孫健東，張瑞新，程 鵬，唐曉騫，王 韜，徐鐘馗，郭 培

(1.華北科技學(xué)院，河北 三河 065201；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083；3.神華準能科學(xué)技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010399；4.神華準能黑岱溝露天礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010399)

拉斗鏟倒堆工藝在國外露天煤礦中占有極其重要的地位，目前世界上采用拉斗鏟倒堆工藝的露天煤礦產(chǎn)量約占世界煤炭總產(chǎn)量的30%～60%[1，2]。受國民經(jīng)濟、裝備制造能力、采礦理念、管理水平等各方面因素的制約，我國拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用較晚，2007年神華集團準格爾能源公司黑岱溝露天煤礦首次應(yīng)用了拋擲“爆破—拉斗鏟倒堆”工藝，取得了一定的經(jīng)濟效益。

盡管相關(guān)高校及設(shè)計院針對國內(nèi)主要大型露天礦山優(yōu)化設(shè)計中都推薦使用拉斗鏟倒堆工藝，但由于拉斗鏟倒堆工藝設(shè)備投資過高、部分學(xué)者及一線人員對其應(yīng)用的合理性仍存在一定爭議等諸多原因，神準哈爾烏素露天礦、神延西灣露天礦、神華寶日希勒等諸多具備采用拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用條件的大型露天礦都未選擇該工藝方案。作為與神準黑岱溝露天礦同一集團下的特大型露天礦山，其工藝選用決策在一定程度上影響了國內(nèi)其他礦山引入拉斗鏟倒堆工藝的信心，進而造成目前拉斗鏟倒堆工藝在國內(nèi)難以推廣的境遇。

考慮到拉斗鏟倒堆工藝作為世界露天開采主流工藝、在國外普遍成功應(yīng)用的事實情況，必須探討國內(nèi)拉斗鏟倒堆工藝在優(yōu)化設(shè)計方法、生產(chǎn)組織管理、維護檢修水平等方面與國外存在的差距，作者通過整理近五年的研究工作及現(xiàn)場技術(shù)人員十余年的實踐經(jīng)驗，總結(jié)黑岱溝露天礦拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用時遇到的問題，探討可行的解決方法，明確未來重點研究方向，在確保礦山原煤產(chǎn)量的前提下提高拉斗鏟倒堆工藝系統(tǒng)效率，進而為拉斗鏟倒堆工藝的研究、應(yīng)用及推廣提供參考。

1 國內(nèi)拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用情況概述

拉斗鏟倒堆工藝要求煤層近水平或緩傾斜賦存，煤層結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)量不宜過多，煤田儲量豐富，有足夠面積安排工作線以發(fā)揮設(shè)備能力[3]，從工藝應(yīng)用的要求來看，我國相當(dāng)多的大型煤田具備采用拉斗鏟倒堆工藝的基本條件，諸多礦區(qū)開展過拉斗鏟倒堆開采工藝應(yīng)用的可行性研究，例如中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院針對勝利一號露天煤礦、魯能寶清朝陽露天煤礦、黑岱溝露天煤礦、哈爾烏素露天煤礦的設(shè)計研究，內(nèi)蒙古煤炭設(shè)計院針對寶日希勒露天礦改擴建設(shè)計研究[4]，另外，國內(nèi)學(xué)者還針對白音華二號露天礦[5，6]、安太堡露天礦[7]、武家塔露天煤礦[8]等礦山應(yīng)用拉斗鏟倒堆工藝的可行性進行了分析，上述研究成果均認為：相同開采規(guī)模條件下，拉斗鏟倒堆工藝的經(jīng)濟效益遠遠優(yōu)于其他開采工藝，我國神府東勝煤田、準格爾煤田、勝利煤田、寶日希勒煤田、伊敏煤田等，都有適用該工藝的可能性[9]。

2007年神華準能黑岱溝礦首次應(yīng)用了拉斗鏟倒堆工藝，該礦6號煤層頂板以上約35～55m厚的巖石經(jīng)拋擲爆破后，由BE 8750-65型拉斗鏟進行倒堆。黑岱溝露天礦應(yīng)用了以拋擲爆破、拉斗鏟倒堆為主的聯(lián)合開采工藝以后，成為目前我國已經(jīng)建成的規(guī)模最大、效率最高的現(xiàn)代化露天煤礦[10]。

