王家棟

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

露天礦采運(yùn)設(shè)備選型

王家棟

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽110015）

結(jié)合露天礦的設(shè)計(jì)實(shí)際，說明露天礦采運(yùn)設(shè)備選型的重要意義，闡述采運(yùn)設(shè)備選型的主要依據(jù)和原則，可為露天礦設(shè)計(jì)工作中如何選擇采運(yùn)設(shè)備提供一定借鑒作用。

露天礦；采運(yùn)設(shè)備選型；意義；依據(jù)；原則

采運(yùn)設(shè)備選型是露天礦設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，是設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重大技術(shù)決策。隨著我國露天采礦業(yè)的不斷發(fā)展，用于露天礦的采運(yùn)設(shè)備種類越來越多，可選擇范圍越來越大，制造水平及使用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與國外同行業(yè)相比差距越來越小，完全具備了露天礦采運(yùn)設(shè)備優(yōu)化選型的條件和能力。

1 設(shè)備選型的意義

合理選擇采運(yùn)設(shè)備，可使采運(yùn)設(shè)備組合優(yōu)化，匹配合理，在確?？偵a(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，減少設(shè)備數(shù)量，降低設(shè)備投資。合理選擇采運(yùn)設(shè)備，可充分發(fā)揮設(shè)備生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。如果改擴(kuò)建露天礦，合理選擇已有設(shè)備的同類設(shè)備，便于零配件的采購和保管、設(shè)備管理和維修，減少維修設(shè)施投資和降低管理成本。同等條件下，優(yōu)先選擇國產(chǎn)設(shè)備，有利于設(shè)備國產(chǎn)化，促進(jìn)國內(nèi)設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展，同時(shí)便于零配件供應(yīng)和設(shè)備維護(hù)維修，降低設(shè)備投資和維修成本。合理選擇采運(yùn)設(shè)備，可滿足生產(chǎn)技術(shù)要求、改善生產(chǎn)條件和保證生產(chǎn)安全。

2 設(shè)備選型的依據(jù)

2.1 自然條件

地形地貌、地表水體、氣溫范圍、降水量和蒸發(fā)量、風(fēng)力、凍結(jié)期和凍結(jié)深度。

2.2 地質(zhì)條件

水文地質(zhì)、礦床賦存條件、巖層特征、礦巖硬度、表層厚度和巖性。

2.3 技術(shù)條件

露天礦規(guī)模、采掘場(chǎng)尺寸、運(yùn)輸條件、排土條件、服務(wù)年限、現(xiàn)有設(shè)備配置情況和維修能力。

2.4 制造條件

國內(nèi)采運(yùn)設(shè)備的制造技術(shù)和能力以及零配件供應(yīng)條件。

3 設(shè)備選型的原則

采運(yùn)設(shè)備即采裝設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備，選型主要遵循以下原則。

3.1 適應(yīng)性

適應(yīng)性就是要使所選擇的設(shè)備適合露天礦的自然條件、地質(zhì)條件和技術(shù)條件等。

采裝設(shè)備選型主要取決于露天礦規(guī)模、礦巖的賦存條件、礦巖性質(zhì)、氣候條件等因素。采裝設(shè)備主要有單斗挖掘機(jī)（包括機(jī)械單斗挖掘機(jī)、液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)和拉鏟）和多斗挖掘機(jī)（包括輪斗挖掘機(jī)和鏈斗挖掘機(jī)）。單斗挖掘機(jī)按斗容分為大、中和小型3種。機(jī)械單斗挖掘機(jī)適應(yīng)于各類露天礦，特大型和大型露天礦宜選擇斗容10 m3以上的大型挖掘機(jī)、中型露天礦宜選擇斗容4～10 m3中型挖掘機(jī)、小型露天礦宜選擇斗容小于4 m3的小型挖掘機(jī)。礦層厚度薄、層數(shù)多、需要選采的露天礦宜選擇液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)，氣溫特別寒冷作業(yè)條件不宜選擇液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)，供電條件差的露天礦宜選擇油驅(qū)動(dòng)液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)。

輪斗挖掘機(jī)按理論能力分為小、中、大和特大型4種，按線切割力分為低、中、高切割力3種，按鏟斗結(jié)構(gòu)分為有格式、無格式和半格式2種。輪斗挖掘機(jī)適合礦層賦存水平或近水平的露天礦，主要挖掘松軟的表土、不堅(jiān)硬的巖石和有用礦物。巖層中如含硬質(zhì)夾層，雖可爆破，但操作過程復(fù)雜。如巖石的抗壓強(qiáng)度在25～30 MPa以上或溫度低而使結(jié)凍的巖層切割阻力增大時(shí)不宜選擇輪斗。設(shè)備受氣溫影響較大，隨氣溫降低設(shè)備能力明顯下降，氣溫在-30℃時(shí)基本不能作業(yè)。采裝設(shè)備類別及適應(yīng)條件見表1。

