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中电建安徽长九新材料股份有限公司(以下简称长九公司)是中国电力建设集团有限公司旗下的控股子公司。2016年2月3日,长九公司通过竞拍取得安徽省池州市神山灰岩矿项目采矿权。矿山产品以建筑骨料为主、水泥材料为辅,按照7000万吨/年规模进行建设,在矿区加工成品建筑骨料,并通过总长约13.0千米的长距离带式输送机输送至长江边牛头山专用码头,装船后通过长江水道销往长三角周边地区市场。
神山石灰石矿位于池州市西南方向约37千米处,矿权范围面积4.73平方公里,资源储量约19.08亿吨。矿山分期建设,一期建设规模3500万吨/年,二期建设后规模达到7000万吨/年。
矿山将“双碳”目标进行层层分解落实并配套各项响应机制,监督各项工作的实施。根据矿体开采技术条件,选用高效率、低能耗的工艺技术和装备,多用大型化、自动化电液驱动设备和散装物料连续运输设备,优化开采、运输、加工、堆存等工艺流程和设置配置,提高综合利用率,做到“吃干榨净”。
在矿山建设中,长九公司采取了以下创新举措。
电动矿卡
在国家需求导向及“双碳”战略引领下,汽车全产业“电动化”也在持续推进和深入,燃油重卡转型电动化引起越来越多的重视。
砂石矿山开挖运输场景相对封闭且路线较为固定,非常适合电动矿卡的使用和推广。加快推动电动矿卡在矿山开采中的应用,是提升矿山整体形象、促进绿色建材高质量发展的重要举措。神山石灰石矿一期原布置有近80台自卸燃油卡车,目前已完成30\%电动矿卡的替换。
电动矿卡在矿山应用 长九公司/供图
与传统柴油矿车相比,电动矿卡具有零排放、无污染、节能环保、使用成本低等优势。电动矿卡采用“动力电池+双电机+变速箱”的电动技术,高效运输作业,实现真正“零排放”。燃油矿卡日均耗油800升,电动矿卡日均能耗2240千瓦时电,电动矿卡综合经济成本节省超过41\%。采用电制动能量回收技术,能将下坡的制动能量回收至电池,实现电能的一部分循环利用。下坡最大节省能耗80\%,上坡最大节省能耗40\%,提升运营效益。同时,电动矿卡采用的是电控系统,更容易实现设备的智能化改造,为数字砂石矿山建设赋值、赋智、赋能。
凭借在能耗和作业能力方面具备的显著优势,电动矿卡替代传统燃油矿卡将成为行业潮流。未来,新型清洁能源运输车的研发与应用将促进企业完成能源、产业、交通运输的结构调整,推进新旧动能转换和综合智慧能源产业发展,为企业节能减排,为“绿水青山”新建设注入强大动力。
压缩空气储能凿岩
神山石灰石矿国内首次采用“CD568Y重力潜孔钻+电动集中高压远程送风”方式进行穿孔施工。该工艺能够最大限度利用能量,减少远距离送风损耗,具有穿孔效率高、能量损失少,无尘且环保的特点。
矿山全年凿岩穿孔进尺150万米,集中组合式高压压缩空气供气站建设有400平方米压缩空气净化无尘车间,压缩空气储能输气管道8000米、新型储能配气管道5000米,覆盖全部采场,供应近40台多功能凿岩机同时施工。总电功率2800千瓦,总产气量为300立方米/分,压力2.5~5.0兆帕;油动力钻机全年油耗150万米×2.0升/米,300万升/年,按现行油价7元/升,2100万元/年。电动力钻机全年电耗150万米×6千瓦时/米,900万千瓦时/年,按现行电价0.8元/千瓦时,720万元/年,“油改电”后预估能源费用下降65\%,碳排放量减少870吨/年。
压缩空气储能(CAES)空气站 长九公司/供图
该技术以电动力高压集气、储能输气、成网配气采矿的方法,实现用清洁能源替代化石能源穿孔爆破。采用压缩空气储能技术,实现凿岩过程中的能量回收,达到节能降耗。“集中供气”后,使得大型钻机小型化,钻机重量下降65\%,能耗下降30\%,清洁能源利用率达90\%,解决了大型露天矿山大量使用石化能源以及使用过程中高能耗、高排放的问题,大型电动牙轮钻带来的架电网、高投入、高耗能、高风险的问题和干法潜孔凿岩粉尘控制难题。
