伊敏露天礦單斗卡車剝離系統(tǒng)生產(chǎn)能力優(yōu)化

王喜賢

（伊敏煤電公司露天礦，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾021034）

伊敏露天礦年生產(chǎn)能力為2 200 萬t/a，生產(chǎn)工藝有單斗卡車的間斷工藝、2 套單斗卡車半固定破碎站半連續(xù)工藝和單斗移動(dòng)式破碎站的半連續(xù)工藝。其中2 套單斗卡車半固定破碎站和單斗移動(dòng)式破碎站的半連續(xù)工藝用于采掘運(yùn)輸煤炭，單斗卡車半固定破碎站半連續(xù)工藝設(shè)立于東西端幫，單斗移動(dòng)式破碎站半連續(xù)工藝布置在底板區(qū)域。

目前伊敏露天礦正處于轉(zhuǎn)向開采階段，由二采區(qū)逐步向三采區(qū)轉(zhuǎn)向過渡，2017 年轉(zhuǎn)向推進(jìn)進(jìn)度為17°，至2017 年末采場剝離臺(tái)階已進(jìn)入三采區(qū)，工作線開始向西推進(jìn)并且逐步縮短，已進(jìn)入轉(zhuǎn)向開采末期階段。排土場開始跟隨采煤工作線同步進(jìn)行轉(zhuǎn)向，同時(shí)卡車排土運(yùn)距增加，平均運(yùn)距在3.8 km。

由于采區(qū)地層厚度由南東向北西增厚，但煤層變薄，乃至尖滅，含煤性變差。剝離臺(tái)階高度為12 m，因此出現(xiàn)伊敏露天礦工作幫東側(cè)有7 個(gè)剝離臺(tái)階，西側(cè)有8 個(gè)剝離臺(tái)階，2017 年11 月份剝離鏟采掘位置的分布主要在工作幫的4 段以下幾個(gè)剝離臺(tái)階，一、二、三臺(tái)階劃歸外委設(shè)備進(jìn)行采掘，2017 年伊敏露天礦自營剝離任務(wù)量在4 500 萬m3左右，煤炭采掘在2 200 萬t 左右。

1 設(shè)備情況

伊敏露天礦主要采掘設(shè)備有斗容為43 m3的EX8000 液壓正鏟1 臺(tái)，斗容為35 m3WK-35 電鏟2 臺(tái)，斗容為20 m3WK-20 電鏟6 臺(tái)，斗容為12 m3WK-12 電鏟5 臺(tái)，其中斗容20 m3以上的大型鏟用于剝離作業(yè)，12 m3的機(jī)械鏟主要用于采煤作業(yè)，以各鏟鏟況為主要影響因素將伊敏露天礦將各鏟的單月生產(chǎn)任務(wù)量進(jìn)行核定，2017 年11 月43 m3EX8000 液壓正鏟的剝離任務(wù)量為60 萬m3，35 m3WK-35 電鏟的剝離任務(wù)量為80 萬m3，20 m3WK-20 電鏟的剝離任務(wù)量為60 萬m3，12 m3WK-12 電鏟的剝離任務(wù)量為30 萬m3，除斗容在20 m3以上各鏟用于剝離生產(chǎn)外，額外調(diào)派1 臺(tái)斗容為12 m3WK-12 電鏟進(jìn)行剝離生產(chǎn)工作，2017 年11 月份剝離生產(chǎn)任務(wù)量為525 萬m3。

主 要 可 運(yùn) 輸 卡 車 類 型 有220 t、172 t、108 t、TR100、85D 5 種，220 t、172 t 卡車主要用于剝離運(yùn)輸作業(yè)，其余車型主要用于煤炭運(yùn)輸作業(yè)。220 t 卡車可運(yùn)行15 臺(tái)，172 t 卡車可運(yùn)行17 臺(tái)，合計(jì)剝離運(yùn)輸車輛共有32 臺(tái)。

