采礦設(shè)備的現(xiàn)狀分析與發(fā)展研究

張文瑞

摘要：文章介紹了露天采礦設(shè)備中的裝載設(shè)備以及運(yùn)輸設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展，介紹本廠中應(yīng)用的裝載設(shè)備以及運(yùn)輸設(shè)備。在分析露天采礦設(shè)備現(xiàn)狀的同時(shí)，指明露天采礦設(shè)備的發(fā)展方向，為企業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：露天采礦設(shè)備;現(xiàn)狀;發(fā)展

引言

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及對(duì)各種能源的需求量不斷增加，煤炭資源一直以來(lái)都是我國(guó)的主要能源形式，是目前我國(guó)電能生產(chǎn)的主要燃料。我國(guó)露天煤礦占據(jù)全國(guó)煤炭生產(chǎn)重量約1/10，開展露天煤礦建設(shè)的同時(shí)，也在不斷應(yīng)用現(xiàn)代化的大型露天采礦設(shè)備來(lái)提高生產(chǎn)能力，在應(yīng)用各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，也推動(dòng)露天采礦設(shè)備向電子化和自動(dòng)化方向發(fā)展。本文分析露天采礦生產(chǎn)中所應(yīng)用的裝載、運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展，并展望未來(lái)露天采礦設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。

裝載設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展

露天采礦設(shè)備中的裝載設(shè)備主要有機(jī)械挖掘機(jī)以及液壓挖掘機(jī)等類型。挖掘機(jī)的發(fā)展主要由手動(dòng)方式向蒸汽驅(qū)動(dòng)以及內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)等方式逐漸發(fā)展和演變。目前最為常用的是鋼絲繩和齒輪推壓方式的電動(dòng)挖掘機(jī)，這也是露天礦山中采剝工程所需要的機(jī)械設(shè)備;比較常用的是單斗挖掘機(jī)，以及目前比較先進(jìn)的多斗挖掘機(jī)。針對(duì)液壓挖掘機(jī)來(lái)說(shuō)，功能更加多樣化，這大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和工程質(zhì)量。在技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步的同時(shí)，鏟斗容量也在持續(xù)增加，而且在相關(guān)技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，也降低了故障概率。此種挖掘機(jī)也在露天采礦中開始廣泛采用。

以其中的WK–35挖掘機(jī)為例，首臺(tái)WK–35挖掘機(jī)于2007年9月在神華準(zhǔn)能黒岱溝露天煤礦投入生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)間超過(guò)60000小時(shí)。其主要特點(diǎn)為自主開發(fā)研制產(chǎn)品，具有自主品牌和自有知識(shí)產(chǎn)權(quán);整機(jī)功能配置齊全，性能參數(shù)選擇合理，總體布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，性能完善可靠;推壓方式為單梁起重臂、雙梁斗桿、齒輪齒條式推壓;主要結(jié)構(gòu)件選材合理，結(jié)構(gòu)先進(jìn);傳動(dòng)系統(tǒng)布置合理，傳動(dòng)件全部采用硬齒面齒輪傳動(dòng);回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)采用行星齒輪傳動(dòng);電氣及其控制系統(tǒng)采用成熟的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和數(shù)字控制技術(shù);主要外購(gòu)配套件選用進(jìn)口名牌產(chǎn)品;具有鏟斗容量大、工作范圍大、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、主要結(jié)構(gòu)件和易損件壽命長(zhǎng)、易于維護(hù)保養(yǎng)、故障率低等特點(diǎn)。整機(jī)技術(shù)水平達(dá)到當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的空白。WK–35型挖掘機(jī)可與載重量為172～263噸的礦用自卸汽車配套使用;可適用于年產(chǎn)量在1500萬(wàn)噸級(jí)及以上規(guī)模的大型露天礦山。

運(yùn)輸設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展

露天采礦中的運(yùn)輸設(shè)備主要經(jīng)歷了以下發(fā)展并有幾種類型：首先是電動(dòng)輪自卸汽車，最早應(yīng)用于上世紀(jì)60年代，表現(xiàn)出較好的靈活性、較高的使用效率和經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)。在自卸卡車等大型設(shè)備應(yīng)用的同時(shí)，也降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率;其次是機(jī)械傳動(dòng)式自卸汽車，在機(jī)械傳動(dòng)式運(yùn)輸設(shè)備的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出良好的優(yōu)越性和發(fā)展速度，載重量也在不斷增加;再次是自卸卡車–破碎站–帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)，此運(yùn)輸設(shè)備在目前的露天采場(chǎng)破碎系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用;最后是自移式破碎機(jī)，此設(shè)備是在露天采場(chǎng)中集中控制和調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)程中逐漸應(yīng)用的，提高了露天礦山開采效率和礦山產(chǎn)量，對(duì)于露天礦以及整套工藝的應(yīng)用具有促進(jìn)作用。此外，還有架線輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，其應(yīng)用較大的汽車牽引力，表現(xiàn)出較強(qiáng)的爬坡能力以及較快的車輛運(yùn)行速度。此外，油耗也比較低，在開展露天采礦設(shè)備的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

