中,也能应用于运输的转载环节。 振机模拟的要求, 是使试验的参数与实 际相吻合。试验模型的比例,由因次理论确 定。使用了2 个不同比例的振机模型 1B10 和1B5 进行模拟试验,以提高试验的准确 性。 通过振机模拟试验与现场工业试验, 其 结果表明, 物理模拟与实际情况相近似, 偏 差率为 6 1313。 在工业试验中, 由于影响振机生产效率 的因素很多,不可能对所有涉及的因素都加 以试验,因此,采用了合理的正交试验方 法,作了 25 次现场试验。 在实际工作中, 经研究,决定对影响振 机效率的主要因素加以试验。如振动器的安 装位置、承载构件的相应支座、扰动力的数 值、弹性系统的刚性、弹性元件与扰动力作 用线的倾角,振机的水平倾角、振动频率、 承载构件的重量分布等。这些因素变化范围 很大, 试验分为 5 档进行, 每档至少重复 5 次。 试验证明, 振机承载构件上各点的垂直 运动, 均按偏振的经典原理形成了椭球体形 态。在模拟试验与工业试验过程中, 各点运 动的轨迹形态与尺寸吻合良好。当使用 1B 10 的模型试验时,椭球体长半轴与短半轴 的比例分别为 1B1016和 1B1111。 以上试验研究证实了图 1 所示的承载构 件呈现垂振的全部 4 种特性情况; 确定了振 机输矿效率与垂振中数所处的位置及其振动 的比值有关。 在使用偏心块振动器的模拟试验中 模 型比例1B10 , 获得了振机效率 Q 与垂振程 度 „和支座安装角B的关系曲线,见图 3。 从图 3 可以看出, 当采用水平安置弹性 元件时,可使振机达到最高的生产效率, 实 7第2 期 王泗代 振动放矿机在国外的应用状况 践又一次证明了这些结论的正确性。 图 3 振机效率 Q 与偏心块垂 振度 „ 及安装角B的关系曲线 Fig. 3 Relation curves among vibrator efficiency Q, vertical vibration „of eccentric block and installation angle B 1976年,在库磁地区矿业公司古柏金 矿井 14- 9 矿房进行了上述简易结构振机的 工业试验。此次试验系对原有的 ƒ ƒ ’ - 5 型振机作了一系列机械部件的改造后投入工 业试验的。试验结果表明, 经改造的简易振 机运行正常, 放矿效率保持了系列振机的生 产水平。因此,改造振机的新方法得以推 荐,振机的动力参数亦被确定。这样,随着 承载构件负荷量的加大,振机的效率不仅没 有下降,而是明显地提高了。由 1B5 的模型 模拟试验得出的 2 条生产效率的关系曲线, 即可验证, 见图 4。 此外, 在确定条件下, 随着振动器向装 载区移动,振机效率得以提高。也就是说, 振机结构还能进一步简化, 运转操作可更为 简单。 以上所有试验共作了 250 次具体研究, 对振机效率作了1 500个方案评价。这些工 作有力地推动了简化振机结构的改造,为实 施第二系列振机的研制与工业试验提供了依 据。因此, 库磁地区舍瓦可夫矿山研究院制 定了偏心块振动器和水平设置橡胶元件的 图 4 振机效率 Q 与台面端部 插入值 L 的关系曲线 Fig. 4 Relation curve between vibrator efficiency Q and intercalation value L of table- top end 1 模拟传统振机的生产效率; 2 模拟简易振机的生产效率; ƒ ƒ ’ - 6 型振机。由于采用了万象轴代替 三角皮带传动,振机安装高度减少了 500 mm。试验中,对卸载端部装有偏心块振动 器的 ƒ ƒ ’ - 7 型振机进行了改装,并于 1988 年在古柏金矿井 8- 3 矿房完成了工业 试验,装载了原矿30 000 t,其中1 000 t 作 了计时测定。