黑岱溝露天煤礦輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)使用現(xiàn)狀及改進(jìn)方向

李亮盼 馬占一 馮明飛

（1.神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司生產(chǎn)技術(shù)部，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，010300；2.準(zhǔn)格爾旗煤炭局，內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，010300）

1 概述

黑岱溝露天煤礦是國家“八五”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目——準(zhǔn)格爾項(xiàng)目一期工程三大主體工程之一，是我國自行設(shè)計(jì)、自行施工的特大型露天煤礦，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)原煤1200萬t／a。2003年進(jìn)行吊斗鏟無運(yùn)輸?shù)苟压に嚰夹g(shù)改造后，生產(chǎn)能力增至2000萬t／a。2009年黑岱溝露天煤礦進(jìn)行擴(kuò)能改造，計(jì)劃于2012年達(dá)產(chǎn)，生產(chǎn)原煤2900萬t／a。其主要開采工藝為：上部黃土厚度為20～70m，平均厚度49m，采用輪斗挖掘機(jī)＋帶式輸送機(jī)連續(xù)開采工藝，使用2套4臺(tái)3100m3／h的德國K Rup P公司生產(chǎn)的S CH R S 710／1×15緊湊型輪斗挖掘機(jī)；中部巖石采用單斗＋卡車開采工藝，使用美國英格索蘭公司生產(chǎn)的? 311mm鉆機(jī)＋55m3電鏟＋290t自卸卡車設(shè)備；下部45m巖層采用拋擲爆破＋吊斗鏟倒堆工藝，吊斗鏟型號(hào)為8750型，斗容90 m3，作業(yè)半徑100m；煤層采用單斗＋卡車＋地面半固定破碎站連續(xù)開采工藝。

黑岱溝露天煤礦采用的輪斗挖掘機(jī)是集采、運(yùn)、排于一體的連續(xù)開采工藝中完成采掘工作的重要設(shè)備。它具有生產(chǎn)能力大、效率高、污染少、對(duì)復(fù)雜煤層可以進(jìn)行選采、運(yùn)輸坡度大、操作簡單、維修方便、易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理等優(yōu)點(diǎn)已廣泛應(yīng)用于我國大型露天煤礦。目前，黑岱溝露天煤礦面臨著生產(chǎn)壓力大和采剝關(guān)系緊張等問題，面對(duì)下部單斗＋卡車工藝系統(tǒng)能力的大幅度增長，承擔(dān)著最上層巖土剝離任務(wù)的輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)能力越來越不適應(yīng)露天煤礦的發(fā)展，其瓶頸制約作用愈加明顯。因此，通過對(duì)輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀研究，尋找到輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)改進(jìn)或發(fā)展方向變得更加迫切。

2 使用現(xiàn)狀

2.1 輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)工作量

2008－2010年黑岱溝露天煤礦輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)完成剝離量在剝離總量中所占比重逐年下降。2011年黑岱溝露天煤礦剝離總量為14088.12萬m3，其中剝離巖石8615.36萬m3，剝離黃土5472.76萬m3。輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)剝離量為818.96萬m3，占剝離總量的5.81%，占黃土剝離量的14.96%。2012年輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)計(jì)劃剝離量為250.00萬m3，占自營剝離總量的1.88%。2008－2012年輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)完成及計(jì)劃完成剝離量、剝離總量以及比重情況如表1所示。

表1 2008－2012年輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)完成及計(jì)劃完成剝離量、剝離總量以及比重情況

2.2 輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)作業(yè)效率

每年制定年度工作計(jì)劃時(shí)，通過考慮各種因素確定輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，以2011年為例，輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)間具體安排如表2所示。

表2 2011年輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)間安排

2011年單臺(tái)輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)計(jì)劃剝離量為400萬m3／a，實(shí)際完成剝離量為204.74萬m3，小時(shí)理論處理能力為3100m3／h，3－6月份設(shè)備實(shí)動(dòng)率累計(jì)為30.83%，比計(jì)劃出動(dòng)率的38.42%少了7.59%。2011年3－6月份輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)及其他設(shè)備出動(dòng)率和實(shí)動(dòng)率如表3所示。

