成學(xué)東， 張永彬， 馮茂林， 商鐵軍， 苑 昆,

(1.安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司， 安徽 237400； 2.北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 北京 10083；3.北京安期生技術(shù)有限公司， 北京 10083)

規(guī)模化高效采礦地下無軌設(shè)備配套應(yīng)用研究

成學(xué)東1， 張永彬1， 馮茂林2， 商鐵軍3， 苑 昆2,3

(1.安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司， 安徽 237400； 2.北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 北京 10083；3.北京安期生技術(shù)有限公司， 北京 10083)

鏟裝、運(yùn)輸是地下礦山高效開采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文就鏟運(yùn)機(jī)與卡車的合理配套問題進(jìn)行研究，分析了多個(gè)型號(hào)鏟運(yùn)機(jī)的生產(chǎn)能力，以及運(yùn)礦卡車與鏟運(yùn)機(jī)配合使用時(shí)的生產(chǎn)能力。針對(duì)礦山的產(chǎn)能需求及使用工況，給出了相應(yīng)的配套方案。對(duì)采礦運(yùn)輸設(shè)備的選型具有一定的參考價(jià)值。

地下采礦； 地下鏟運(yùn)機(jī)； 地下運(yùn)礦卡車； 生產(chǎn)能力

0 前言

雖然我國(guó)和世界已探明的礦產(chǎn)資源比較豐富，但隨著人們長(zhǎng)期大規(guī)模的開采，大型露天礦已所剩無幾。露天礦山資源逐漸枯竭，露天采礦將逐漸向地下采礦發(fā)展已成必然趨勢(shì)，或者露天開采的深度很大使地表遭受大面積破壞時(shí)，也必須采用地下開采。[1]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)?；?、集約化程度將進(jìn)一步提高，未來我國(guó)主體礦產(chǎn)資源將以地下和深部規(guī)?；_采為主。

1 地下無軌采礦設(shè)備

在地下金屬礦山規(guī)?；_采中鏟裝、運(yùn)輸是地下礦山高效開采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)地下礦山鏟裝、運(yùn)輸裝備水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大，礦山生產(chǎn)效率非常低，傳統(tǒng)采礦工藝和裝備已無法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大生產(chǎn)能力及規(guī)模化高效開采。因而，采用大規(guī)模綜合強(qiáng)化開采新技術(shù)、新工藝、新裝備，大力推廣適合我國(guó)地下礦山采礦工藝的中、大型地下無軌采礦技術(shù)已勢(shì)在必行。[2-3]

地下鏟運(yùn)機(jī)和地下運(yùn)礦卡車是地下無軌采礦工藝的主體支撐設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)地下無軌開采的主要鏟裝和運(yùn)輸?shù)拇笮蜋C(jī)械設(shè)備，具有機(jī)動(dòng)、靈活、多能、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地用于條件適宜的各類地下礦山進(jìn)行高效強(qiáng)化開采。地下鏟運(yùn)機(jī)和地下運(yùn)礦卡車性能的優(yōu)劣和合理的配置將直接影響到采礦生產(chǎn)效率和礦山的經(jīng)濟(jì)效益。[4]

地下無軌采礦設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)始終圍繞著提高效率、降低成本這一核心，縱觀國(guó)內(nèi)外地下無軌采礦設(shè)備的發(fā)展，都是隨著礦山開采規(guī)模的擴(kuò)大而向著大型化發(fā)展。我國(guó)地下鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)過50余年的發(fā)展，斗容3立方，載重6噸以下的小型鏟運(yùn)機(jī)已基本替代國(guó)外產(chǎn)品，且在我國(guó)中、小型地下金屬礦山得到廣泛應(yīng)用，但斗容4立方以上的中、大型鏟運(yùn)機(jī)還多依賴進(jìn)口，由于進(jìn)口地下無軌采礦設(shè)備價(jià)格高昂，在很大程度上制約了我國(guó)地下采礦業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，這與我國(guó)日益增長(zhǎng)的礦產(chǎn)資源需求形成了矛盾。

