張海旺

（神華準(zhǔn)格爾能源有限公司黑岱溝露天煤礦 內(nèi)蒙古鄂爾多斯）

一、引言

黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)是從德國克虜伯公司引進的大型礦山挖掘設(shè)備，共有兩套輪斗系統(tǒng)。主要設(shè)備包括緊湊型輪斗挖掘機4臺，A皮帶車4臺，B皮帶車2臺，電纜/漏斗車4臺，卸料車2臺，排土機2臺，以及與之相匹配的膠帶運輸機12條，（其中帶寬1.4 m工作面膠帶機4條，帶寬1.8 m端幫膠帶機6條，帶寬1.8 m排土場膠帶機6條）和輪斗集中控制系統(tǒng)。輔助設(shè)備包括2臺履帶搬運車及液壓泵站等，承擔(dān)黑岱溝露天煤礦上部黃土的剝離任務(wù)。

二、輪斗系統(tǒng)工藝特點

黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)工藝為連續(xù)開采工藝，即采掘、運輸及排棄為一體，它與間斷工藝、半連續(xù)工藝相比有一些特殊的優(yōu)缺點。

1.優(yōu)點

（1）生產(chǎn)能力大、效率高。由于輪斗系統(tǒng)工藝，采掘、運輸及排棄生產(chǎn)環(huán)節(jié)是連續(xù)作業(yè)，因此生產(chǎn)效率高，特別是在物料較好條件下，高效率的優(yōu)點尤為明顯。并適于大規(guī)模開采。

（2）切削力較大。輪斗挖掘機切削力較大，可以直接采掘褐煤，省掉鉆孔、爆破等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)工藝簡化，成本降低。

（3）對復(fù)雜的煤層可以進行選采。對煤層中硬度不高的夾矸以及煤、巖分界處的采掘，都可用輪斗挖掘機進行選采，不僅提高了煤炭資源的回采率，而且提高了煤炭質(zhì)量，減少了選煤工作量。

（4）膠帶輸送機提升角度大。膠帶輸送機一般工作角度在10°～18°，鐵道運輸允許工作坡度在 10‰～15‰，汽車運輸允許工作坡度在6‰～10‰?？梢娔z帶輸送機輸送物料的提升角度要比鐵道運輸和汽車運輸大得多，因此采用膠帶輸送機系統(tǒng)輸送物料可以大大縮短運輸距離，與鐵道運輸相比，可節(jié)省大批鋼軌。

（5）動力消耗低、操作簡單維修方便。輪斗系統(tǒng)設(shè)備，采用電機驅(qū)動，單機操作多為按鈕、手柄、操作靈活省力，勞動條件好，安全可靠，與汽車、機車（蒸汽車、內(nèi)燃機車等）相比，動力消耗低、維修方便。

（6）容易實現(xiàn)現(xiàn)代化管理。輪斗挖掘機成套設(shè)備，多采用集中控制，和間斷、半連續(xù)工藝相比機械化、自動化程度高，更容易實現(xiàn)現(xiàn)代化管理。

2.缺點

（1）設(shè)備初期投資高，對采掘物料的硬度有嚴(yán)格要求。

（2）專業(yè)性強，作業(yè)機動性差，要求系統(tǒng)有很高的可靠性，各環(huán)節(jié)之間需緊密配合。

（3）受地質(zhì)條件、氣候因素影響較大。

三、輪斗系統(tǒng)開采工藝流程

黑岱溝露天煤礦輪斗生產(chǎn)系統(tǒng)由外排Ⅰ系統(tǒng)和內(nèi)排Ⅱ系統(tǒng)兩套構(gòu)成。

1.輪斗系統(tǒng)開采工藝流程

由輪斗挖掘機通過鏟斗將工作面黃土物料切下，經(jīng)輪斗挖掘機→A皮帶車→電纜/漏斗車→1.4 m工作面膠帶機→1.8 m端幫膠帶機→1.8 m排土場膠帶機→卸料車→排土機，排棄至排土場，完成采掘、運輸、排棄流程。

2.輪斗系統(tǒng)集控室啟、停機控制過程

啟機過程：啟動排土機、啟動排土場膠帶機、啟動端幫膠帶機、啟動工作面膠帶機、啟動轉(zhuǎn)載機（A皮帶車）、啟動輪斗挖掘機依次順序啟動，稱為逆物料流啟動。

停機過程。停止斗輪挖掘機、停止轉(zhuǎn)載機（A皮帶車）、停止工作面膠帶機、停止端幫膠帶機、停止排土場膠帶機、停止排土機依次順序停機，稱為順物料流停機。

四、輪斗系統(tǒng)生產(chǎn)運行時間的分析

黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)中，每臺輪斗挖掘機理論生產(chǎn)能力為3100 m3/h；每臺排土機理論生產(chǎn)能力為6200 m3/h。截至2013年底，輪斗系統(tǒng)已累計剝離黃土1.289億立方米，其中輪斗Ⅰ系統(tǒng)于1996年6月投入運行，輪斗Ⅰ系統(tǒng)排土機累計運行60 368 h，產(chǎn)量為6 428 208 m3；輪斗Ⅱ系統(tǒng)于2003年7月投入運行，輪斗Ⅱ系統(tǒng)排土機累計運行28 858 h，產(chǎn)量38 027 372 m3。

