DWY系列全液壓輪斗挖掘機在煤礦的使用現狀及建議

李 英

DWY系列全液壓輪斗挖掘機在煤礦的使用現狀及建議

李 英

(中煤科工集團沈陽設計研究院，遼寧 沈陽 110015)

根據DWY系列全液壓輪斗挖掘機在哈密一礦一分區安全隱患治理工程采煤工程中的運用，結合開采煤層賦存條件及作業環境，對其適用性和生產使用情況進行分析，該輪斗挖掘機能夠滿足電廠用煤粒度要求，實現選采減少夾矸的混入，并對其生產經驗進行總結并提出建議，進一步提高煤炭開采效率，降低生產運營成本，在生產實踐中逐漸改善和提高設備各項功能和性能。

露天開采;采煤工程;全液壓輪斗挖掘機;生產經驗

0 引 言

哈密一礦采煤工藝既要滿足電廠用煤粒度小于300 mm的要求也要通過選采減少夾矸的混入，為了節省成本和防止煤層發火，煤層中嚴禁爆破作業，因此，限制了采煤工藝及其設備的選擇。目前國內已經研制出DWY1500、DWY2000和DWY3000型全液壓輪斗挖掘機，經多方調研，結合本工程的特點，采煤工藝選用了一臺DWY3000型輪斗挖掘機配50 t級礦用自卸卡車。該輪斗挖掘機切割力大，設備運行較穩定，由于采用柴油驅動，機動性也很好，操作人員可以根據煤和夾矸的分布情況進行選采，采后煤的粒度均小于300 mm。經過兩年生產運行，DWY3000型輪斗挖掘機均達到了設計要求，期間進行過兩次小的技術改造，使設備性能進一步得到了完善和提升，現在使用穩定可靠。由于DWY3000型輪斗挖掘機的使用使采煤成本得到了大幅降低，加之電廠對煤質的要求進一步提高，結合選采要求又選用了一臺DWY1500型輪斗挖掘機，粒度可控制在200 mm以下，各項性能技術指標又得到了提升，采煤成本進一步降低。本文對該2臺輪斗挖掘在哈密一礦中的應用情況進行了介紹，可為類似礦山機械設備應用提供參考。

1 輪斗挖掘機設備概況

DWY型全液壓輪斗挖掘機的主要構成部分包括斗輪、受料臂、L架、排料臂、走行裝置、液壓系統、潤滑系統、電器系統、走臺、欄桿和司機室及照明系統[1]。

DWY3000型全液壓輪斗式挖掘機主要挖掘物料為煤，整機質量約560 t，切割力115 kN，裝機功率524 kW。DWY3000型全液壓輪斗式挖掘機主要部件及技術參數如下：

（1）斗輪：斗輪裝置安裝于受料臂的前端，是輪斗挖掘機的主要工作機構之一。通過安裝于斗輪體上的18個料斗來挖取物料，斗輪直徑為7 m，鏟斗容量為0.4 m3，靠重力卸料，由溜槽把物料卸到受料皮帶機上，從而完成輪斗挖掘機的取料功能。斗輪裝置可隨同受料臂一塊俯仰和回轉，從而達到挖取儲料場上不同高度和不同位置的物料的目的，斗輪轉速為0～7.08 r/m，額定挖掘能力3000 m3/h(松方)[2]。

（2）受料臂：受料臂臂架是支承輪斗和受料皮帶機的重要部件。受料臂長度為16 m，最大回轉線速度為25 m/min，回轉角度為±360°。

（3）L架：L架鋼結構位于回轉支承裝置的上部，用以支承斗輪、受料臂、排料臂、司機室及機器室等。

（4）排料臂：排料臂臂架是支承排料皮帶機的重要部件。排料臂長度為30.2 m，最大回轉線速度為19.5 m/min，回轉角度為±360°，受料臂與排料臂相對夾角為±120°取料時，物料經斗輪挖取，通過卸料槽轉載到受料皮帶上，受料皮帶機將物料運送到中心漏斗，落入吊架緩沖裝置上的排料皮帶機上。受料皮帶機和排料皮帶機，皮帶寬度均為1.4 m，最大皮帶速度為4.3 m/s。

（5）走行裝置：走行裝置是輪斗挖掘機行走的重要部件，用來完成挖掘機調車時的高速運行和工作時的低速運行，走行速度為0～6 m/min，履帶跨距7.8 m，平均接地比壓0.08 MPa，工作時爬坡能力為1:20，轉移時爬坡能力為1:10。