黑岱溝露天礦采場劃分為倒堆作業(yè)區(qū)與采煤作業(yè)區(qū)兩個采區(qū)，拉斗鏟與原煤開采設(shè)備分別從中部向兩端推進，運煤通道設(shè)置于采場中部。當(dāng)采煤作業(yè)區(qū)進行原煤開采時，其上部高臺階提前進行穿孔作業(yè)，原煤開采完畢后即可進行拋擲爆破，工作線每推進一幅需要進行4次拋擲爆破，每區(qū)2次。當(dāng)兩個采區(qū)分別完成倒堆作業(yè)與原煤回采作業(yè)后，倒堆與采煤設(shè)備互換采區(qū)，拉斗鏟繞排土場及中部入溝通道進入另一采區(qū)。

黑岱溝露天礦于2017年上半年轉(zhuǎn)入二采區(qū)作業(yè)，原煤回采工作線長度增加至2300m，由于采場南端幫為哈爾烏素露臺礦排土場、哈爾烏素設(shè)備調(diào)入黑岱溝作業(yè)、拉斗鏟能力不足等諸多原因，南部500m左右長度的工作線采用“單斗—卡車”工藝作業(yè)；同時，為保證南北倒堆區(qū)開拓運輸系統(tǒng)接續(xù)的穩(wěn)定性，正對中間溝垂直段約150～200m的工作面區(qū)域由“單斗—卡車”替代拉斗鏟剝離作業(yè)，如圖1所示。

2 當(dāng)前主要存在的問題分析

拉斗鏟倒堆工藝在我國投入應(yīng)用的時間僅10余年，應(yīng)用案例也局限于黑岱溝露天礦一家，引進數(shù)量也僅一臺，因此在生產(chǎn)組織管理、設(shè)備維護檢修、工藝優(yōu)化設(shè)計等方面尚有較大的提升空間。根據(jù)黑岱溝露天煤礦的近10年的實踐經(jīng)驗顯示，當(dāng)前存在的問題具體如下：

2.1 倒堆系統(tǒng)作業(yè)效率低下、成本偏高

2003年我國黑岱溝露天礦設(shè)計規(guī)模為20Mt/a，受市場環(huán)境變化影響，實際原煤產(chǎn)量逐年增加，2007年改擴建后設(shè)計規(guī)模達到25Mt/a，2010年擴能至29Mt/a，2012年達到31Mt/a，2016年則達到了34Mt/a。根據(jù)澳大利亞實踐經(jīng)驗，拉斗鏟的型號及數(shù)量應(yīng)與原煤產(chǎn)量、賦存條件、工作線長度等參數(shù)相匹配[11]，然而黑岱溝露天礦在提高原煤生產(chǎn)目標時并未考慮到上述因素，導(dǎo)致拉斗鏟倒堆工藝的優(yōu)勢在剝離強度不斷增大的情況下逐漸降低，目前已經(jīng)成為黑岱溝露天礦綜合開采工藝的瓶頸環(huán)節(jié)[12]。根據(jù)2016—2017年生產(chǎn)成本統(tǒng)計數(shù)據(jù)估算，當(dāng)前倒堆系統(tǒng)作業(yè)單位直接成本(涵蓋材料費、水電費、維修、工資勞務(wù)及相關(guān)生產(chǎn)車輛費等，不考慮折舊)約為9.7 元/m3，如利用單斗-卡車完全替代拉斗鏟作業(yè)，單位成本約為12 元/m3，即同等條件下，黑岱溝露天礦倒堆系統(tǒng)作業(yè)成本約為單斗-卡車的80%左右，遠高于國外水平(美國、澳大利亞實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)為50%～60%，俄羅斯近年來實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)約為28%～40%[13-15])。

圖1 黑岱溝當(dāng)前采場示意圖

造成這一情況的主要原因為：黑岱溝露天礦所采用的綜合開采系統(tǒng)整體上呈串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所有工藝環(huán)節(jié)都應(yīng)至少達到原煤開采的平均推進速度，否則將無法完成預(yù)定原煤產(chǎn)量。而單臺拉斗鏟作業(yè)能力有限，為了保證拉斗鏟的推進速度，不得不降低其站立水平以減少爆堆下分層的截面積，進而導(dǎo)致倒堆系統(tǒng)作業(yè)效率的不斷降低、成本不斷增加，具體體現(xiàn)在：