由于準(zhǔn)格爾地區(qū)冬季溫度低，受冬季氣候影響，輪斗系統(tǒng)設(shè)備工作運行時間為9個月（每年3～12月初），輪斗系統(tǒng)工作運行天數(shù)約280 d，輪斗系統(tǒng)生產(chǎn)運行實行4班3倒制，每班工作8 h，每年可利用時間6720 h。根據(jù)2013年運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，輪斗Ⅰ系統(tǒng)實際生產(chǎn)運行時間為3981 h，產(chǎn)量為6 428 208 m3。影響生產(chǎn)運行時間的因素有5方面。

（1）設(shè)備維護保養(yǎng)時間。設(shè)備維護保養(yǎng)包括日常維護保養(yǎng)和計劃性維護保養(yǎng)。設(shè)備維護保養(yǎng)分為日檢、周檢、月檢、季檢、半年檢和年檢（在輪斗系統(tǒng)停止運行后進行）。輪斗Ⅰ系統(tǒng)維護保養(yǎng)時間約為368 h。

（2）設(shè)備故障影響時間。輪斗Ⅰ系統(tǒng)設(shè)備故障平均影響時間為841 h。

（3）設(shè)備工藝影響時間。由于輪斗系統(tǒng)工作面的不斷推進，膠帶需要進行移設(shè)和拆除，輪斗Ⅰ系統(tǒng)損失時間為1050 h。

（4）氣候影響時間。由于受下雨等氣候影響，輪斗Ⅰ系統(tǒng)損失時間為329 h。

（5）供電影響時間。由于受供電線路春檢等影響，輪斗Ⅰ系統(tǒng)損失時間為151 h。

從以上影響因素可以看出，設(shè)備工藝影響時間多，主要原因是輪斗Ⅰ系統(tǒng)由于工藝要求，拆除了一條膠帶機，采掘工作面條件差，移設(shè)次數(shù)多。其次，由于輪斗系統(tǒng)設(shè)備運行時間長，設(shè)備部件老化嚴(yán)重，設(shè)備故障多，影響設(shè)備運行。另外，氣候影響也占很大的比例，原因是露天礦區(qū)雨水比往年偏多。一般情況下，輪斗系統(tǒng)每年平均工作小時應(yīng)在5200～5400 h。

五、輪斗系統(tǒng)開采工藝的經(jīng)濟性分析

黑岱溝露天礦上部黃土的剝離，一般采取3種方式，一是外委承包剝離；二是單斗-卡車工藝剝離；三是輪斗系統(tǒng)剝離。

2013年露天礦輪斗Ⅰ系統(tǒng)黃土剝離量按600萬立方米計算：輪斗Ⅰ系統(tǒng)運營費用10.27元/m3（不包括折舊），總運營費6162萬元人民幣；采用外委承包剝離，運營費用11元/m3，總運營費用6600萬元；采用自營單斗卡車工藝，運距3 km左右，運營費用15.35元/m3，總運營費用9210萬元?？梢?，輪斗連續(xù)開采工藝剝離黃土成本最低、經(jīng)濟性最好。

按照黑岱溝露天煤礦轉(zhuǎn)向過渡時期的規(guī)劃，黑岱溝露天煤礦內(nèi)排場空間嚴(yán)重不足，且無外排土場，必須對輪斗系統(tǒng)進行重新布置。綜合考慮二條區(qū)工程位置（黑岱溝露天煤礦共有3個采區(qū)）、設(shè)備狀態(tài)等因素的影響，需要對輪斗系統(tǒng)進行整體搬遷。使用輪斗系統(tǒng)雖然有優(yōu)點，但由于此次搬遷費用高，回收效益較慢，而且存在幾個具體問題。

（1）輪斗系統(tǒng)超前剝離3.5年，增加了近幾年的生產(chǎn)剝采比，從而增加了生產(chǎn)成本，5年后一條區(qū)內(nèi)排土場的覆土工作難以進行。

（2）輪斗系統(tǒng)端幫膠帶經(jīng)過的溝壑較深，填溝后難以保證其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