据有关资料统计,ƒ ƒ ’ - 5 型系列振机的生产率为 764 t/ h,而工业试 验振机 ƒ ƒ ’ - 6 型与 ƒ ƒ ’ - 7 型分别为 802 t/ h 和1 020 t/ h。 这些试验结果表明按新原理结构研制 的工业振机是可靠的, 分析研究与物理模拟 试验的资料是正确的。 目前, 舍瓦可夫矿山研究院与联邦 / 陀 螺0 科研所合作, 正在共同研制 ƒ ƒ ’ - 10 型工业振机。这种新型振机充分吸取了系列 振机的生产经验和工业试验研究的成果, 是 下转第 47 页 8有色金属设计 第 28卷 别应注意相当于淤泥层地段 深度约 2 5 m 的桩身质量较差,须特别注意加强防护 工作。 5 结语 由于本工程正确分析了地质情况,经认 真比较各种方案, 进行了合理的处理,在原 深层搅拌的基础上,基坑防水采用高压摆喷 墙及高压灌浆防水帷幕,有效地止住了随珠 江潮汐变化的承压水, 在基坑开挖中起到防 水帷幕作用,未发生严重渗漏情况, 按设计 要求将基坑挖至预定深度, 使工程得以顺利 进行。 参考文献 112 曾国熙, 卢肇钧, 蒋国澄, 等.地基处理手册 1S2. 北京 中国建筑工业出版社, 1988. 122 张永钧, 平涌潮,等. 建筑地基处理技术规范 1S2. 北京 中国建筑工业出版社, 1991. 上接第 8页 一种更为有效的振机系列。其传动无需调整 装置、齿轮减速器、润滑油槽、三角皮带传 动。振动器更加简单, 操作更为方便。设备 的主要结构部件与系列振机大体相同。 新型振机具有较好的技术性能,因此, 建议采用此型振机更换陈旧的振机系列, 它 适用于地下开采与露天开采,可作为露天矿 运输过程中的一种转载设备。至于露天矿采 用联合运输方案中的有关 ƒ ƒ ’ - 10 型振 机的具体工艺方法,已刊登在 1996 年矿山 杂志的谢缅诺夫的文章中。 参考文献 112 „ .Ž . 谢缅诺夫. 提高露天矿联合运输工艺的效率 1J2. 俄罗斯矿山杂志, 1996, 4 . 122 „ .Ž .巴巴扬茨.工业振机在矿山企业中的试验 1J2. 俄罗斯矿山杂志, 1998, 9 上接第 21页 5 结语 1 本文详细探讨了硫化锌精矿中各组 分在湿法炼锌过程中的行为及其对工艺流程 和操作条件选择的影响。对于各元素的性质 作了系统地分析; 2 对浸出及渣处理流程进行了分析、 比较。根据工程实际情况, 正确选择了流程 方案, 经试验验证,认为所选流程在技术上 可靠、经济上合理; 3 对于小型湿法炼锌厂, 应处理好浸 出流程 中浸和中浸 高温高酸浸 中 Zn 回收率与投资的关系; 4 认为中浸低浸高浸流程较中浸热浸 预中和流程具有更多的优点; 5 指出了当杂质含量超标时,对生产 造成的危害及应采取的措施。 参考文献 112 冶金室. 勐糯铅锌矿硫化锌精矿冶炼流程小型试验 1R2. 昆明 昆明冶金研究院, 1992. 122 会东铅锌矿. 中浸渣热酸浸出黄钾铁矾法扩大试验 1R2. 四川 会东铅锌矿, 1986. 上接第 34页 的流动性, 同时减少泡沫性渣的形成; 8 吹炼炉渣中的铁有 25 左右以 Fe3O4形式存在,返回熔炼会使 Fe3O4在炉 内富集,给熔炼指标带来不利影响, 建议今 后将吹炼炉渣进行缓冷后选矿处理。 根据候马冶炼厂 1999 年 10 月生产中的 熔炼炉渣化验结果分析认为炉渣中 Fe 含 量在 35 53 范围内时,随着铁含量的 升高,Cu 含量有升高趋势; SiO2的含量在 2819 36 范围内,随着 SiO2含量的升 高, Cu 的含量有降低的趋势;CaO 的含量 在5 11 范围内, CaO 含量增高,渣含 铜量呈降低趋势。因此熔炼炉炉渣成分应控 制在 Fe 3615 ,SiO22716 30,CaO 5的范围内。 47第2 期 张立唐 深基坑施工中的防水帷幕技术