1概况我国现有16个年产矿石300万t以上的大型露天铁矿，年设计能力在1亿t以上，采剥总量超过3亿t，其中8个露天矿都己经由山坡露天转入深凹开采，大孤山铁矿现己开采到一174m（设计标高为一414m）。我国深凹冶金露天矿具有矿石品位低、延深长度大、走向长度小的急倾斜矿体等特点，这种条件决定了我国露天铁矿是深凹型的，而国民经济对矿石的需求日益加，这又决定了我国露天铁矿是高强度大规模开采贫矿的格局。
国内外矿山实践表明：露天开采虽具有优越性，但转入深部开采后，由于开采技术条件的变化和矿岩自然因素的影响，出现了许多重要问题，导致矿山生产能力不断下降，矿石成本不断加，而深凹露天矿的运输是问题之中最为重要的一个。据国外多年的研究与生产实践证明，间断连续运输方式是当今世界强化深凹露天开采的主要方法之一，该工艺虽然初期投资高，但总投资比单一的汽车运输低，而且生产费用低。当开采深度未超过150m时，单一汽车运输与间断一连续运输的费用大致相等。当开采深度超过150m时，单一汽车的运输费用急剧加，每延深100m，费用就加50 %，而间断一连续运输费用加的不多，每延深100m只加5，~6，。我国矿山占地的矛盾也越来越突出，利用间断一连续运输工艺，可使排岩向高空发展，因此采用间断一连续运输工艺，对于节约用地更具有特殊的意义。
我国己采用间断一连续运输工艺的矿山有大孤*注：该篇论文由李军才同志执笔。本课题研究由鞍钢矿业公司负责，由长沙矿冶研究院。马鞍山矿山研究院。北京科技大学等单位共同完成深凹露天矿山间断连续运毙工艺的研1益1ElecfroWe山铁矿（排岩系统1套，现暂时采用采场内半固定破碎一胶带运输机一排土机排土，矿石运输系统1套）东鞍山铁矿（原设计排岩系统2套，采用境界外固定破碎一胶带运输机一排土机排土，其中建成的1套由于该矿于1998年下半年采用分期开采，被迫暂停运行，另1套的部分设备也己到位，但未安装）石人沟铁矿（由于采用内排方案，建成的胶带排土系统于1998年底拆除）水厂铁矿（西部胶带排岩系统于1998年5月正式交付使用，其它3套胶带运输系统也在设计之中）。齐大山铁矿（胶带排岩系统和矿石运输系统各1套，于1998年10月正式投入运行）。由于对该工艺的掌握程度不深，系统在运行过程中达不到设计的生产能力，造成运输成本偏高。
为此，国家计委决定委托原冶金工业部在国家题，并选定典型的深凹露天矿鞍钢大孤山铁矿作为试验基地。
原冶金工业部集中了鞍钢矿山公司、冶金部长沙矿冶研究院、马鞍山矿山研究院、北京科技大学等单位对该系统进行联合攻关。
2主要研究内容针对大孤山铁矿的生产实际情况，对破碎机、胶带机、排土机等设备进行合理选型配套，确定破碎机合理的移设步距及移设周期，研究半固定破碎站合理的结构形式：确定合理的胶带排土工艺，对排土参数进行优化，对高阶段排土进行稳定性分析，对胶带机的合理结构及接地防雷措施进行研究，可减轻设备的重量，加设备的灵活性及机动性，解决接地防雷问题，实现安全生产；针对间断一连续运输系统工艺复杂，构成串联系统，对该系统的主要设备进行实施监测与控制，实现系统的综合自动化和计算机智能管理，保证系统正常运转，提高系统效率，节约能源，并确保设备和人身的安全；结合该矿将要进行的技术改造工程，解决我国露天矿大倾角运输的一系列工艺设备的技术问题，分析研究适合我国采用的大倾角运输机工作原理、结构形式、布置方式等，最大限度地缩短运距，简化采场结构，提高矿山经济效益。