1)為彌補拉斗鏟生產(chǎn)能力的不足，爆堆上分層由1臺WK-55、3臺930E卡車輔助剝離，物料主要用于拓展拉斗鏟站立臺階寬度，年作業(yè)量高達1300 萬m3左右，作業(yè)成本高達1.5 億元/a(作業(yè)成本超過12 元/m3)，而有效作業(yè)量僅為500～700 萬m3左右，剩余物料需要重新倒堆，見表1。

表1 近4年倒堆系統(tǒng)作業(yè)量分析

2)待挖掘物料的形態(tài)發(fā)生變化，拉斗鏟裝載效率降低；拉斗鏟推進速度加快，走鏟變得極為頻繁，以拉斗鏟周期推進50m計算，每周期設(shè)立挖掘機位5個，則一周期需要輔助設(shè)備配合5次[16]，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗總走鏟時間(司機指引時間+推土機平整工作面時間+前裝機移設(shè)電纜時間+拉斗鏟走行時間)至少需要2h以上。則工作線每推進一幅需要花費80h、全年至少花費360h用于工作面走鏟。對輔助設(shè)備配合水平的要求較高，嚴重縮短了拉斗鏟實際倒堆作業(yè)時間(詳見2.2節(jié))。

3)為減少倒堆系統(tǒng)所承擔(dān)的總作業(yè)量，不得不降低拋擲爆破臺階高度，從而導(dǎo)致有效拋擲率的降低。根據(jù)爆堆曲線的統(tǒng)計結(jié)果顯示，在44～55m范圍內(nèi)，拋擲爆破臺階高度每降低1m，有效拋擲率降低0.2%；在36～44m范圍內(nèi)，有效拋擲率以0.4%/m遞減。當(dāng)前黑岱溝露天礦拋擲爆破臺階平均高度約為40m，與50m相比有效拋擲率約降低了3%，即增加倒堆系統(tǒng)近100萬m3的作業(yè)量，額外付出剝離成本近1000 萬元。

4)隨著站立臺階高度的降低，拉斗鏟在單位推進距離內(nèi)作業(yè)量不斷減少，但為拉斗鏟在全工作線范圍內(nèi)構(gòu)筑平盤所需的輔助工程量卻不減反增，降低了倒堆系統(tǒng)整體的經(jīng)濟效益。例如2016—2017年拉斗鏟生產(chǎn)能力為1680 萬m3，其中超過500 萬m3作業(yè)量為二次倒堆量，僅此一項所花費成本高達5000 萬元。

綜上所述，當(dāng)前系統(tǒng)效率低下與成本偏高的根本原因在于：單臺拉斗鏟的生產(chǎn)能力無法滿足當(dāng)前全工作線倒堆作業(yè)的需求，整個倒堆系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)都在很大程度上犧牲了成本與效率以保證拉斗鏟推進速度。

2.2 拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴重偏低

根據(jù)Mining Intelligence & Benchmarking(以下簡稱MIB)針世界范圍內(nèi)大型拉斗鏟應(yīng)用情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示[17]，拉斗鏟單位額定載荷的生產(chǎn)能力的高級實踐水平約達10.6 萬m3/t(實方)，低級實踐水平約達6.6 萬m3/t(實方)。例如澳大利亞Goonyella露天煤礦應(yīng)用的Marion 8050型拉斗鏟(額定載荷150t)平均年能力約為1600 萬m3，BE 1370型拉斗鏟(額定載荷140t)平均年能力約為1500 萬m3 [18]，均達到了較高實踐水平。

因此理論上黑岱溝應(yīng)用的BE 8750-65型拉斗鏟(額定載荷267t)生產(chǎn)能力至少應(yīng)達到1760～2830 萬m3/a，然而根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，近年來拉斗鏟年生產(chǎn)能力不斷下降(如圖2所示)，根據(jù)推算，其單位額定載荷也從2008年的8.1萬m3/t已經(jīng)下降至當(dāng)前的6.29萬m3/t。2017拉斗鏟倒堆作業(yè)總量約為1680 萬m3，僅達MIB數(shù)據(jù)庫高級實踐水平的59.34%，低級實踐水平的95%：拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴重偏低的主要原因在于以下幾個方面：