表1 采裝設(shè)備類別及適應(yīng)條件

運(yùn)輸設(shè)備選型主要取決于運(yùn)量、運(yùn)距、采掘場(chǎng)尺寸和礦巖性質(zhì)等因素。

運(yùn)輸設(shè)備主要有鐵路運(yùn)輸設(shè)備、公路運(yùn)輸設(shè)備和帶式輸送機(jī)，鐵路運(yùn)輸設(shè)備分為電機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車和蒸汽機(jī)車，公路運(yùn)輸設(shè)備分為底卸卡車和后卸卡車，帶式輸送機(jī)分為移置式、半固定式和固定式。運(yùn)輸設(shè)備的類別和適應(yīng)條件見表2。

表2 運(yùn)輸設(shè)備類別及適應(yīng)條件

3.2 合理性

采裝設(shè)備選型的合理性，一是設(shè)備之間匹配要合理，二是設(shè)備選型要適合露天礦的技術(shù)條件，以合理地發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)效率和技術(shù)性能。

卡車的裝載重量與單斗挖掘機(jī)勺斗的裝載重量之比一般為3∶1～6∶1，不宜小于2∶1或大于8∶1。否則將降低挖掘機(jī)和卡車的生產(chǎn)效率。在選擇單斗挖掘機(jī)裝載卡車時(shí)，要保證較高的卡車載重利用系數(shù)，如果載重利用系數(shù)過低，卡車生產(chǎn)效率得不到充分發(fā)揮，一般卡車的載重利用系數(shù)不宜低于0.9。

對(duì)于大型露天礦，如選擇挖掘機(jī)的規(guī)格過小，會(huì)導(dǎo)致挖掘機(jī)數(shù)量過多，挖掘機(jī)工作線過短，不能滿足鐵路運(yùn)輸工作線長(zhǎng)度宜為1 000～1 200 m、卡車運(yùn)輸工作線長(zhǎng)度一般不小于300 m的要求。同時(shí)由于挖掘機(jī)挖掘高度偏小導(dǎo)致臺(tái)階數(shù)較多，從而減小工作幫坡角，加大基建量。反之，如果挖掘機(jī)的規(guī)格過大，挖掘機(jī)數(shù)量較少，在工作臺(tái)階調(diào)度頻繁，降低設(shè)備的生產(chǎn)效率。

拉斗鏟選型應(yīng)根據(jù)工作線推進(jìn)強(qiáng)度、設(shè)備作業(yè)安全距離、運(yùn)煤通道設(shè)置，以及工作線長(zhǎng)度等因素確定。拉斗鏟的年生產(chǎn)能力取決于臺(tái)階高度、工作線推進(jìn)強(qiáng)度和工作線長(zhǎng)度。臺(tái)階高度影響拉斗鏟的挖掘高度、卸載半徑、卸載高度等技術(shù)參數(shù)，臺(tái)階高度越高，則要求拉斗鏟的上述參數(shù)越大，反之越小。選擇拉斗鏟挖掘還應(yīng)考慮拉斗鏟與其它設(shè)備結(jié)合部開采時(shí)出現(xiàn)的不同步、干擾和等待等問題，在確定拉斗鏟開采參數(shù)力求合理的同時(shí)，還要兼顧滿足其它設(shè)備的技術(shù)要求。如開采工作面布設(shè)帶式輸送機(jī)，則推進(jìn)強(qiáng)度不宜太大，避免帶式輸送機(jī)移設(shè)頻繁而影響其生產(chǎn)效率。如工作面采用卡車運(yùn)輸，則工作線長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，避免卡車的運(yùn)距過長(zhǎng)而提高運(yùn)營(yíng)成本?？傊?，拉斗鏟作業(yè)需配合帶式輸送機(jī)運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)盡量加大工作線長(zhǎng)度，降低推進(jìn)強(qiáng)度，推進(jìn)強(qiáng)度一般不大于250 m/a。配合卡車運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)盡量降低工作線長(zhǎng)度，但不宜過短，一般不小于1 500 m。

