黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)連續(xù)開采工藝

張海旺

（神華準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備，共有兩套輪斗系統(tǒng)。主要設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)。輔助設備包括2臺履帶搬運車及液壓泵站等，承擔黑岱溝露天煤礦上部黃土的剝離任務。

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‰。可見膠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）設備初期投資高，對采掘物料的硬度有嚴格要求。

（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。

由于準格爾地區(qū)冬季溫度低，受冬季氣候影響，輪斗系統(tǒng)設備工作運行時間為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）設備維護保養(yǎng)時間。設備維護保養(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）設備故障影響時間。輪斗Ⅰ系統(tǒng)設備故障平均影響時間為841 h。

（3）設備工藝影響時間。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，移設次數(shù)多。其次，由于輪斗系統(tǒng)設備運行時間長，設備部件老化嚴重，設備故障多，影響設備運行。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。可見，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，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)典型事故分析與預防措施

導致事故發(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。在設備維護檢修后，不慎將備件、工器具等遺留在膠帶上，導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。加強對設備的日常點檢和維護保養(yǎng)，檢查設備轉(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、呼喚應答不準確。一次扭車角度大，設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°，特殊情況應選擇更小的角度。

指揮人員應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）預防措施。加強日常檢查，保證設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，及時采取相應措施處理。及時調(diào)整跑偏膠帶。檢修人員檢修完設備后，要及時清理檢修現(xiàn)場，嚴禁煙火。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

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，以滿足采掘和排棄的要求。工作面膠帶機移設的天數(shù)一般為5 d，排土場膠帶機移設的天數(shù)一般為7 d。膠帶機移設情況的好壞，會直接影響膠帶機的運行，從而降低輪斗系統(tǒng)效率。

1.膠帶機移設前的工程技術(shù)要求

膠帶機移設前，要認真做好移設前工程準備工作，膠帶移設前需完成膠帶機移設工作面的平整工作，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的質(zhì)量。

2.膠帶機的移設操作與技術(shù)要求

移設期間設一名現(xiàn)場總指揮，負責現(xiàn)場設備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與調(diào)度。移設前應作好切口，排空設備上的物料，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，設備斷電，并做好電纜耦合器保護，揭開頭尾站錨固。平整移設工作面，平整程度以移設機能均勻移設為標準。測量并表處膠帶機的最終位置，按膠帶機基礎(chǔ)標準進行平整，基礎(chǔ)做好后側(cè)出膠帶機移設的最終位置。

根據(jù)膠帶機移設的最終位置，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機，并觀察鋼軌、魚尾板、中間架和電纜。移設到位后，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)。