2 剝離生產(chǎn)情況

伊敏露天煤礦自營剝離物主要排卸場地在內(nèi)排土場和東幫排土場，由于采場扇形轉(zhuǎn)向推進(jìn)開采，采掘的主要部分在采場東側(cè)區(qū)域，西側(cè)推進(jìn)緩慢，東幫到界區(qū)域可進(jìn)行排土作業(yè)，受到底板半連續(xù)系統(tǒng)限制，由工作幫至排土場的運(yùn)輸?shù)缆分挥形鲙秃蜄|幫2 條環(huán)坑線，車輛主要集中于東幫運(yùn)輸線路。電鏟和卡車采用輪換配車制度，卡車的排卸地點(diǎn)在內(nèi)排土場和東幫排土場2 個(gè)主要地點(diǎn)。由于剝離電鏟、卡車數(shù)量固定，為了使得剝離設(shè)備生產(chǎn)能力安全、合理化，必須對(duì)剝離生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確定最佳運(yùn)行方案[1-2]?？紤]到以下主要影響因素：①卡車運(yùn)距的遠(yuǎn)近；②電鏟配車數(shù)量情況；③排土場排卸卡車密度情況；④電鏟裝車時(shí)間；⑤排土場卡車密度情況；⑥卡車行駛速度情況。

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，在車鏟匹配和運(yùn)距調(diào)節(jié)方面需要進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

3 方案優(yōu)化

以設(shè)備生產(chǎn)能力為目標(biāo)，可分為3 個(gè)優(yōu)化方案：

1）方案1：以電鏟生產(chǎn)能力最大為優(yōu)化目標(biāo)。通過配備足夠卡車以保證電鏟生產(chǎn)能力，由于伊敏露天礦卡車數(shù)量固定，若是卡車排卸運(yùn)距較遠(yuǎn)，會(huì)造成電鏟能力有富余，所以必須保證卡車在運(yùn)距排土場排卸，這樣就造成鏟車匹配不均衡，近運(yùn)距的排土空間被快速利用，遠(yuǎn)處排土場無法跟進(jìn)排土。

2）方案2：以卡車生產(chǎn)能力最大為優(yōu)化目標(biāo)。通過調(diào)節(jié)卡車運(yùn)距和電鏟的作業(yè)位置優(yōu)化卡車生產(chǎn)能力，由于電鏟、卡車的匹配數(shù)量固定，在近運(yùn)距的排土空間充足的情況下，方案為可以實(shí)現(xiàn)。若是近運(yùn)距的排土空間不足，只能將電鏟的采掘位置進(jìn)行調(diào)整，這會(huì)影響采場工作幫的正常推進(jìn)。

3）方案3：以車鏟生產(chǎn)能力均衡為優(yōu)化目標(biāo)。通過調(diào)整運(yùn)距將整體剝離系統(tǒng)鏟車生產(chǎn)能力最大化，因此必須保證擁有足夠的遠(yuǎn)近運(yùn)距的排土空間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

綜上所述，結(jié)合伊敏露天礦的現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況，在其他生產(chǎn)影響因素固定的情況下，以采場工作幫可以正常推進(jìn)并且遠(yuǎn)近運(yùn)距排土空間均可被合理利用的前提保證下[3-4]，方案3 的露天礦剝離車鏟優(yōu)化的最佳方案。

4 方案對(duì)比

根據(jù)剝離電鏟、卡車數(shù)量、電鏟裝車循環(huán)時(shí)間、卡車運(yùn)距和行駛速度等參數(shù)建立生產(chǎn)能力優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：

式中：Ymax為鏟車均衡最大生產(chǎn)能力卡車數(shù)量，32 輛；m 為作業(yè)電鏟的臺(tái)數(shù)，8 臺(tái)；ROUNDDOWN 為數(shù)值取整公式；Ni為運(yùn)輸配車數(shù)量，臺(tái)；Li為卡車運(yùn)距，km；Ti為卡車往返行駛時(shí)間，min；v 為車速，0.348 km/min。