圖2 拉斗鏟歷年剝離總量(含拓展臺階倒堆作業(yè)量)

2.2.1 拉斗鏟實動率偏低

拉斗鏟計劃生產(chǎn)時間主要由倒堆作業(yè)時間、計劃內(nèi)檢修時間、計劃外檢修時間三部分組成。實動率為倒堆作業(yè)時間占計劃生產(chǎn)時間的比重，反映了設(shè)備維護檢修水平及生產(chǎn)組織管理能力。國外應(yīng)用拉斗鏟水平較高的露天礦山中，拉斗鏟計劃生產(chǎn)時間一般超過8700h/a，倒堆作業(yè)時間普遍為7000～8000h，實動率保持在0.83～0.93之間[19]，拉斗鏟檢修時間的高級實踐水平約為1.8h/d(650h/a)，平均實踐水平約為3.6h/d(1314h/a)，詳見表2。然而根據(jù)黑岱溝露天礦統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014—2016年拉斗鏟年平均倒堆作業(yè)時間為5860h，約達MIB數(shù)據(jù)庫平均水平的75%，計劃內(nèi)檢修時間4h/d(1460h/a)，計劃外檢修時間2.7h/d(1004h/a)，拉斗鏟平均檢修時間達6.75h/d(2464h/a)，是MIB數(shù)據(jù)庫平均水平的1.7～3倍。

表2 各型號拉斗鏟作業(yè)時間組成統(tǒng)計

注：數(shù)據(jù)來源于MIB拉斗鏟運行數(shù)據(jù)庫，倒堆作業(yè)時間根據(jù)實動率及內(nèi)外障時間計算得出。

2.2.2 倒堆作業(yè)時間有效利用率及小時效率偏低

拉斗鏟倒堆作業(yè)時間主要由實際倒堆時間、程序延遲時間組成，其中程序延遲時間指等待推土機清理工作面、前裝機拖移電纜、工作面走鏟或跨區(qū)移設(shè)等工藝程序耗費時間。倒堆作業(yè)時間有效利用率指實際倒堆作業(yè)時間占總倒堆作業(yè)時間的比重，反映了現(xiàn)場生產(chǎn)組織管理能力，根據(jù)國外經(jīng)驗取值一般為0.8～0.9。而根據(jù)黑岱溝2014—2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，拉斗鏟實際倒堆作業(yè)時間約為4600h，程序延遲時間約為1400h，倒堆作業(yè)時間有效利用率僅為0.76。

按照拉斗鏟倒堆作業(yè)時間7000～7500h、有效利用率為0.85，對國外拉斗鏟作業(yè)效率進行估算，可得拉斗鏟單位額定載荷的小時效率應(yīng)在16m3/t附近，因此BE 8750-65型號拉斗鏟小時效率應(yīng)達到4300m3/h，而根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，黑岱溝拉斗鏟平均小時效率僅能達到3900m3/h(該數(shù)據(jù)未計入刷幫作業(yè))，約達MIB數(shù)據(jù)庫平均水平的90%。

綜上所述，黑岱溝應(yīng)用的拉斗鏟在倒堆作業(yè)時間、小時效率、倒堆作業(yè)時間有效利用率三個關(guān)鍵指標上均低于國外平均水平，最終導(dǎo)致其年生產(chǎn)能力嚴重偏低，主要原因一方面是設(shè)備維護檢修水平落后，另一方面是現(xiàn)行開采設(shè)計方案中，拉斗鏟頻繁走行，需要輔助設(shè)備持續(xù)配合工作，增加了生產(chǎn)組織管理的難度。