2 鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備的合理配套及解決方案

影響采礦企業(yè)采礦效率的一個(gè)重要因素就是鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備的合理配套。配套使用鏟運(yùn)機(jī)的載重量、臺(tái)數(shù)和運(yùn)礦卡車載重量、臺(tái)數(shù)，要根據(jù)礦山當(dāng)前實(shí)際及發(fā)展需要的生產(chǎn)能力、達(dá)產(chǎn)要求進(jìn)行合理配置。鏟運(yùn)機(jī)鏟、裝、運(yùn)每斗所耗時(shí)間與裝卸點(diǎn)之間的距離成正比，與鏟運(yùn)機(jī)行駛速度成反比。通常，鏟運(yùn)機(jī)在井下工作時(shí)，其行駛速度不會(huì)發(fā)生很大的改變，甚至可視為一定數(shù)，鏟運(yùn)機(jī)出礦能力可以近似看作只與鏟運(yùn)機(jī)斗容(載重)和運(yùn)距有關(guān)。斗容越大，運(yùn)礦量越多；運(yùn)距越短，運(yùn)礦量越多。但若為了增加出礦量而采用小噸位鏟運(yùn)機(jī)配用大噸位運(yùn)礦卡車，或者采用大噸位鏟運(yùn)機(jī)配用小噸位運(yùn)礦卡車，會(huì)因?yàn)殓P裝量與運(yùn)輸量的不協(xié)調(diào)，降低設(shè)備運(yùn)行效率，不能真正實(shí)現(xiàn)高效開采。在文獻(xiàn)[5]中談到鏟運(yùn)機(jī)斗容與直接裝石碴礦車容積的匹配問題，顯示了合理配套的重要性。

2.1 不同型號(hào)鏟運(yùn)機(jī)生產(chǎn)能力分析

生產(chǎn)能力是指地下鏟運(yùn)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)裝載和運(yùn)輸?shù)V石量的能力。

即：

(1)

式中Q鏟—鏟運(yùn)機(jī)理論產(chǎn)能；M鏟—每循環(huán)裝礦噸數(shù)；t循—鏟運(yùn)機(jī)循環(huán)時(shí)間；t鏟運(yùn)—鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)輸時(shí)間；t鏟卸—鏟運(yùn)機(jī)卸礦時(shí)間；t鏟裝—鏟運(yùn)機(jī)鏟裝時(shí)間。

以北京安期生技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ACY- 2(斗容：2立方；載重4 t)、ACY- 3(斗容：3立方；載重6t)、ACY- 4(斗容：4立方；載重10 t)三種鏟運(yùn)機(jī)為例進(jìn)行生產(chǎn)能力分析如下，鏟運(yùn)機(jī)單程運(yùn)距150 m向卡車裝礦：

按每天3班、有效工作時(shí)間18 h，一年280天滿負(fù)荷生產(chǎn)計(jì)算，每年有效工作時(shí)間為5 000 h，可得出三種型號(hào)的鏟運(yùn)機(jī)單臺(tái)年出礦量，見表1。

表1 三種型號(hào)鏟運(yùn)機(jī)年生產(chǎn)能力

2.2 運(yùn)礦卡車與鏟運(yùn)機(jī)配套使用時(shí)生產(chǎn)能力分析

地下鏟運(yùn)機(jī)和地下運(yùn)礦卡車的選擇要根據(jù)礦巖運(yùn)輸量、巷道斷面尺寸、裝車設(shè)備、運(yùn)輸距離、卸載要求等條件來確定。同時(shí)還應(yīng)考慮能耗、備件供應(yīng)、維修能力、環(huán)境保護(hù)以及管理水平等因素。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選擇合理的車型。

一般要求在同一企業(yè)所選用的地下鏟運(yùn)機(jī)和地下運(yùn)礦卡車型號(hào)盡可能少，最好選擇同一型號(hào)的鏟運(yùn)機(jī)和卡車，便于操作、維修、備件供應(yīng)和調(diào)度管理。

地下運(yùn)礦卡車是在井下巷道內(nèi)運(yùn)輸?shù)V(巖)石，地下運(yùn)礦卡車的外形尺寸受到運(yùn)輸巷道的限制，其寬度和高度必須滿足巷道規(guī)格的要求；其外形尺寸與巷道支護(hù)之間的間隙不得小于0.6 m，人行道寬度不得小于1.2 m。

運(yùn)礦卡車每小時(shí)產(chǎn)能計(jì)算如公式(2)所示。

(2)

斜坡道出礦時(shí)為滿載上坡空載下坡；

時(shí)間系數(shù)取1.1。

(1)不同工況下，當(dāng)ACY- 4與AJK- 20聯(lián)合工作時(shí)每小時(shí)產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術(shù)有限公司ACY- 4與AJK- 20兩種設(shè)備技術(shù)參數(shù)分析如下：