21间断一连续运输破碎机、胶带机、排土机等工艺系统配套设备研究（1）设备选型最佳配套工艺技术及应用研究对间断一连续运输工艺中破碎机、胶带机、排土机等主要设备，在传统设计的基础之上，编制了设备选型专家系统软件包。
破碎机的选型以旋回破碎机生产能力为依据；胶带运输机的选型主要取决于年运输量、作业率及相应外部条件所选择的胶带机的几何尺寸、带速及驱动装置等；对胶带机的阻力、张力、功率、强度进行计算对大型水平胶带机固定拉紧装置预张紧力进行计算；计算排土机生产能力，并对臂长进行选择等。对该系统时间利用率、设备完好率、单机设备的可靠度、连续输送设备作业率进行计算。对检修起重机与破碎机、大块矿岩二次破碎设备与破碎机、缓冲仓下给料设备与破碎机的进行匹配。胶带输送机的带宽主要取决于输送物料的能力和粒度。
该系统能对间断一连续系统中各种可能的工艺方案、参数选择及合理参数进行合理匹配。
（2）破碎机转载站经济合理移动周期和移动步距研究随着露天矿开采水平的不断降低，间断一连续运输将成为深部开采水平的主要运输形式，合理确定破碎站的移设周期和移设步距无疑是提高生产能力、降低运输成本的重要环节。
针对大孤山铁矿的生产实际，按矿山采掘进度计划所确定的矿山开采的时空关系，构筑矿山各年度的运输系统的网络模型，对该网络进行最小运输功计算，以利润最大为原则，求出破碎站合理的移设步距和周期。编制了“大孤山铁矿采剥计划CAD软件包”和“大孤山铁矿合理移设步距CAD优化软件包”。
优化结果为移设步距为72m.（3）可移式破碎站合理结构形式的研究结合大孤山铁矿的实际，确定了半移动破碎站的布置形式；对重型板式给矿机的结构形式及驱动形式、破碎机的型号、主机架的结构形式和控制塔楼的结构形式、排料输送机的结构形式及驱动方式进行了合理的确定。
确定出合理的结构形式为带卸料槽的重型板式给矿机、包括控制塔的破碎机、带捡铁器的排料输送机三部分。
齐大山铁矿引进的国内第一台可移式破碎站，为我国间断连续运输工艺提供高水平的配套工艺技术并为设备研制奠定基础。由于目前资金较紧张，二期矿岩运排系统均采用了半固定破碎站。随开采深度的不断下降，相信可移式破碎站必将在该矿得到广泛的应用。
2.2胶带排土工艺研究（1）确定合理胶带机排土工艺及参数优化研究根据大孤山铁矿生产现状，确定合理胶带排土工艺和排土参数优化，以提高排土能力，降低排土成本的目的。
研究内容主要包括①对胶带机运输排土机排土初始路堤的形成提出三种方法；②对胶带排土方法、排土方式进行了详细的研究。排土方法划分为矩形排土法、扇形排土法、混合排土法。排土方式划分为三大类15种类型；③分析了排土机卸载半径与排抖臂长度和水平面夹角、排料臂速度之间的关系；采用不同的排土方法及排土方式，对排土参数（上排段高、下排段高、上排排土带宽度、下排排土带宽度、工作平盘宽度，排料臂最大旋转角度、卸载半径、排土机距台阶坡顶线安全距离等）给出了计算式，并结合该矿所采用的PLK2200排土机，对其参数进行了计算；④针对胶带排土形成的“死区”，提出四种处理方法；⑤综合运用运筹学、计算机及各种优化技术将胶带排土的优化设计建立在坚实的理论基础之上。胶带排岩工艺选择的是否合理，直接影响到排土的经济技术指标（如岩石运排费用、投资、排土场稳定性及排土场占地等）。本次研究采用多目标模糊决策方法对不同的胶带排土工艺及参数等诸因素进行定量分析，从中找到最优的胶带排土工艺及最优参数。