以北重的NTE240級(jí)礦用自卸車為例，其載重為220～236t，主要特點(diǎn)有以下幾方面：第一是良好的機(jī)性和行走平順性，這是由于具有最佳方向控制和幾何參數(shù)、獨(dú)特的氣液懸掛;第二是較高的使用儲(chǔ)備，由于組件采用當(dāng)代先進(jìn)的加力技術(shù)，大架和車廂采用高強(qiáng)度材料制成;第三是由于采用舒適的駕駛室、全液壓方向控制、高效液力減速裝置、帶護(hù)板的車廂等，表現(xiàn)出良好的司機(jī)舒適性和安全性。總結(jié)其性能特點(diǎn)為：技術(shù)保養(yǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度底;零部件高度統(tǒng)一使用儲(chǔ)備高;最佳的裝備和零配件價(jià)格;全過(guò)程服務(wù)保障和技術(shù)跟蹤;耗材使用范圍廣;根據(jù)用戶的意愿對(duì)產(chǎn)品的性能結(jié)構(gòu)更新改造;維修簡(jiǎn)單。

今后露采設(shè)備主要發(fā)展方向

首先是司機(jī)室內(nèi)的工作環(huán)境會(huì)更加舒適，工作環(huán)境的改善方向是通過(guò)坑下的灑水降塵等措施來(lái)減少粉塵問題，并且不斷引入先進(jìn)的工程機(jī)械設(shè)備，在避免粉塵和揚(yáng)塵等危害人員身體健康的同時(shí)，還要確保駕駛環(huán)境的舒適性。露天采礦設(shè)備在設(shè)計(jì)階段就開始注重人性化問題，全面、合理的考慮到設(shè)備使用的安全性和舒適性，不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到“以人為本”。同時(shí)，提高采礦設(shè)備的安全性也可以減少安全事故的發(fā)生，保障施工人員的生命安全。

其次是為了提高露天采礦效率和經(jīng)濟(jì)效益，需要推動(dòng)露天采礦機(jī)械設(shè)備向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展，不斷提升自卸車載重的能力。智能化的發(fā)展方向，就是司機(jī)行為監(jiān)控系統(tǒng)、卡車防撞預(yù)警、安全帶未系報(bào)警、防疲勞系統(tǒng)、車載稱重系統(tǒng)、胎溫胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、車輛燃油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、卡車盲區(qū)監(jiān)控及倒車影像系統(tǒng)等）、無(wú)人駕駛（如CAT? MineStar? （礦山之星）系統(tǒng)等）發(fā)展和應(yīng)用。針對(duì)電鏟來(lái)說(shuō)，不僅是驅(qū)動(dòng)方式上的改進(jìn)，而且在加載各類檢測(cè)系統(tǒng)（智能斗齒識(shí)別系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、稱重管理系統(tǒng)、電量及潤(rùn)滑油消耗管理系統(tǒng)、設(shè)備健康管理系統(tǒng)）的同時(shí)，也在向智能化和信息化方向發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)的各類大型露天采礦設(shè)備不斷增多，也在逐漸靠近甚至超越國(guó)際先進(jìn)水平。設(shè)備的大型化實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且大型設(shè)備相對(duì)配置的人員較少，降低了管理風(fēng)險(xiǎn)。同樣生產(chǎn)能力的設(shè)備，單臺(tái)套能力越大，經(jīng)濟(jì)效益越好。