由表2、表3可見，輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)受到設(shè)備維修、帶式輸送機(jī)的移設(shè)、臨時(shí)故障、運(yùn)輸系統(tǒng)影響、氣候影響等制約性因素影響很多，這些因素直接導(dǎo)致了輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)作業(yè)效率的降低。與同期的WK 55電鏟、P H 2800電鏟、WK 20電鏟、吊斗鏟等設(shè)備的作業(yè)效率相距甚遠(yuǎn)。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)計(jì)算，2011年輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)單位成本為19.38元／m3，單斗系統(tǒng)成本為18.31元／m3，吊斗鏟系統(tǒng)成本為16.53元／m3，外包成本為7.1元／m3。2012年輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)預(yù)計(jì)成本為22.2元／m3，單斗系統(tǒng)預(yù)計(jì)成本為22.741元／m3，吊斗鏟系統(tǒng)預(yù)計(jì)成本為19.41元／m3，外包預(yù)計(jì)成本為7.61元／m3。

表3 2011年3－6月份輪斗挖掘機(jī)及其他設(shè)備出動(dòng)率和實(shí)動(dòng)率%

輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)使用初衷是通過采用連續(xù)生產(chǎn)工藝來減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)和降低生產(chǎn)成本，但隨著大型挖掘機(jī)和重型卡車等礦用裝備技術(shù)水平的提高，單斗卡車工藝的剝離成本逐漸下降，輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)逐漸下降。由此可見，隨著黃土剝離任務(wù)的減少，輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)作業(yè)成本逐年增高，已經(jīng)失去了節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)。

3 輪斗挖掘機(jī)效率降低的原因

3.1 地形地質(zhì)原因

黑岱溝露天煤礦表土層平均厚度49m，形成3個(gè)表土臺(tái)階，有4臺(tái)輪斗挖掘機(jī)和2臺(tái)排土機(jī)，帶式輸送機(jī)長度達(dá)10.99k m。剝離采用輪斗挖掘機(jī)＋帶式輸送機(jī)＋排土機(jī)連續(xù)工藝一機(jī)一線布置。輪斗挖掘機(jī)在作業(yè)之前，需要單斗＋卡車進(jìn)行工作面的準(zhǔn)備，在工作面高度、長度符合要求時(shí)方能作業(yè)。由于黑岱溝露天煤礦地表黃土受大氣降水水流切割作用，因而黃土層呈現(xiàn)不連續(xù)分布狀態(tài)，這是上部臺(tái)階輪斗挖掘機(jī)作業(yè)能力降低的主要原因。同時(shí)，下部黃土層與基巖接觸面起伏較大，黃家梁背斜軸部較厚，由軸部向兩側(cè)及西南方向變薄。這種交界面的不規(guī)律經(jīng)常使輪斗挖掘機(jī)挖到硬巖造成斗齒折斷，進(jìn)而在空間和時(shí)間上使輪斗挖掘機(jī)不能真正發(fā)揮連續(xù)作業(yè)的作用。

3.2 輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)原因

影響黑岱溝露天煤礦輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面：

（1）輪斗挖掘機(jī)故障頻繁，停機(jī)修理時(shí)間長。

（2）外線供電質(zhì)量差，供電線路故障率高。

（3）帶式輸送機(jī)移設(shè)占用時(shí)間長。

（4）設(shè)備操作管理和客觀環(huán)境因素影響，如大風(fēng)、雨雪及凍塊等。

3.3 輪斗挖掘機(jī)設(shè)計(jì)局限性原因

黑岱溝露天煤礦采用的德國克虜伯（K RUup）公司的S CH R S 710／1×15緊湊型輪斗挖掘機(jī)具有挖掘速度快、效率高等特點(diǎn)，但缺點(diǎn)是斗齒切割力較弱，在冬季黃土凍結(jié)時(shí)輪斗挖掘機(jī)能力不足而無法作業(yè)，造成了整個(gè)輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)在冬季只能停機(jī)歇業(yè)。