（2）胶带排土场高台阶排土稳定性及防治措施的研究通过对不同地质条件下，高台阶排土稳定性及防治措施的研究，达到在保证排土场稳定的前提下，加堆置高度，减少占地，提高排土效率，减少运营费用之目的。本次研究在对国内外胶带排土场高台阶排土工艺调查的基础上，结合大孤山铁矿的实际情况，主要完成了如下内容：①排土场工程水文地质研究。②排土场散体岩石级配摄影、筛分及块度分布规律研究。③完成了散体岩石物理力学试验。包括8组散体岩石三轴试验、三组压缩试验，三组渗透物理性质试验。④对胶带排土场的稳定性机理进行研究。通过对散体岩性调查及块度分布，确定了排土场结构机理；采用有限元对排土场稳定性进行应力分析；编制了在不同散体结构条件下三维临界破坏面的优化程序。⑤对排土场沉降变形规律进行了研究，建立了排土场顺序推进和排土场固结变形关系模型。⑥初步计算了排土场台阶极限高度，即在42 ~55m范围内。⑦编写了排土场稳定性及变形分析软件，排土场三维稳定性分析程序及排土场顺序推进与变形规律分析程序。⑧排土场非稳定流渗透规律研究。针对排土场散体岩石粒度组成特点，进行了7组不同粒径的散体岩石渗流的试验，建立了渗流非线性方程，研制了非线性渗流计算分析软件。
（3）改善移动胶带机结构、减轻重量、加机动灵活性研究对移动胶带机合理结构的研究，主要目的是减轻设备重量，加设备的机动性、灵活性，可提高排土能力和效率。
本次研究对鞍钢东鞍山铁矿正在使用、也是大孤山铁矿排土所选用的DK12型移动胶带机进行了调查、现场使用观察和该机设计制造厂家座谈的基础上，选择胶带机的主体结构机架，进行研究。移动胶带机机架，是一个结构较为复杂的空间钢架结构。由于结构和受力情况比较复杂，以及超静定次数较高，使计算工作复杂，难度较大，加之我国移动胶带机设计、制造及应用时间不长，经验相对不足，造成设备安全系数过大，不仅加大了制造成本，也降低了生产效率。为此，进行了以下三项研究工作：①移动胶带机机架结构的计算机分析。②移动胶带机机架的应力、振动测试。以东鞍山铁矿排土场DK12型移动胶带机机架为测试对象，对移动胶带机机架在起动和正常工作时的动态应力、移动胶带机机架工作时的振动加速度进行了测试，对测试数据进行分析。③对移动胶带机机架结构进行综合分析。
经过计算、现场机架工况条件下的测试、以及对两组数据的对比和综合研究分析表明托辊支架应力较低，安全系数最小为5. 5，强度富裕量很大；主活动支架应力也较低，安全系数在2. 5以上。如在设计时采用此结果进行强度和刚度设计，结构重量可降低15%~20%，可减轻设备重量，降低造价，加机动灵活性，为提高劳动生产率提供了依据。
（4）露天矿移动胶带机、排土机系统防雷及接地措施的研究本研究首先对东鞍山铁矿和大孤山铁矿移动胶带机和排岩机使用的工况条件进行了充分调查和分析；同时又对鞍山地区近10年气候条件进行了调查，本地区属多雷暴地区。
通过调查研究发现本专题研究的难点和技术关深凹露天矿山间断-连续运毙工艺的研1益1ElecfroWc键为：①鞍钢矿山地势高，周边低凹呈突出状。东鞍山铁矿、大孤山铁矿、齐大山铁矿周围地势低凹，易遭雷暴直击。②机体与地接触电阻大。排土场为松散岩石堆积而成，尽管机体、机架接地面积很大，其接地电阻亦高达40~200.因此，在发生高压漏电或单相接地、打雷时，会使操作人员受到接触电压或跨步电压的致命伤害。③接地引线线路长、阻值高。大孤山、东鞍山铁矿胶带排土机，接地极都做在山下或坑内，利用钢筋、皮带机架，随着胶带机延伸至排土场，距离长达数公里。如果检修不及时，难免有松动锈蚀，造成阻值高。