（6）液壓系統：液壓系統是全車的主要動力源，通過沃爾沃發動機拖動分動箱帶動9個軸向柱塞泵及1組齒輪泵，為各個部件提供原動力，通過液壓油分別驅動7組馬達及2個油缸，完成設備的行走、回轉、俯仰、輪斗取料皮帶輸送的各項功能。

2 適用性分析

2.1 采掘高度

本采煤工程選用的輪斗挖掘機，最大上挖高度為11 m，實際作業中則需根據選采的需要劃分分層高度，每層3.5 m為最佳高度，但總的臺階高度不宜大于最大上挖高度[3]，如圖1所示。

圖1 輪斗挖掘機采掘示意圖

2.2 采掘帶寬度

輪斗挖掘機斗輪臂不可伸縮，當斗輪臂回轉時，切削厚度不斷變化，實踐中得出斗輪臂的左側回轉角度為30°，右側回轉角度為60°時，輪斗挖掘機的挖掘效率最高，此時的最佳采掘帶寬度為22 m，如圖2所示。特殊情況，如盡頭式工作面輪斗挖掘機需自行開切口時，因沒有臨空面需要斗輪臂左右各回轉90°，此時采掘帶寬度最大達到32 m[4]，如圖3所示。

2.3 爬坡能力

調移時，輪斗挖掘機的最大爬坡能力為1:10（10%），約5.7°。工作時，輪斗挖掘機的最大爬坡能力為1:20（5%），約2.8°。

2.4 選采性能及挖掘效率

采煤作業時，煤層中無夾矸采煤效率最高，小時能力最大（實方1350 m3/h，即1850 t/h）；當煤層中存在夾矸時會降低輪斗挖掘機的采煤效率，其臨界值分別為0.2，0.5 m。當矸石厚度小于0.2 m時混采對輪斗挖掘機的采煤效率影響不大，效率大約降低5%～10%，用輪斗無法選剔矸石；當矸石厚度在0.2～0.5 m時混采產量明顯降低，效率大約降低10%～30%，若用輪斗邊剔矸石邊采煤，效率大約降低50%，且對設備損害較大；當矸石厚度大于0.5 m時，無論是混采還是選采都將無法進行，必須用液壓反鏟為其剔除矸石[5]。

供水安全具有相對性，其安全與否歸根到底取決于需求的滿足程度。供水安全是一種社會存在，安全問題、安全現象、安全風險等本身具有客觀性，但供水安全并非是一種完全的自在之物，它又是人類社會心理的產物。供水是否安全，是相對于用水需求的滿足程度的，應以人類評價為依據，供水安全的標準也應是相對于人類需求而言的，供水安全存在標準同樣說明其不能離開主觀評價獨立存在。

圖2 輪斗挖掘機最佳采掘寬度示意圖

圖3 輪斗挖掘機最大采掘寬度示意圖

2.5 降 塵

輪斗挖掘機采煤作業面頂板浮灰較大，是產生灰塵的主要源頭，不采取降塵措施會極大的影響作業效率，有時甚至無法作業。輪斗挖掘機自身帶有灑水噴淋系統，但水量有限且冬季易凍；在實際生產中，始終保持噴淋系統開啟狀態，同時輪斗挖掘機作業前或交接班時利用停機狀態，用灑水車沿采煤作業面頂板往復灑水直至浮灰澆透凝固，可達到降塵抑塵效果。

2.6 環境溫度

輪斗挖掘機使用柴油為燃料作動力，采用液壓系統驅動，根據液壓油及柴油的物理性質，當環境溫度低于?30 ℃時需停止作業。

3 生產使用情況

3.1 開采煤層賦存條件

主要可采煤層為7#煤層（平均厚10.41 m）和10#煤層（平均厚6.23 m），目前輪斗挖掘機所采煤層為7#1煤、7#2煤、7#3煤、7#4煤，其煤層賦存條件見表1，煤巖互層情況見圖4。

3.2 采煤作業時間

結合現場作業環境及輪斗挖掘機工作狀況等多種因素綜合考慮，計劃每年春季、秋季對設備存在的問題和不足進行兩次比較大的檢修和改造。預計每次持續時間約為15 d。哈密地區常年風沙較多，當能見度低于50 m時輪斗挖掘機無法作業。根據現場實際情況每月平均有1 d時間因風沙暫停作業。正常作業情況下，工作制度為“三八制”，每班人員現場交接班時檢查設備運行情況，發現問題及時處理，同時清掃設備；采煤過程中工作面灑水降塵需要停機，遇到煤巖互層變化也需要停機上報處理[6]。所以每班輪斗挖掘機的有效作業時間平均為5 h。綜上統計，輪斗挖掘機年有效作業時間為270 d。

