王建纲

（山西太钢岚县矿业公司， 山西 吕梁 035200）

尾矿库是矿山系统选矿厂生产中重要的场所，其由筑坝拦截谷口或围地构成，用以储存金属非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿。其回水系统主要利用回水泵将库内澄清水引入排洪井来进行再次利用。常用的供电方式为高压架空线路供至变压器，变压器低压供出给回水泵[1]。为安全起见，尾矿库的选址地形一般都比较偏僻，远离人员及设备，由于地理位置的特殊性，给安全供电带来一定的困难。此次研究的矿山尾矿库在海拔高度1 800 m 以上的两个陡峭山峰之间，随着尾矿库库容量的不断增加，两边的山峰越来越陡峭，架线非常困难，给溢洪塔回水泵的安全供电带来很大的难题，急需要选择符合现场环境要求的供电方式来满足运行需求。

1 供电方式的选择与研究

1.1 原供电方式

由于在矿山生产初期，库容量比较小，两侧的山峰坡度较缓，原10 kV 线路沿库区边际山坡架设约4 km，使用三联杆跨越库区约350 m，引至变压器（315 kVA，10/0.4 kV）即可，供库区低压设备用电。

随着库区水位的上涨，沿库区边际山坡架设10 kV线路，由于受到水的侵蚀，塔基松动，严重影响正常供电，原供电设施受水位上涨的影响，不能再使用，需要重新选择供电方式。

1.2 方案的选定与优化

1.2.1 方案一

采用传统的10 kV架空线路[2]，需架设一趟1 356 m的长跨距架空线路，采用10 kV 单芯电缆固定在钢丝绳上并跨越水面，跨越距离为1 356 m。

具体做法：在两岸边合适位置栽好三联单杆，将钢丝绳提前固定在两根杆之间，每相单根电缆固定在钢丝绳上，每根电缆两侧再与架空线连接。

1.2.1.1 计算钢丝绳拉力

该方案中架线材料如表1 所示。

表1 方案一架线材料表

钢丝绳重力G（电缆+钢丝绳+附件）=（524.4+1 280+300）×9.8=17 686.06 N；钢丝绳拉力F=149 kN，考虑风力及悬垂度影响，F拉取钢丝绳重力的5 倍，即F拉=17 686.06 N×5=88 430.3 N=88.43 kN，远小于钢丝绳拉力=149 kN；钢丝绳破断力Fmin=11 235.84 kN。因此，所选钢丝绳满足线路架设要求。

1.2.1.2 施工步骤

1）施工过程中，电缆不能受力，应通过挂环挂在钢丝绳上，架设时，先用电力放线无人机把一级细牵引绳送到对面，再由一级细牵引绳拉二级粗牵引绳至对面，用二级粗牵引绳拉钢丝绳至对面地锚拉线上，用电动铰磨慢慢起线。

2）将钢丝绳与电缆进行固定，如图1 所示。

图1 钢丝绳与电缆固定示意图

3）先固定钢丝绳，电缆通过滑环挂在钢丝绳上，再牵引电缆。

4）起线时要平稳，缓慢进行，控制好铰磨的速度。

5）随时观察垂弧与钢丝绳的垂力以及地锚与地锚拉线的受力。

1.2.2 方案二

利用浮球在水面架线，综合考虑电缆的绝缘情况、施工难易程度及用电安全性，将原跨库的10 kV输电改为低压380 V输电，浮球在水面的距离是750 m，采用三相四线制。

在尾矿库东侧平台安装315 kVA 变压器1 台，采用低压输电方式敷设线路穿越水面，按照库区日常负荷20 kW 计算，电压降23 V，电压降百分比为6%，满足标准±10%要求。

具体做法：利用4 根高压单芯电缆作为低压线路，将4 根电缆穿在浮球中间，将钢丝绳穿过水面，钢丝绳两端采用地锚固定，浮球固定在钢丝绳上，库区两侧电缆直接接在低压配电柜空开上。

1.2.2.1 现场环境条件

水域跨度750 m，且随着库容增加会逐步增长；水深约130 m，且随着库容增加会逐步加深；风速最大风速9 级；浪高最大浪高0.5 m；水体特性呈偏碱性。

1.2.2.2 浮体选择

市面上主流的浮体形式有3 种，分别为浮球、浮桶和浮块。根据性能、成本以及行业应用情况，选用球状浮体。

1.2.2.3 计算钢丝绳拉力

该方案中架线材料如表2 所示。

表2 方案二架线材料表

2）浮球与浮球之间的安装与固定：在一侧用不锈钢钢丝绳（Φ16 mm）将浮球连接起来，保证钢丝绳长度小于电缆的长度，保证受力点在钢丝绳而避免电缆受力疲劳断裂。每间隔1 m 布置1 个浮球，750 m 共计350 个浮球。用绝缘胶布将浮球与浮球之间的4 根电缆扎紧（中点处），保证电缆受力一致，如图3 所示。

图3 浮球连接示意图

3）整体布局：整体按照“S”型排布线缆和浮球，以消除直线布置时的拉力过于集中的问题。钢丝绳设置时如不能避免钢丝绳浸入水中时，应当考虑逐段换侧布置的方式安装。

4）地锚的安装：在岸边设置地锚拉紧装置，依据地形逐段设置多处。

5）穿越水面安装：利用小船或无人机将引线传至对岸。在一侧将电缆与浮球固定，通过牵引绳将电缆拉至对侧。拉电缆直至到引下线处，期间逐步将陆地上剩余的浮球传至对岸接续使用。电缆长度按照测量陆地上的长度拉足后，在岸边将剩余的浮球利用钢丝绳进行固定，继续拉够水面的长度，最后将钢丝绳固定于地锚处。

1.2.3 方案优缺点比较

两种不同方案的优缺点比较如表3 所示。

表3 方案优缺点比较

钢丝绳重力G （电缆+ 钢丝绳+ 浮球）=（1600+708+1715）×9.8=39 425.4 N；钢丝绳拉力F=149 kN，考虑风力影响，由于存在浮力，F拉取3 倍，F拉=39 425.4 N×3=118 276.2 N=118.276 kN，小于钢丝绳拉力F=149 kN；钢丝绳破断力Fmin=11 235.84 kN。因此，选钢丝绳满足线路架设要求。

1.2.2.4 施工步骤

1）电缆与浮球之间的安装与固定：对4 根1×35 mm2电缆进行排布，装于浮球中心孔内，如有间隙，用胶皮填充起到固定作用，如图2 所示。

图2 浮球与电缆、钢丝绳固定示意图

2 浮球架线技术的应用效果

于2019 年10 月开始按照方案二进行架线实施，整个施工过程中相对比较容易，选用两瓣式浮球，利用船体进行辅助施工，运行效果至今良好，冬季结冰后也未影响运行。结冰期与非结冰期运行效果如第270 页图4、图5 所示。

在运行过程中，为确保库区水面巡视人员安全，防止线路、设备漏电事件发生，在变压器低压侧及设备侧分别安装漏电断路器，以确保供电线路、设备发生漏电后，漏电断路器可实现动作跳闸。

3 结论

鉴于矿山系统尾矿库的实际运行情况，架空线架设受地理位置及环境影响时，在北方地区的矿山中利用浮球进行架线，也是一种安全可靠的供电方式。

图4 非结冰期运行效果图

图5 结冰期运行效果图