为此，经过考察和近一年的研究和试验，制定出本专题的实施方案，简要内容如下：①防雷，采取在排岩机顶部安装5针式半导体少长针消雷器方案。②接地：根据具体情况选新址钻探孔做接地，充填新型高效降阻剂，使接地电阻控制在25n以下。③在供电线路杆下安装双路高压接地保护装置。
23间断连续运输系统自动工作状态监测智能管理及安环技术的研究（1）间断-连续工艺胶带运输系统通讯及运量监测与记录统计系统的研究根据大孤山铁矿的实际情况，采用PLC技术对该系统进行集中控制，采用三种设计方案对系统进行设计。①为拓扑控制系统，以双绞线为传输媒介进行通讯，采用MB+网，MB网分布式控制等多种先进技术相结合的方案。②为MB+网络控制系统，以光缆为传输媒介进行通讯，采用MB+网的形式进行控制的方案。③为远程I/O控制方案，以双绞线为传输媒介进行通讯，以远程I/O方式进行控制的方案。
三个方案均采用工控机对整个网络系统进行控制和管理，对生产过程实现自动控制，对现场各种参数实现计算机管理。
通过三种方案比较，采用方案一为该矿间断连续运输系统自动控制方案。
集中控制包括对各系统的主机及主要辅助设备的控制，包括破碎站、固定胶带机、移动胶带机的控制；保护装置显示与连锁等；操作程序安排；启动方式及停车程序等。
（2）胶带防纵向撕裂防断带技术措施及系统工作状态监测技术研究根据该矿胶带运输机运行现状，提出防撕裂的技术措施，研制了防断带装置，同时分析了各个环节的工作状态，研制了相应的监测仪表。
该课题完成了防断带传感器的设计，并制造出8只断带传感器，在实验室进行了初步试验，制造了断带信号输出仪。输出信号可达到50~100mv.胶带运输机主要设备工作状态的监测，主要是对胶带运输机各个环节工作状态进行实时数据收集，实时分析判断。主要包括对胶带机速度、胶带机跑偏状态、胶带运输机驱动站工况监测技术进行研究。
实时监测，该仪器能用数字实时显示胶带速度，并进行信号输出。
~*200mm能实时用数字显示跑偏量大小，并进行跑偏量输出，可为系统自动控制提供一次信号。该装置由位移传感器和二次仪表两部分组成。
箱的运行工况进行监测，发现问题并能及时排除故障，确保胶带运输系统安全连续生产。
（3）间断连续运输作业率维修管理系统的研究该课题研究内容分为汽车维修制度与胶带维修制度两部分。
①系统作业率的研究：通过现场标定，找出影响系统作业率主要因素及薄弱环节，并进行分析研究，提出改进措施。②汽车维修制度的研究：汽车维修制度是通过对该矿汽车运输设备现有运行、保养、维修状况分析，采用数学方法建立模型并编制计算机程序，确定合理的维修制度、保养维修级别与保养维修周期。用计算机编排合理的维修计划。
③胶带维修制度的研究：采用马尔可夫过程确定合理的计划检修周期，并编制软件。该软件具有记录并显示胶带运行图表，对计划检修时间能进行预测。
（4）间断连续运输系统及岗位防尘措施研究对该系统粉尘的控制措施研究已进行多年，主要有喷雾洒水、密闭抽尘净化、泡沫除尘和通风除尘四种方法。本次研究结果如下：对东端井采用风流由上而下的机械通风方法；破碎硐室卸料口采用全密闭静电除尘，用风机净化排至大气中；操作室采用空调净化方案；排岩机防除尘采用泡沫除尘方案。