剝離車鏟類型、裝車時(shí)間排土場和運(yùn)距情況見表1。

表1 剝離車鏟類型、裝車時(shí)間排土場和運(yùn)距情況

通過數(shù)學(xué)模型優(yōu)化，得出關(guān)于不同排土場的剝離電鏟、卡車匹配情況見表2，需要再次通過生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)安全要求和便利條件的篩選方可確定最終剝離鏟車匹配以及排土場布置的最優(yōu)方案[5-6]，篩選條件如下：①卡車運(yùn)行途中盡量避免出現(xiàn)交叉現(xiàn)象；②卡車行駛途中盡量保持水平運(yùn)輸，避免出現(xiàn)連續(xù)上坡或下坡現(xiàn)象；③各排土場布置卡車排卸數(shù)量不得高于3 臺(tái)鏟所配車輛；④卡車運(yùn)行道路盡量減少車流密度；⑤卡車行駛道路順暢、避免出現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)彎或繞遠(yuǎn)現(xiàn)象；⑥遠(yuǎn)近排土場布置應(yīng)合理搭配，均衡應(yīng)用；⑦設(shè)備能力大的電鏟效率高，匹配生產(chǎn)能力大的卡車。單斗卡車剝離系統(tǒng)運(yùn)輸線路如圖1。

表2 剝離鏟車與排土場匹配情況

圖1 單斗卡車剝離系統(tǒng)運(yùn)輸線路圖

通過上述篩選條件確定最終剝離鏟車匹配情況如下[7-8]：①4301 配4 臺(tái)220 卡車、3502 配4 臺(tái)220 卡車鏟卡車到東幫660 排土場排卸；②2001 配4 臺(tái)172 卡車、2002 配4 臺(tái)172 卡車到內(nèi)排580 排土場排卸；③2003 配4 臺(tái)172 卡車到東幫660 排土場排卸；④2004 配3 臺(tái)220 卡車、2006 配4 臺(tái)220卡車到東幫620 排土場排卸；⑤2005 配4 臺(tái)172 卡車到內(nèi)排560 排土場排卸。

通過上述方法確定了剝離鏟的卡車數(shù)量分配方案以及相應(yīng)排卸的排土場布置，合理的優(yōu)化了剝離車鏟的均衡生產(chǎn)能力，結(jié)合遠(yuǎn)近調(diào)整車鏟分配，使得遠(yuǎn)近運(yùn)距排土場得以合理利用，保證了排土場跟隨采場轉(zhuǎn)向推進(jìn)的進(jìn)度，避免了卡車全部在近運(yùn)距的東幫排土場進(jìn)行排卸，使得近運(yùn)距排土空間快速減少，遠(yuǎn)運(yùn)距的內(nèi)排空間長時(shí)間擱置，運(yùn)距逐步變遠(yuǎn)，總體遠(yuǎn)近排土運(yùn)距失調(diào)，在近運(yùn)距排土空間排卸到界后，剝離卡車只能往遠(yuǎn)運(yùn)距的內(nèi)排空間排卸，使得車鏟生產(chǎn)效率長期處于不飽和狀態(tài)，優(yōu)化出的鏟車匹配和相應(yīng)的排土場可以在充分利用排土場的同時(shí)保持剝離鏟車的綜合生產(chǎn)能力處于最優(yōu)狀態(tài)。

4 結(jié) 語

在伊敏露天礦剝離運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量固定的情況下以調(diào)整遠(yuǎn)近排土場運(yùn)距建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以達(dá)到車鏟和排土場匹配優(yōu)化方案，并根據(jù)伊敏露天礦的生產(chǎn)實(shí)際情況，優(yōu)化得到剝離電鏟、卡車以及排土場的優(yōu)化方案以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，使得露天礦在剝離、運(yùn)輸、排土3 大環(huán)節(jié)的安全程度和生產(chǎn)能力得到科學(xué)性優(yōu)化。