表1 7#煤煤層賦存條件

圖4 煤巖互層結構示意圖

3.3 生產能力統計

（1）在純煤層分層高度為3 m、一次采寬25 m的條件下，每次進尺深度0.5 m，產量可以達到1350 m3/h（實方），即1850 t/h。

（2）在含夾矸層（夾矸層厚度約為0.5 m）分層高度為2.5 m、一次采寬25 m的條件下，每次進尺深度0.26 m，產量可以達到601 m3/h（實方），即824 t/h。但由于煤層內的夾矸分布不規律，直接影響采掘產量。

4 經驗及建議

（2）采煤計劃安排合理，要使輪斗挖掘機盡量維持在一個相對較為平穩的生產作業狀態。保有充足的檢修、維護和保養時間，避免高強度連續作業，降低故障率以及減少對設備產生重創[7]。

（3）作業面高度不得小于1 m，不要用輪斗挖掘機剔矸，要盡量避免混采0.2 m以上的矸石，使其發揮最大效率；對大于0.5 m的矸石最好安排其他設備剔除，確保輪斗挖掘機不受到重創。

（4）合理安排剝爆計劃，使爆破區盡量與輪斗挖掘機作業區錯開，減少其調移的距離和次數。

（5）開采新工作面時，測量人員要提前打點放線，保證輪斗挖掘機采煤過程中能夠以一個最佳采掘帶寬度平行推進。

（6）若煤層中矸石賦存變化較大，采煤過程中不能保證全部沿矸石面或煤層底板進行開采，這會導致輪斗挖掘機采掘過后留有部分三角煤量。為了減少三角煤量，作業人員要做好交接班工作，對工作面情況要了如指掌，作業時巡查人員要“多走多看”，對煤巖互層情況及時觀察和預判。

（7）輪斗挖掘機采用“三八”作業制，每天三班，每班8 h，每班配備2人（司機、巡查維護）；交接班時停機1.5～2.0 h進行維護保養，每周停機24 h（1 d）進行周檢，每半年停機10～15 d進行維修。

（8）輪斗挖掘機采用的全液壓系統的穩定性直接影響整機的工作性能，對液壓系統的維護保養一定到位。

（9）大型或特大型露天煤礦選用輪斗挖掘機時，后續可考慮連接膠帶輸送機形成連續工藝系統，同時改燃油為電驅[8]。

5 結 論

DWY系列全液壓輪斗挖掘機主要用于采煤作業，該輪斗挖掘機切割力大，設備運行較穩定，高效節能環保，降低生產運營成本。哈密一礦煤層賦存條件變化較大，煤層薄且夾矸多，DWY型全液壓輪斗挖掘機成功應用于哈密一礦，克服了諸多難題，提高了采煤效率，保證了電煤的連續供應。給礦山帶來了較好的經濟效益。

[1] 李 博.DWY3000型全液壓輪斗挖掘機工藝及其適用性分析[J].露天采礦技術,2016(8):30-33.

[2] 車兆學.試析輪斗挖掘機斗輪參數的確定[M].徐州:中國礦業大學.

[3] 王忠鑫,王燁欣.全液壓輪斗挖掘機采煤方法[J].露天采礦技術, 2014(12):46-49.

[4] 王 振,李守君,孫懷臣.黑岱溝露天煤礦輪斗采掘帶寬度的優化[J].露天采礦技術,2003(4):7.

[5] 戴明志.輪斗挖掘機在露天薄煤層開采中的應用[J].內蒙古煤炭經濟,2017(6):133-135.

[6] 王書杰,才慶祥,李樹學.嚴寒地區露天煤礦輪斗挖掘機應用研究[J].采礦與安全工程學報,2006,23(1):88-90.

[7] 李海亮,祁 浩.提高輪斗挖掘機生產能力的途經[J].露天采礦技術, 2006(2):27-28.

[8] 趙環帥.輪斗挖掘機在我國的發展狀況及應用前景[J].采礦技術,2013,13(3):96-98.

(2018-10-22)

李 英(1986—),男,遼寧沈陽人,工程師,本科,主要從事露天礦設計和現場管理工作,Email: luckliyiy@ 163.com。