对泡沫配方的发泡和喷雾方式及发泡结构进行了研究。
24大倾角胶带运输技术及其工艺应用的研究通过调查和收集的大量资料，对大倾角运输机的工作原理和结构形式、使用情况和优缺点等方面进行分析、研究和比较，最后确定出适合我国金属露天矿使用的大倾角胶带运输机的工作原理和结构形式。通过深入研究和讨论，认为采用胶带刮板形式的大倾角运输机作为本次研究的方案。对大倾角胶带运输机在该矿排岩系统中的布置形式进行了研究，实施后可最大限度地缩短运距，简化采场结构，提高矿山经济效益。
3应用效果及推广应用前景该专题自1992年开展工作，1998年5月通过原冶金工业部组织的专家鉴定。一致认为：该专题针对大孤山铁矿研究了露天矿间断一连续运输工艺系统方面的一系列重大技术问题，内容丰富，手段先进，实用性强。整个研究实现了工程研究与软件研制相结合，传统方法与先进的计算机技术相结合，技术路线正确，对间断一连续运输工艺技术有较大突破。该专题研究成果理论密切联系实际，促进了该矿的稳产和产。己应用于该矿的设计并陆续在生产中实施并转化为生产力。每年可节省设备费和运输费达1300万元。研究成果整体上达到国内领先水平。该成果于1999年获辽宁省科技进步二等奖。
齐大山铁矿间断一连续运输系统己投入运转，同时本次研究也为南芬、司家营、水厂等矿山的推广与应用提供了可靠的技术理论、方法。不仅为冶金矿山的推广，而且也可供煤炭、化工、有色系统的矿山借鉴，故具有广泛的应用前景和推广价值。
实施后会取得显著的经济效益和社会效益。
〔〕李军才北京科技大学工程力学专业博士研究生高级工程师原按钢集团公司技术专家主要从事于岩土工程采矿工程及计算机应用技术研究开发工作〔上接22页〕果。该项工艺技术的实施在国内处于领先地位。
（2）鞍钢弓长岭矿业公司应用的CTDG系列永磁大块矿石磁选机经工业生产实践证明，设备处理粒度上限为350mm，矿石品位提高2%以上，废石品位<10%与磨选工艺尾矿品位一致，抛尾产率>10%，CYDG 1395t/hCYDG*1214N型单机处理能力达到800t/h以上。设备技术指标达到设计研制技术要求，满足弓长岭选矿厂实施大块矿石预选工艺的设计要求。
（4）鞍钢弓长岭矿业公司实施的大块矿石预选工艺，对提前抛弃混入矿石中的岩石，提高入磨矿石品位，加精矿产量，降低成本消耗，有明显的经济效益。经工业生产实践证明，采用大块矿石预选工艺在技术上是完全可行的，经济上也是合理的。鞍钢弓长岭矿业公司实施大块矿石预选工艺后，年产铁精矿27. 26万t，每年新效益一选车间为3961.37万元，二选车间为1741.50万元，合计：5702. 87万元。
（5）大块矿石预选工艺的应用，可以使一部分低品位矿石和混岩率超标的矿石入选，提高矿产资源回收率，降低采矿成本。鞍钢弓长岭矿业公司选矿厂大块矿石预选工艺实施后，通过超标放矿，使井下铁矿年新效益254万元，露天铁矿年新效益1135万元，合计：1389万元。
（6）鞍钢弓长岭矿业公司实施大块矿石预选工艺后，在入磨矿量不变、精矿量加的条件下，每年减少排入尾矿库的尾矿量77. 8万t，可相对延长尾矿库的服务年限。
〔〕王义达高级工程师按钢集团弓长岭矿业公司总经理周伟高级工程师按钢集团弓长岭矿业公司科技处副处长
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