（3）輪斗系統(tǒng)（折舊已提完）設(shè)備均已老化，繼續(xù)使用每年將投入較大的維護費用；且還需購置新設(shè)備和配件。

（4）單斗系統(tǒng)內(nèi)排空間不足。在不考慮黑岱溝露天礦剝離量進入哈爾烏素內(nèi)排土場的情況下，內(nèi)排土場需增高至1300 m水平。但由于排土場空間較小，外委施工單位無法增高至1300 m水平排棄，2015年300萬立方米剝離量及2016年4106萬立方米的剝離量無空間排棄。

（5）露天礦一條區(qū)東端幫供電線路，需要重新進行布設(shè)，費用約為100萬元。

（6）此次輪斗系統(tǒng)搬遷后，只能維持5年，5年后輪斗系統(tǒng)還需進行大搬遷或停用。

綜上所述，雖然輪斗系統(tǒng)在剝離黃土在成本上有很大的優(yōu)勢，但是，考慮到以上因素的影響，黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)決定停止運行。

六、輪斗系統(tǒng)典型事故分析與預(yù)防措施

導(dǎo)致事故發(fā)生的因素有人的不安全行為，機的不安全狀態(tài)，環(huán)境的不良影響和管理的欠缺。在事故原因構(gòu)成中，人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)是造成事故的直接原因?qū)⒔?5%左右。當(dāng)人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)在一定時空發(fā)生交叉時，就是安全事故的觸發(fā)點。每次事故的發(fā)生不僅會給生產(chǎn)運行帶來影響，也會造成一定的經(jīng)濟損失。因此，在輪斗系統(tǒng)生產(chǎn)過程中，分析事故的產(chǎn)生的原因，采取有效措施，預(yù)防事故的發(fā)生，把事故隱患消滅在萌芽中，有效避免事故的發(fā)生。

1.膠帶撕裂事故

（1）主要原因。在物料采掘中，由于大塊物料如泥土、石塊等砸向正在運轉(zhuǎn)的膠帶，砸傷部位被清掃器刮住或卡住，造成膠帶撕裂。

輪斗系統(tǒng)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)件在膠帶運行中脫落，在物料轉(zhuǎn)載點處被卡住，造成膠帶撕裂。膠帶的托輥或滾筒等停止轉(zhuǎn)動或斷裂，受力卡住后，將膠帶撕裂。在設(shè)備維護檢修后，不慎將備件、工器具等遺留在膠帶上，導(dǎo)致卡住膠帶造成膠帶撕裂。

膠帶發(fā)生跑偏時未及時調(diào)整或膠帶防跑偏開關(guān)失靈，而發(fā)生膠帶撕裂。在膠帶運轉(zhuǎn)過程中，由于其他異物墜落在回程膠帶上，被卡在膠帶某個位置或膠帶與滾筒間，都會造成膠帶撕裂。

（2）預(yù)防措施。在輪斗挖掘機采掘物料時，操作人員要采用合理的切削方式，盡量減少大塊物料的產(chǎn)生。加強對設(shè)備的日常點檢和維護保養(yǎng)，檢查設(shè)備轉(zhuǎn)載點等重要部位，確保該部位的鋼結(jié)構(gòu)件(比如犁式清掃器等)未松動或損壞。

設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中，加強對膠帶的巡視檢查，發(fā)現(xiàn)托輥及滾筒等回轉(zhuǎn)部件不運轉(zhuǎn)或損壞，及時進行停機處理。檢修設(shè)備完畢后，要認真清理檢修現(xiàn)場，確保膠帶上無遺留工器具或備件等。

保證膠帶防跑偏開關(guān)等安全裝置的有效可靠，以便膠帶跑偏后自行保護停機，同時要隨時觀察膠帶運轉(zhuǎn)情況，若膠帶跑偏撒料嚴(yán)重，及時對膠帶進行調(diào)整。

按檢修工藝要求，經(jīng)常調(diào)整膠帶滾筒清掃器，保證良好的清掃效果，發(fā)現(xiàn)異物及時清理。要不定期地檢查膠帶的接頭，以防出現(xiàn)起皮、鼓包等異常情況，若發(fā)生要及時進行處理或者重新硫化膠帶接頭。

2.輪斗挖掘機（皮帶車A、排土機）履帶脫軌事故

（1）主要原因。地面指揮人員監(jiān)護不到位，操作人員與指揮人員配合不夠、呼喚應(yīng)答不準(zhǔn)確。一次扭車角度大，設(shè)備在短距離行走范圍內(nèi)頻繁扭車（履帶板斷原因）。地面指揮人員所處位置不合適。地面平整不及時或地面橫向坡度大。安全保護裝置失效。履帶張緊度未達到要求。