3 工藝優(yōu)化方向及重點研究問題分析

3.1 拉斗鏟倒堆綜合開采工藝設(shè)計案優(yōu)化

3.1.1 國內(nèi)外應(yīng)用條件對比分析

對比國外拉斗鏟應(yīng)用情況，采用拉斗鏟倒堆工藝的千萬噸級先進露天礦山普遍具有“多臺拉斗鏟、長工作線(單鏟工作線4km以上)、多個采區(qū)、多煤層回采面”等特點，例如澳大利亞古涅拉、美國北安特魯浦-羅切斯特、黑雷、羅喬露天礦等(詳見表3)。從大量國外實踐經(jīng)驗中可以總結(jié)得到：拉斗鏟作為移動緩慢、對作業(yè)條件苛刻的超大型機械設(shè)備，更適宜在固定位置長時間持續(xù)作業(yè)，因此應(yīng)盡可能為其創(chuàng)造合理的作業(yè)條件和運行狀態(tài)，確保設(shè)備始終處于“挖—轉(zhuǎn)—排—返”狀態(tài)中，從而最大程度上發(fā)揮拉斗鏟能力大、成本低的優(yōu)勢。國外的生產(chǎn)條件可充分保證礦山工程接續(xù)的穩(wěn)定性，拉斗鏟推進速度低，單位區(qū)域范圍內(nèi)作業(yè)量大，極其有利于拉斗鏟生產(chǎn)能力的發(fā)揮

表3 世界大型露天煤礦山應(yīng)用拉斗鏟情況[20]

注：總倒堆工作線長度、拉斗鏟數(shù)量等數(shù)據(jù)部分來源于google earth衛(wèi)星影像。

然而我國黑岱溝露天礦的特點是“高推進強度(約350～400m/a)、單臺拉斗鏟、單個采區(qū)、窄工作線(約2km)”，這種條件下實現(xiàn)30Mt以上年產(chǎn)量的案例在世界露天開采領(lǐng)域內(nèi)也是從未有過的。拉斗鏟必須保證極高的推進速度，無法在固定位置長時間持續(xù)作業(yè)，極其不利于拉斗鏟效率的發(fā)揮，甚至?xí)档偷V山整各綜合開采工藝系統(tǒng)的效率與穩(wěn)定性，因此不能照搬歐美常規(guī)設(shè)計思想對黑岱溝露天礦山進行優(yōu)化設(shè)計。

3.1.2 拉斗鏟短工作線作業(yè)方式研究

當(dāng)前國內(nèi)針對黑岱溝露天礦拉斗鏟倒堆工藝的優(yōu)化研究工作中，基本全部是在默認維持當(dāng)前拉斗鏟全工作線開采方案前提下，以工作面參數(shù)優(yōu)化為切入點提升拉斗鏟的效率[21，22]，未認識到問題的根源，因此優(yōu)化收益普遍不顯著。一般而言，從降低拉斗鏟端幫剝離作業(yè)量、拉斗鏟入溝開切口工程量、運煤通道工程量所占比例等因素考慮，倒堆工作線長度越長越好。但在黑岱溝當(dāng)前高推進強度條件下，單臺拉斗鏟生產(chǎn)能力已經(jīng)嚴重不足，為維持全工作線倒堆設(shè)計方案，倒堆系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的效率低下、成本偏高，拉斗鏟頻繁走行，效率偏低，最終導(dǎo)致拉斗鏟倒堆工藝在生產(chǎn)能力與作業(yè)成本上的優(yōu)勢大幅度降低。因此，必須對拉斗鏟短工作線分區(qū)倒堆作業(yè)方案的可行性進行探討，如圖3所示。

圖3 倒堆綜合開采工藝采場分區(qū)方案

3.1.3 拉斗鏟倒堆作業(yè)方式及倒堆程序優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)拉斗鏟的站立位置及工作面形態(tài)，可將拉斗鏟倒堆作業(yè)方式劃分為“站立于工作面、站立于連通排土場的工作面”兩大類，如圖4所示。當(dāng)前黑岱溝露天礦應(yīng)用的作業(yè)方式為拉斗鏟站立于工作面作業(yè)(圖4b)，該種作業(yè)方式的缺陷是受限于拉斗鏟站立位置，排土空間不足，當(dāng)拋爆曲線中段較低時，拓展平盤量及二次倒堆量較高。

拉斗鏟站立于連通排土場的工作面是北安特魯浦-羅切斯特、黑雷、羅喬等大型露天礦山的主要倒堆作業(yè)方式，該種作業(yè)方式排土空間充足，為提高拋擲臺階高度、提高有效拋擲率創(chuàng)造了必要的條件。根據(jù)澳大利亞實踐案例顯示，較好的拋擲爆破效果條件下幾乎不需要拓展拉斗鏟站立臺階[23]。同時，該種作業(yè)方式在排土場一側(cè)留下拉斗鏟走行通道(圖4c)，拉斗鏟不需要出溝通道即可實現(xiàn)采區(qū)調(diào)鏟，極大簡化了采場的設(shè)計，因此設(shè)計中應(yīng)重點考慮該種作業(yè)方式，以倒堆系統(tǒng)總成本最小為優(yōu)化目標，針對作業(yè)中心線及走行路線設(shè)計、挖掘-排棄位置、拋爆-倒堆工作面參數(shù)設(shè)計等問題開展研究。