選擇輪斗挖掘機(jī)應(yīng)考慮開采物料的物理力學(xué)性質(zhì)、含水率、切割阻力、硬巖或硬夾層的結(jié)構(gòu)及分布、低溫和物料凍結(jié)強(qiáng)度等。如遇到含水率較大、剝離層中含有厚度在0.5 m以上且單軸抗壓強(qiáng)度在10 MPa以上的夾層、最低溫度在-25℃以下時(shí)間超過1個(gè)月的情況要與其它挖掘設(shè)備進(jìn)行技術(shù)比較確定是否選擇輪斗挖掘機(jī)。輪斗挖掘機(jī)的線性參數(shù)應(yīng)滿足端幫開采的要求，采用垂直切片時(shí)最小選采厚度宜大于輪斗直徑的0.4倍，采用水平切片時(shí)選采厚度宜大于輪斗直徑的0.3倍。在寒冷地區(qū)當(dāng)物料結(jié)凍難挖時(shí)，輪斗挖掘機(jī)可采取季節(jié)性作業(yè)。

卡車選型的合理性除卡車裝載量與單斗挖掘機(jī)勺斗的裝載量之比要合理外，還應(yīng)考慮運(yùn)距的影響和車型選擇的合理性。在礦巖運(yùn)輸距離不超過3 km的情況下，選擇卡車運(yùn)輸是合理的。選擇的車型過小：①裝車時(shí)調(diào)配次數(shù)多，時(shí)間長(zhǎng)，降低挖掘機(jī)效率；②車流密度大，不利生產(chǎn)安全；③導(dǎo)致破碎站卸載臺(tái)位多，調(diào)車復(fù)雜，管理不便，影響卡車效率。反之車型過大，卡車等裝時(shí)間長(zhǎng)，亦會(huì)降低卡車效率。

帶式輸送機(jī)適合運(yùn)距在3 km以上的運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)的能力根據(jù)運(yùn)量、物料性質(zhì)和輸送機(jī)長(zhǎng)度確定，半連續(xù)工藝帶式輸送機(jī)的能力應(yīng)與破碎站等供料設(shè)備能力相適宜，連續(xù)工藝帶式輸送機(jī)的能力通?？砂摧喍吠诰驒C(jī)理論能力的1.0～1.2倍確定。帶式輸送機(jī)帶速在長(zhǎng)距離、大運(yùn)量時(shí)應(yīng)選擇較高的帶速，下運(yùn)或輸送磨損性大及容易起塵的物料時(shí)可降低帶速。帶式輸送機(jī)帶寬根據(jù)輸送能力、帶速和被輸送物料的粒度確定。輸送帶應(yīng)根據(jù)輸送機(jī)長(zhǎng)度、輸送能力、輸送帶張力、物料性質(zhì)、受料條件、工作環(huán)境等因素確定，長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)宜采用鋼絲繩芯輸送帶。工作環(huán)境溫度低于-25℃時(shí)，應(yīng)選擇耐寒輸送帶。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

3.3.1 采運(yùn)設(shè)備宜大型化

露天礦規(guī)模的大小決定選擇采運(yùn)設(shè)備規(guī)格的大小。國內(nèi)露天礦的規(guī)模日趨擴(kuò)大，采礦工藝和技術(shù)水平日漸提高，促進(jìn)了露天礦選擇采運(yùn)設(shè)備規(guī)格大型化。有關(guān)資料表明：國內(nèi)生產(chǎn)、建設(shè)的大型露天煤礦均選擇和使用了性能完善、技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)效率高的大型采運(yùn)設(shè)備，單斗挖掘機(jī)斗容均在10 m3以上，最大斗容高達(dá)60 m3，自卸卡車載重量均在100 t級(jí)以上，最大載重量高達(dá)300 t以上。實(shí)踐證明：大型設(shè)備的使用降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。因而特大型和大型露天礦宜選擇大型采運(yùn)設(shè)備。

3.3.2 減少設(shè)備投資，降低運(yùn)營(yíng)成本

減少設(shè)備投資，降低運(yùn)營(yíng)成本的途徑之一是使選擇的設(shè)備生產(chǎn)效率得到最大發(fā)揮。按照車鏟合理載重量比選擇挖掘機(jī)和卡車，選擇單斗挖掘機(jī)裝載卡車時(shí)要考慮提高卡車的載重利用系數(shù)，如因裝載的物料容重較小，使卡車的載重利用系數(shù)較低，應(yīng)結(jié)合具體情況在選擇之前與廠家聯(lián)系加大車廂容積。載重利用系數(shù)提高10%，則卡車數(shù)量可減少10%，從而減少設(shè)備投資。