表2 ACY- 4鏟運(yùn)機(jī)與AJK- 20運(yùn)礦卡車聯(lián)合工作

由公式(1)、公式(2)和表2參數(shù)可得圖1的分析結(jié)果。

圖1 ACY- 4與AJK- 20聯(lián)合使用時(shí)產(chǎn)能

(2)不同工況下，當(dāng)ACY- 3與AJK- 20聯(lián)合工作時(shí)每小時(shí)產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術(shù)有限公司ACY- 3與AJK- 20兩種設(shè)備技術(shù)參數(shù)分析如下：

表3 ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)與AJK- 20運(yùn)礦卡車聯(lián)合工作

由公式(1)、公式(2)和表3參數(shù)可得圖2的分析結(jié)果。

圖2 ACY- 3與AJK- 20 聯(lián)合使用時(shí)產(chǎn)能

(3)不同工況下，當(dāng)ACY- 3與AJK- 12聯(lián)合工作時(shí)每小時(shí)產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術(shù)有限公司ACY- 3與AJK- 12兩種設(shè)備技術(shù)參數(shù)分析如下：

表4 ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)與AJK- 12運(yùn)礦卡車聯(lián)合工作

由公式(1)、公式(2)和表4參數(shù)可得圖3的分析結(jié)果。

圖3 ACY- 3與AJK- 12聯(lián)合使用時(shí)產(chǎn)能

(4)不同工況下，當(dāng)ACY- 2與AJK- 12聯(lián)合工作時(shí)每小時(shí)產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術(shù)有限公司ACY- 2與AJK- 12兩種設(shè)備技術(shù)參數(shù)分析如下：

表5 ACY- 2鏟運(yùn)機(jī)與AJK- 12運(yùn)礦卡車聯(lián)合工作時(shí)參數(shù)表

由公式(1)、公式(2)和表5參數(shù)可得圖4的分析結(jié)果。

圖4 ACY- 2與AJK- 12聯(lián)合使用時(shí)產(chǎn)能

對(duì)比以上鏟運(yùn)機(jī)與運(yùn)礦卡車的四種匹配使用情況分析結(jié)果，在相同工況條件下，AJK- 20型運(yùn)礦卡車與ACY- 4型鏟運(yùn)機(jī)聯(lián)合使用時(shí)，其產(chǎn)能最大。

2.3 年產(chǎn)能達(dá)200萬t和300萬t地下礦山無軌采礦設(shè)備配套方案分析

由2.1和2.2的分析，當(dāng)16%斜坡道出礦；運(yùn)距2 km；按每天3班，有效工作時(shí)間每年5 000 h計(jì)

算；年產(chǎn)能200萬t、300萬t的地下礦山無軌采礦設(shè)備配套方案分析如下：

按上述工況下，由年產(chǎn)能轉(zhuǎn)為每小時(shí)產(chǎn)能得：

200萬t/a=400 t/h。

300萬t/a=600 t/h。

由表1及表6可知：

(1)年產(chǎn)能200萬t時(shí)

①ACY- 2鏟運(yùn)機(jī)配套AJK- 12運(yùn)礦卡車時(shí)：理論上需匹配11臺(tái)ACY- 2鏟運(yùn)機(jī)；需AJK- 12運(yùn)礦卡車34臺(tái)，顯然所配套卡車數(shù)量過多；此方案不合

表6 不同配套方案下卡車產(chǎn)能

適200萬噸以上地下礦山開采設(shè)備選型；

②ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)配套AJK- 20運(yùn)礦卡車時(shí)：理論上需匹配7臺(tái)ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)；需AJK- 20運(yùn)礦卡車13臺(tái)；比方案①減少運(yùn)礦卡車21臺(tái)、減少鏟運(yùn)機(jī)4臺(tái)；

③ACY- 4鏟運(yùn)機(jī)配套AJK- 20運(yùn)礦卡車時(shí)：理論上需匹配5臺(tái)ACY- 4鏟運(yùn)機(jī)；需AJK- 20運(yùn)礦卡車11臺(tái)；比方案①減少運(yùn)礦卡車23臺(tái)、減少鏟運(yùn)機(jī)6臺(tái)。

(2)年產(chǎn)能300萬t時(shí)

①ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)配套AJK- 20運(yùn)礦卡車時(shí)：理論上需匹配10臺(tái)ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)；需AJK- 20運(yùn)礦卡車19臺(tái)。

②ACY- 4鏟運(yùn)機(jī)配套AJK- 20運(yùn)礦卡車時(shí)：理論上需匹配8臺(tái)ACY- 4鏟運(yùn)機(jī)；或7臺(tái)ACY- 4鏟運(yùn)機(jī)，剩余產(chǎn)能可匹配1臺(tái)ACY- 3鏟運(yùn)機(jī)。需AJK- 20運(yùn)礦卡車17臺(tái)；比方案①減少運(yùn)礦卡車2臺(tái)、減少鏟運(yùn)機(jī)2臺(tái)。

3 結(jié)論

根據(jù)礦山的采礦工藝及出礦情況，采用ACY- 4型地下鏟運(yùn)機(jī)(斗容4立方，載重10噸)匹配AJK- 20型運(yùn)礦卡車(車廂容積10立方，載重20噸)將是國(guó)內(nèi)產(chǎn)能200萬噸及以上礦山企業(yè)進(jìn)行規(guī)?；咝ч_采的最佳更新?lián)Q代產(chǎn)品和配套方案。該方案可以減少鏟運(yùn)機(jī)和運(yùn)礦卡車應(yīng)用數(shù)量，不僅可為企業(yè)節(jié)約設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用，而且也可減少相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)和能源供給費(fèi)用。與國(guó)外同類、同級(jí)別產(chǎn)品相比，具有性價(jià)比高、售后服務(wù)完善等優(yōu)勢(shì)。配套方案對(duì)采礦運(yùn)輸設(shè)備的選用具有一定的參考價(jià)值。

[1] 古德生，李夕兵.有色金屬深井采礦研究現(xiàn)狀與科學(xué)前沿[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2003，S1：1-5.

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[4] 秦茂林，盛建龍，曹冬.地下礦鏟運(yùn)機(jī)選型優(yōu)化建模簡(jiǎn)述[J].有色金屬(礦山部分).2009，61(3)：63-65.

[5] 于光增，耿秀紅，逯永田.選擇合適斗容提高鏟運(yùn)機(jī)效率[J].礦山機(jī)械，2001，(9)：84-85.

西烏旗推進(jìn)興安銅鋅冶煉二期及昊融鎳冶煉項(xiàng)目竣工

2015年，西烏旗扎實(shí)推進(jìn)“煤—電—粉煤灰(建材)”和“煤—電—冶煉”兩個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，提高資源綜合開發(fā)利用和產(chǎn)品深加工水平，今年全力推進(jìn)80萬t高精鋁板帶項(xiàng)目一期40萬t及配套機(jī)組、吉林昊融自備電廠項(xiàng)目前期工作。完成內(nèi)蒙古興安銅鋅冶煉10萬噸鋅冶煉(二期)項(xiàng)目及機(jī)組、吉林昊融10萬t鎳冶煉(一期)項(xiàng)目竣工生產(chǎn)。探索分步式發(fā)電模式,完成浙江日兆一期2萬千瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目電站建設(shè)、中電(天津)新能源5萬千瓦光熱發(fā)電項(xiàng)目前期工作、華揚(yáng)一期4.95萬千瓦風(fēng)電和大唐華銀欣正二期4.95萬千瓦風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)，形成“項(xiàng)目促發(fā)展，發(fā)展促產(chǎn)業(yè)”的項(xiàng)目投入建設(shè)格局。

Combination Study on Underground Trackless Equipments for Efficient Mining

CHENG Xue-dong， ZHANG Yong-bin， FENG Mao-lin， SHANG Tie-jun， YUAN Kun

Load and transportation is a key link in the process of high efficiency mining of underground mines. The paper researches reasonable matching of the LHD and dump truck, analyzes the production capacity of variety models LHD and the production capacity of variety models dump truck when used with LHD. The corresponding matching scheme is given for mining capacity requirements and operating conditions. This work has a certain reference value for selection of mining equipments.

underground mining； LHD； dump truck； production capacity

2015-03-09

成學(xué)東(1975-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，機(jī)械工程師，大學(xué)本科，主要從事機(jī)械設(shè)備管理、備品備件計(jì)劃及采購(gòu)工作。

TD525

B

1003-8884(2015)03-0041-04