圖4 拉斗鏟倒堆作業(yè)方式示意圖

拉斗鏟短工作線單區(qū)倒堆作業(yè)時，還需要針對拉斗鏟倒堆作業(yè)程序、與拋擲爆破、原煤回采等前后環(huán)節(jié)的接續(xù)方式等問題進行研究，以成本及系統(tǒng)可靠性為優(yōu)化目標，確定合理的拉斗鏟開采程序。

3.2 設(shè)計、施工管理與設(shè)備維護檢修的信息化

3.2.1 設(shè)計與施工管理的信息化

當(dāng)前國內(nèi)在拉斗鏟施工設(shè)計時，科研機構(gòu)研究手段主要停留在平剖面設(shè)計層次，以相對理想化的工程條件對工藝進行籠統(tǒng)設(shè)計；現(xiàn)場技術(shù)部門參考科研機構(gòu)優(yōu)化結(jié)果，以原煤產(chǎn)量為核心目標、以采幅為單位對階段工程量、工程時間進行估算；而實際施工過程中主要依靠工人結(jié)合具體工程條件，根據(jù)經(jīng)驗開展現(xiàn)場施工。設(shè)計、管理、施工三個層面并未實現(xiàn)緊密結(jié)合，尚未實現(xiàn)多環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合任務(wù)的超前規(guī)劃，因此一線管理者的組織協(xié)調(diào)任務(wù)較為艱巨。

相比之下，近三十年來國外在露天開采裝備智能化領(lǐng)域發(fā)展迅速，基于毫米波雷達、激光雷達的數(shù)字地形測繪與建模[24，25]等先進的信息化手段已經(jīng)應(yīng)用到拉斗鏟倒堆作業(yè)中，輔以成熟的工藝優(yōu)化設(shè)計軟件[26]，實現(xiàn)了拉斗鏟倒堆工藝設(shè)計與施工全過程的的精細化管控。以美國及澳大利亞露天礦山廣泛應(yīng)用的MineWare拉斗鏟輔助作業(yè)軟硬件系統(tǒng)為例[27]，系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：作業(yè)環(huán)境全天候?qū)崟r建模、基于實景的開采方案設(shè)計、作業(yè)工況條件與設(shè)計方案比對、挖掘-排棄位置自動優(yōu)化、三維可視化交互、歷史作業(yè)數(shù)據(jù)分析等等。生產(chǎn)過程中，設(shè)計人員首先根據(jù)采場實景開展施工方案的半自動化設(shè)計，然后系統(tǒng)將精確到機位的施工計劃直接推送至拉斗鏟及輔助設(shè)備的顯示屏，為操作人員提供可視化的作業(yè)智能引導(dǎo)，同時系統(tǒng)實時采集設(shè)備作業(yè)全過程參數(shù)并對設(shè)備操作情況給予評價，實現(xiàn)操作人員的績效考核。在設(shè)計與施工實現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)上，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)、激光傳感器、陀螺儀以及PLC控制等技術(shù)的拉斗鏟自動作業(yè)系統(tǒng)也在礦山投入了應(yīng)用[28-31]，使得拉斗鏟“挖—轉(zhuǎn)—排—返”每一個環(huán)節(jié)的機動動作的效率都得到了極大的提升，進一步提高了拉斗鏟的單機效率。

3.2.2 設(shè)備維護檢修的信息化

大型的設(shè)備維護檢修工作是現(xiàn)代化露天礦山生產(chǎn)中的關(guān)注的重要問題之一，當(dāng)前國內(nèi)露天礦山仍主要延續(xù)前蘇聯(lián)“計劃預(yù)修”的設(shè)備管理體制，即按預(yù)定的計劃周期而進行的一系列預(yù)防性修理，其最大的缺點是由于注重預(yù)防維修，往往出現(xiàn)設(shè)備劣化程度尚未達到該修理的程度，出現(xiàn)過剩維修現(xiàn)象[32]，占用設(shè)備作業(yè)時間。例如黑岱溝露天礦拉斗鏟計劃內(nèi)檢修時間高達1460h/a，是國外平均水平的5倍多，然而計劃外檢修時間(主要為故障時間)卻仍超過了1000h/a，是國外平均水平的1.5倍。該問題一方面反映了當(dāng)前檢修技術(shù)及效率偏低，另一方面也反映了對設(shè)備狀態(tài)掌控、故障預(yù)測能力不足。