選擇同類采運(yùn)設(shè)備盡量做到統(tǒng)一，以便互相替代，避免出現(xiàn)不合理的富余設(shè)備，加大設(shè)備的投資。

3.3.3 選擇費(fèi)用較低的設(shè)備

露天采礦是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為了選擇經(jīng)濟(jì)合理的采運(yùn)設(shè)備，對(duì)開采工藝和采運(yùn)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在選擇經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較優(yōu)越的開采工藝的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行采運(yùn)設(shè)備的組合優(yōu)化，求得采運(yùn)設(shè)備投資和運(yùn)營(yíng)成本最小化。

3.3.4 優(yōu)先選擇國產(chǎn)設(shè)備

目前我國采運(yùn)設(shè)備制造業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展，一些大型采運(yùn)設(shè)備已達(dá)到國際先進(jìn)水平。同類采運(yùn)設(shè)備國內(nèi)外價(jià)格相比，一般相差20%～30%，有的甚至高達(dá)50%，因此在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇價(jià)格較低的國產(chǎn)設(shè)備。

4 設(shè)備選型的實(shí)例分析

4.1 元寶山露天煤礦選擇輪斗挖掘機(jī)的分析

元寶山露天煤礦所處地區(qū)屬于大陸性氣候。年最高氣溫42.5℃，最低氣溫-31.4℃，氣溫在-20℃以下的天數(shù)年平均24 d，氣溫在-30℃以下的天數(shù)1 d～2 d，最大凍結(jié)深度2.01 m。元寶山露天煤礦上部剝離物為第四系，巖性松軟，其厚度14～85 m，一般55 m。露天煤礦工作線年推進(jìn)強(qiáng)度約110～185 m，工作線長(zhǎng)度2 000 m，適合輪斗開采的剝離量大約15.0 Mm3。

根據(jù)上述開采條件和國外有關(guān)輪斗挖掘機(jī)在挖掘第四系層各類物料時(shí)單位切割力為300～1 200 N/cm的資料。元寶山露天煤礦選擇SRs1602.25/3.0 1 000 kW+VR101.10/10型輪斗挖掘機(jī)2臺(tái)，主要技術(shù)參數(shù)為主機(jī)“C”型結(jié)構(gòu)，帶連接橋，變幅機(jī)構(gòu)為絞車提升，理論生產(chǎn)能力3 600 m3/h(松)，挖掘高度25 m，上、下分臺(tái)階高度10 m，挖掘深度3 m，單位切割力1 200 N/cm。設(shè)計(jì)確定年生產(chǎn)能力分別為6.10 Mm3和5.70 Mm3，主臺(tái)階高度24 m，上、下分臺(tái)階高度8 m，采寬30 m。多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，元寶山露天煤礦選擇輪斗挖掘機(jī)是成功的。

4.2 黑岱溝露天煤礦選擇拉斗鏟的分析

黑岱溝露天煤礦位于準(zhǔn)格爾煤田中部，主要開采6號(hào)煤層，平均厚度為28.8 m，傾角3°～5°。覆蓋層上部黃土平均厚度50 m，中部巖石平均厚度57 m。上部黃土采用連續(xù)開采工藝，中部巖石采用間斷開采工藝，下部煤層采用半連連開采工藝。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，黑岱溝露天礦進(jìn)行技術(shù)改造，其生產(chǎn)能力由原來的12.0 Mt/a擴(kuò)大至20.0 Mt/a，新增剝離量近40.0 Mm3/a。

綜合分析黑岱溝露天煤礦煤層賦存條件，新增工程量、開采巖石硬度中等、采掘場(chǎng)規(guī)格尺寸和適合內(nèi)排等因素。該礦具有使用拉斗鏟條件，據(jù)此在充分利用原有設(shè)備的前提下選擇8750-65型拉斗鏟以滿足擴(kuò)大生產(chǎn)能力的需要。拉斗鏟開采參數(shù)為采高45 m，采寬80 m，年生產(chǎn)能力26.0 Mm3。其技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 8750-65型拉斗鏟技術(shù)參數(shù)

黑岱溝露天煤礦拉斗鏟的選擇，雖投資較大，但大大地降低了生產(chǎn)成本，既滿足了擴(kuò)大生產(chǎn)能力的需要，又充分利用了原有設(shè)備，綜合經(jīng)濟(jì)效益較好，開創(chuàng)了我國露天煤礦使用大型拉斗鏟的先河。