（2）預(yù)防措施。加強地面監(jiān)護，地面指揮與操作人員要默契配合。每次扭車角度＜5°，特殊情況應(yīng)選擇更小的角度。

指揮人員應(yīng)站立合適位置進行指揮，同時要清楚本班安全重點部位。保持地面平整；確保地面橫向坡度＜3%。加強對設(shè)備進行檢查，確保安全保護裝置齊全有效。按照技術(shù)要求張緊履帶裝置。

3.膠帶火災(zāi)事故

（1）主要原因。膠帶機膠帶跑偏開關(guān)、膠帶打滑監(jiān)測開關(guān)等失靈。滾筒、托輥等轉(zhuǎn)動部件的軸承損壞，造成筒體溫度升高而引燃膠帶。膠帶局部跑偏，摩擦膠帶機架引燃膠帶。外部明火，如檢修人員檢修時產(chǎn)生的焊渣或未滅的煙頭等引燃膠帶附近的易燃物。

（2）預(yù)防措施。加強日常檢查，保證設(shè)備的安全保護裝置齊全可靠。膠帶運行中，加強對膠帶的巡查，發(fā)現(xiàn)滾筒、托輥等轉(zhuǎn)動部件的軸承發(fā)熱，及時采取相應(yīng)措施處理。及時調(diào)整跑偏膠帶。檢修人員檢修完設(shè)備后，要及時清理檢修現(xiàn)場，嚴(yán)禁煙火。配備足夠的滅火器等消防器材，并經(jīng)常檢查確保其有效。

七、輪斗系統(tǒng)膠帶機的移設(shè)

隨著采掘工作面和排土場位置的不斷推進與改變，工作面膠帶機和排土場膠帶機需進行移設(shè)，以滿足采掘和排棄的要求。工作面膠帶機移設(shè)的天數(shù)一般為5 d，排土場膠帶機移設(shè)的天數(shù)一般為7 d。膠帶機移設(shè)情況的好壞，會直接影響膠帶機的運行，從而降低輪斗系統(tǒng)效率。

1.膠帶機移設(shè)前的工程技術(shù)要求

膠帶機移設(shè)前，要認真做好移設(shè)前工程準(zhǔn)備工作，膠帶移設(shè)前需完成膠帶機移設(shè)工作面的平整工作，工作面平整度要求沿采掘帶（或排土場帶）橫向坡度＜2.5%，縱向坡度＜4%，工程質(zhì)量的好壞，直接影響膠帶機移設(shè)的質(zhì)量。

2.膠帶機的移設(shè)操作與技術(shù)要求

移設(shè)期間設(shè)一名現(xiàn)場總指揮，負責(zé)現(xiàn)場設(shè)備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與調(diào)度。移設(shè)前應(yīng)作好切口，排空設(shè)備上的物料，將輪斗挖掘機、皮帶車A、電纜/漏斗車及排土機走到指定位置。松開膠帶張緊裝置、制動器，設(shè)備斷電，并做好電纜耦合器保護，揭開頭尾站錨固。平整移設(shè)工作面，平整程度以移設(shè)機能均勻移設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)。測量并表處膠帶機的最終位置，按膠帶機基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進行平整，基礎(chǔ)做好后側(cè)出膠帶機移設(shè)的最終位置。

根據(jù)膠帶機移設(shè)的最終位置，確定滑撬漏斗及皮帶車B的位置。工作面膠帶機移設(shè)步局在0.5～0.8 m。

電纜/漏斗車、卸料車行走曲率半徑≥120 m。由現(xiàn)場總指揮指定專人指揮移設(shè)機，并觀察鋼軌、魚尾板、中間架和電纜。移設(shè)到位后，按要求對膠帶機進行調(diào)直、調(diào)平，并進行試運行。

八、輪斗系統(tǒng)開采工藝的改造

隨著石油、輪胎價格的不斷上漲，露天礦開采成本也隨著增加，由于受生產(chǎn)技術(shù)要求和其他客觀因素的影響，輪斗Ⅰ系統(tǒng)于2013年12月停止運行，輪斗Ⅱ系統(tǒng)于2011年12月停止運行。為了盤活輪斗系統(tǒng)閑置設(shè)備，降低露天開采成本，可以將輪斗連續(xù)開采工藝改造為自移式破碎機半連續(xù)工藝。

自移式破碎機半連續(xù)工藝可以用于采煤及剝離巖石，實現(xiàn)了以電帶油，用膠帶輸送機代替卡車，可以節(jié)省為卡車道路維護的設(shè)備和人員，還減少了卡車尾氣的排放及揚塵，改善礦山環(huán)境，符合國家節(jié)能減排的方針政策。自移式破碎機半連續(xù)工藝綜合了間斷工藝的廣泛適應(yīng)性和連續(xù)工藝高效率等優(yōu)點，但此工藝對穿爆質(zhì)量要求較高，還需增加物料的破碎環(huán)節(jié)。