當(dāng)前國外先進礦山已經(jīng)廣泛應(yīng)用以預(yù)知維修理論、決策理論以及可靠性理論為指導(dǎo)的現(xiàn)代化的設(shè)備維修方法，以拉斗鏟海量運行參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)參數(shù)實時監(jiān)控及仿真預(yù)測，動態(tài)合理安排維修計劃，強調(diào)維修的針對性、時效性與經(jīng)濟性。同時，以信息采集技術(shù)、設(shè)備運行及維修管理技術(shù)和智能化故障診斷技術(shù)為代表的設(shè)備綜合信息化維修技術(shù)已經(jīng)在國外拉斗鏟設(shè)備上實現(xiàn)了成熟的應(yīng)用。例如MineWare公司在澳大利亞布里斯班建立的綜合支持中心(Integrated Support Centre)，可全天候遠程監(jiān)測全球運行的60余臺拉斗鏟。當(dāng)前投入使用的第4代拉斗鏟監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)集成了結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測，所獲取的大量數(shù)據(jù)用于機械疲勞及可靠性分析，進而作為設(shè)備維檢計劃的重要依據(jù)。實踐表明，該套系統(tǒng)可提高拉斗鏟挖掘效率17%、縮短周期及擺動時間12%、縮短裝載時間5%，降低設(shè)備應(yīng)力9%，提高拉斗鏟生產(chǎn)能力12%以上。

綜上所述，國外拉斗鏟倒堆工藝所取得的顯著經(jīng)濟效益很大程度上得益于其先進的信息化管理水平。當(dāng)前國內(nèi)在拉斗鏟倒堆工藝設(shè)計、施工管理與設(shè)備維護檢修的信息化水平上與國外尚有極大的差距，因此上述內(nèi)容也是國內(nèi)拉斗鏟倒堆工藝乃至整個露天開采工藝的重點研究方向。

4 結(jié) 論

研究通過對比分析國內(nèi)外拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用情況，得到以下結(jié)論：

1)當(dāng)前國內(nèi)拉斗鏟倒堆工藝主要問題為：倒堆系統(tǒng)作業(yè)效率低下、成本遠高于國外水平；拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴重偏低，僅達國外高級實踐水平的59.34%，低級實踐水平的95%。其主要原因在于：倒堆開采工藝設(shè)計不合理、設(shè)備維護檢修及生產(chǎn)組織管理水平落后。

2)總結(jié)國外拉斗鏟應(yīng)用情況，采用拉斗鏟倒堆工藝的千萬噸級先進露天煤礦山普遍具有“多臺拉斗鏟、長工作線、多采區(qū)、多煤層回采面”等特點，“高推進強度、單臺拉斗鏟、單個采區(qū)、窄工作線”條件下實現(xiàn)30Mt以上的原煤年產(chǎn)量在世界露天開采領(lǐng)域內(nèi)也是從未有過的，因此國內(nèi)在拉斗鏟倒堆工藝優(yōu)化設(shè)計時不能直接照搬國外應(yīng)用實踐經(jīng)驗。

3)當(dāng)前黑岱溝露天礦拉斗鏟生產(chǎn)能力無法滿足全工作線倒堆作業(yè)的需求，必須針對“拋擲爆破—拉斗鏟倒堆”工藝與“松動爆破—單斗—卡車”工藝的分區(qū)開采方案的可行性進行研究，具體研究內(nèi)容包括分區(qū)開采方案設(shè)計、拉斗鏟倒堆作業(yè)方式及倒堆程序優(yōu)化設(shè)計。

4)國內(nèi)在拉斗鏟倒堆工藝設(shè)計、施工管理與設(shè)備維護檢修的信息化水平上與國外有著極大的差距，提高設(shè)計、開采過程的信息化程度將是未來拉斗鏟倒堆綜合開采工藝的重點研究方向。