同時(shí)，無(wú)人駕駛技術(shù)也在不斷的成熟完善，無(wú)人駕駛是指通過(guò)在設(shè)備上安裝多種傳感器、GPS導(dǎo)航、控制器和通訊組件等來(lái)取代原來(lái)坐在駕駛室內(nèi)的司機(jī)，并在導(dǎo)航衛(wèi)星的支持下通過(guò)地面控制中心、通信基站等控制使設(shè)備能按特定路線行駛、裝載和卸載，自動(dòng)地完成作業(yè)。拿卡特彼勒的卡特MineStar（礦山之星）來(lái)說(shuō)，當(dāng)前卡特的自動(dòng)化系統(tǒng)Cat? Command包括定位、環(huán)境（路況）檢測(cè)、機(jī)器控制、無(wú)線通信和位置控制，其原理是基于精確的GPS，在比較固定的路線行駛，GPS接收器連續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)卡車的位置和方向，激光測(cè)距儀將掃描卡車前面的路面來(lái)確定是否有障礙，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理告訴操作機(jī)器人如何執(zhí)行，同時(shí)該系統(tǒng)還包含有一個(gè)FleetCommander（車隊(duì)管理）套件，這是個(gè)綜合性的地表采礦監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)設(shè)備的實(shí)時(shí)交互，可以使礦山經(jīng)營(yíng)者提高設(shè)備利用率、管理操作者、跟蹤物料移動(dòng)和監(jiān)測(cè)生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)率10–15%。對(duì)應(yīng)的國(guó)內(nèi)也在不斷完善V2X技術(shù)，V2X即車與車（V2V）、車與行人（V2P）、車與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車與網(wǎng)絡(luò)（V2N）等之間互相感知的一個(gè)通信系統(tǒng)，用以構(gòu)建“人車路云”高度協(xié)同的互連環(huán)境，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同控制、車車協(xié)同編隊(duì)、遠(yuǎn)程操作等高級(jí)/完全自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)，最終支撐實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)駕駛。

通過(guò)無(wú)人駕駛技術(shù)可以減少司機(jī)費(fèi)用開銷、減少燃油費(fèi)用、減少受不良天氣條件的影響、精準(zhǔn)的操作使得輪胎壽命提高40%，從而有效提升工作效率降低勞動(dòng)力成本、增加生產(chǎn)率，同時(shí)在安全方面，無(wú)人運(yùn)輸系統(tǒng)比傳統(tǒng)方式安全得多，障礙物偵測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)行走路線上有其它車輛或人，就會(huì)馬上減速或停車，系統(tǒng)可避免與在礦山內(nèi)工件的其它卡車、平地機(jī)、推土機(jī)、服務(wù)車和別的設(shè)備相撞，消除了行駛誤差，不會(huì)因駕駛員疲勞及誤操作而引發(fā)的事故，安全性增強(qiáng)。

最后是通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)露天采礦的最佳規(guī)劃設(shè)計(jì)，重點(diǎn)從露天采礦作業(yè)中的裝載、運(yùn)輸設(shè)備等方面來(lái)應(yīng)用高新技術(shù)，適應(yīng)不同露天礦具體生產(chǎn)條件，達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。在露天采礦技術(shù)設(shè)備中，我們需要使用爆破設(shè)備和器材來(lái)提高采礦質(zhì)量和速度，通過(guò)處理小的空間和領(lǐng)域來(lái)擴(kuò)大開采范圍，遇到突發(fā)情況時(shí)，我們要把損失減到最小化。爆破設(shè)備和器材實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的配套作業(yè)和普遍運(yùn)用，有利于我們?cè)诓删蚬ぷ髦懈玫牧私馄淝闆r和發(fā)展方向，提高安全性和可靠性。設(shè)備的技術(shù)性使用是采礦技術(shù)的前提，隨著智能化采礦技術(shù)的突破和興起，在不久的將來(lái)，無(wú)人駕駛在這樣大型的工作環(huán)境中，已不再是夢(mèng)想，將是未來(lái)發(fā)展的新趨勢(shì)。

結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)的露天采礦需求不斷增加，我國(guó)在不斷引入國(guó)外先進(jìn)采礦設(shè)備的同時(shí)，加大露天采礦設(shè)備的自主研發(fā)和應(yīng)用。針對(duì)目前露天采礦設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀，主要發(fā)展方向是應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。不僅僅是充分應(yīng)用露天分期開采陡幫擴(kuò)幫技術(shù)、半連續(xù)、連續(xù)開采技術(shù)，而且在此技術(shù)的基礎(chǔ)上推動(dòng)露天采礦設(shè)備的應(yīng)用向智能化、大型化方向發(fā)展。也就是說(shuō)，在應(yīng)用高科技電子控制系統(tǒng)的同時(shí)，降低設(shè)備的造價(jià)以及運(yùn)行成本，提高設(shè)備的靈活性和生產(chǎn)效率，促進(jìn)露天采礦設(shè)備向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

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