4 改進(jìn)思路

（1）提高斗齒切割力，擴(kuò)大輪斗挖掘機(jī)使用范圍。通過提高切割斗齒的切割力、調(diào)整切片切割角度、確定合理的切割速度、加載對(duì)輥式破碎機(jī)等措施來提高輪斗挖掘機(jī)能力，進(jìn)而擴(kuò)大其在復(fù)雜條件下的作業(yè)能力。

（2）改進(jìn)松碎爆破＋輪斗挖掘機(jī)＋寬帶式輸送機(jī)工藝。通過加大孔網(wǎng)密度和縮小孔網(wǎng)參數(shù)來降低爆堆中的大塊率。適當(dāng)增加輪斗挖掘機(jī)斗容和出料孔直徑，以便提高爆堆最大允許塊度。通過加大與輪斗挖掘機(jī)相配合的帶式輸送機(jī)寬度來提高膠帶允許的巖石最大塊度，當(dāng)膠帶寬度達(dá)到3m時(shí)，允許巖石最大塊度可達(dá)2.4m。

（3）輪斗挖掘機(jī)與自卸卡車聯(lián)合作業(yè)。在輪斗挖掘機(jī)卸料臂上設(shè)一名指揮員，負(fù)責(zé)輪斗挖掘機(jī)在裝車過程中的指揮工作。指揮人員負(fù)責(zé)指揮卸料口對(duì)位、卸料臂與卡車安全距離和上料裝車，卡車司機(jī)進(jìn)入工作面前，通過觀察瞭望按順序進(jìn)入裝車位置，裝車時(shí)服從卸料臂指揮人員的指揮，輪斗挖掘機(jī)與卡車配合作業(yè)時(shí)采用專門的通訊頻道。

（4）改進(jìn)爆破＋單斗＋輪斗挖掘機(jī)工藝。在工作面足夠?qū)挸ǖ臈l件下，電鏟將爆破后的巖體倒堆與篩分，篩下部分由輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)作業(yè)，篩上部分大塊巖石采用汽車運(yùn)輸。

（5）輪斗挖掘機(jī)小型化。輪斗挖掘機(jī)小型化的代價(jià)是單臺(tái)作業(yè)效率相對(duì)降低，但是小型輪斗挖掘機(jī)的價(jià)格也相對(duì)便宜，在資金等量的情況下，能夠購置多臺(tái)小型設(shè)備。在作業(yè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，備用設(shè)備同時(shí)啟用，這在客觀上減少了設(shè)備因維修而浪費(fèi)的時(shí)間，延長了輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)的作業(yè)時(shí)間，提高了輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

5 結(jié)論

上述改進(jìn)思路既發(fā)揮了輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)廉價(jià)挖掘、連續(xù)運(yùn)輸、降低成本的特點(diǎn)，又能提高輪斗挖掘機(jī)的作業(yè)效率，為輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)的深入發(fā)展提供了新的思路。輪斗挖掘機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)能力的提高不僅要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)與制造和勞動(dòng)者素質(zhì)等方面思考，還要從設(shè)備、管理、工藝3個(gè)方面相互配合、不斷改進(jìn)和提高，這樣才能進(jìn)一步提高作業(yè)效率和生產(chǎn)能力，真正發(fā)揮連續(xù)開采工藝系統(tǒng)應(yīng)有的優(yōu)越性。

［1］ 劉偉民，任強(qiáng).勝利東二露天煤礦煤層頂?shù)装鍎冸x設(shè)備優(yōu)化［J］.中國煤炭，2009（7）

［2］ 張殿輝，李宏偉.提高輪斗挖掘機(jī)生產(chǎn)能力的探討［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2008（1）

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