大型溜井平硐联合开拓运输
神山石灰石矿采用直径8000毫米、深度约280米的超大断面超深竖井开拓输送方式。沿矿体走向由东向西平行布置4条直径8米溜井,溜井间距620~800米不等。溜井底部设粗破碎硐室,破碎后的矿石通过胶带运输至加工区。破碎硐室布置在胶带平硐端部,胶带机平硐作为安全出口和出口巷道,硐室另一端与运输平硐相通,作为安全出口和进风巷道。
砂石矿山大多为山坡露天矿床,其比高一般为200~700米,依据矿山地形地质条件,选择“溜井平峒开拓系统、矿石自重运输方式”是砂石矿山独具的优势。这是对比高较大的山坡露天矿床开采的一种行之有效的开拓方案,是砂石矿山节能方式的重要选择。据初步统计,采用矿石自重运输方式的矿山已达100余个,遍布全国各地。以神山石灰石矿年产量7000万吨的水泥矿山为例,据测算,仅以利用高差200米计,选择矿石“自重运输”比“汽车运输”时,1年可少耗油料(柴油、机油)达1.2万吨、节省大型汽车轮胎5000套、少配置40吨汽车150辆。
短流程加工和“无废矿山”
矿山选用单段破碎筛分和骨料整形的加工工艺,采用模块化生产模式。破碎采用新型单段锤式破碎机,具有产量高、破碎比大、粒型好的特点。新型单段锤式破碎机可一次性将原矿破碎至成品料粒度(31.5毫米以下占80\%),工艺以多筛少破为主,流程简短稳定,而旋回破碎机仅作为粗破,后端需配置二次、三次破碎,工艺繁琐复杂。新型单段锤式破碎机结构简单新颖,便于维护检修,大大降低了工人劳动强度,而旋回破碎机结构复杂,外形笨重,不便于维护检修。新型单段锤式破碎机两端配置飞轮,运行惯性大,电机工作效率75\%,1960千瓦单位时间耗电1470千瓦时,比同类产品节能50\%以上,破碎1吨石料仅需0.5千瓦时电。
矿石主要加工为建筑骨料和机制砂,剥离表土大部分用于土地复垦和生态修复,小部分与石粉、泥石屑等作为水泥生产原料,全封闭作业,定点收尘。矿山开采不产生废石、尾矿,资源综合利用率达到100\%。矿山建有雨水回收和废水处理系统,经分离处理,做到100\%循环利用。通过精细加工,分类堆存和销售,做到了废料的“吃干榨尽”。
物流廊道运输
矿山采用绿色物流廊道将生产的成品混合料输送至码头,廊道全程采用全封闭、降噪、除尘等措施,该输送方式避免了汽车运输造成的道路破坏和环境污染。严格控制运输过程中的扬尘污染,实现无洒落运输。
物流廊道长距离运输 长九公司/供图
物流廊道采用单线单条长距离带式输送机运输物料,总长12.9千米,物料输送能力13000吨/小时,带宽2.4米,带速5米/秒,这种超宽、超长胶带机,综合规模属国内首创。同时根据现场实际地形及地域空间条件,充分利用带式输送机的性能特征,采用直线和3段弧线结合的线型,其中两段的转弯半径为3000米,一段转弯半径为2900米。
若采用汽车运输,道路综合运输距离约27千米,每小时650车次,造成道路破坏、交通拥堵,安全风险大;且撒料、漏料、扬尘、尾气,造成环境污染。而长距离胶带机物料输送综合距离约13千米,节能环保、无噪声污染,实行物联网智能化监控,安全管控程度高,年减少碳排放约2万吨。
绿色低碳生活是一种理念也是一种态度。加大产业结构转型的强度和力度,以数字化来推进低碳化;充分节约资源,发展循环经济;做好能源替代,建设近零排放的能源体系等措施有利于实现“双碳”目标。
神山石灰石矿结合自身特点,发挥超大型项目的优势,通过加工生产过程中的“减碳降碳”,遵循建材行业“宜业尚品、造福人类”发展新目标,为国家总体实现“双碳”目标,发挥行业龙头企业应有的作用。
本文原载于《中国建材报》3月14日12版