4.3 茂名油頁巖露天礦采運(yùn)設(shè)備的選擇

茂名油頁巖露天礦位于廣東省茂名市以北3 km處的茂南平原東北部。地形平坦。氣候?qū)儆趤啛釒ШＱ笮詺夂?，年平均氣?2.01℃。本區(qū)雨量極為豐富，年平均降雨日數(shù)為139 d，年平均降雨量為1 558.3 mm，常有暴風(fēng)雨和雷雨。露天開采的主要?jiǎng)冸x物為黃牛嶺層，巖性松散，普氏硬度系數(shù)f為0.6～1.5?？箟簭?qiáng)度2～6 MPa，剝離層地基承載力300～400 kPa，小于卡車對(duì)地比壓。油頁巖礦層為一構(gòu)造簡(jiǎn)單的獨(dú)立層，厚度20～24 m，平均厚度22 m，傾角4°～6°，普氏硬度系數(shù)f為3，抗壓強(qiáng)度10～14.7 MPa，地基承載力為1 000～1 200 kPa。

根據(jù)礦區(qū)的氣象、礦巖的賦存條件、地基承載力、硬度和運(yùn)距等條件，結(jié)合采剝工程量、生產(chǎn)工藝等因素。剝離物松軟工作面不宜卡車行駛，選擇生產(chǎn)能力為5.50 Mm3/a.S800型輪斗挖掘機(jī)采裝，帶寬1 400 mm帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。油頁巖礦層單一，巖性較硬，運(yùn)距比較遠(yuǎn)，選擇生產(chǎn)能力1.50 Mm3/a斗容6.5 m3的CE(D)1250-7型電驅(qū)動(dòng)液壓挖掘機(jī)采裝。破碎站設(shè)置在采區(qū)中部，工作面至破碎站平均運(yùn)距僅500 m左右，因此工作面選擇載重45 t自卸卡車運(yùn)輸，破碎站至儲(chǔ)礦場(chǎng)運(yùn)距較遠(yuǎn)，選擇帶寬1 200 mm帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。茂名油頁巖露天礦采運(yùn)設(shè)備的選擇體現(xiàn)了生產(chǎn)條件不同選擇適應(yīng)性不同的采運(yùn)設(shè)備，使設(shè)備的總配置達(dá)到最優(yōu)的原則。

5 結(jié)語

綜上所述，露天礦采運(yùn)設(shè)備的選型是事關(guān)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，采運(yùn)設(shè)備合理選型，可以充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低投資和成本，提高露天礦的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)備選型時(shí)，認(rèn)真分析露天礦的氣候和地質(zhì)等自然條件，緊密結(jié)合露天礦規(guī)模、開采工藝，充分考慮采運(yùn)設(shè)備之間匹配合理性、適應(yīng)性和設(shè)備質(zhì)量性能可靠成熟程度，進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，使所選設(shè)備經(jīng)濟(jì)合理。

［1］GB50197—2015煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社.2015.

［2］冶金礦山設(shè)計(jì)參考資料編寫組.冶金礦山設(shè)計(jì)參考資料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1972.

［3］煤炭工業(yè)部露天煤礦設(shè)計(jì)研究院.露天開采［M］.煤炭部露天煤礦設(shè)計(jì)研究院.

［4］中國礦業(yè)學(xué)院.露天采礦手冊(cè)（第二冊(cè)）［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1986.

［5］車兆學(xué).輪斗挖掘機(jī)的采礦理論與應(yīng)用［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1993.

［6］元寶山露天煤礦擴(kuò)建工程初步設(shè)計(jì)［R］.沈陽：中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，2011.

［7］黑岱溝露天煤礦擴(kuò)能技術(shù)改造初步設(shè)計(jì)［R］.沈陽：中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院.

［8］廣東粵電油頁巖發(fā)電項(xiàng)目油頁巖露天礦初步設(shè)計(jì)［R］.沈陽：中煤國際工程集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院，2007．

【責(zé)任編輯：解連江】

Selection of mining and transportation equipment in open-pit mine

WANG Jiadong
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Design&Research Institute,Shenyang 110015,China)

According to the actual design of open-pit mine,the article illustrates the important significance of mining and transportation equipment selection,describes the main basis and principles of mining and transportation equipment selection,which provides certain reference function for how to choose mining and transportation equipment in open-pit mine design.

open-pit mine;mining and transportation equipment selection;significance;basis;principle

TD57

B

1671－9816（2017）02－0030－05

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.02.009

王家棟.露天礦采運(yùn)設(shè)備選型［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（2）：30-33.

2016-08-09

王家棟（1977—），男，遼寧大連人，學(xué)士，1999年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司從事礦山設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)工作。