電鏟挖坑填石防陷操作原理及應(yīng)用

卜維平

（馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)公司）

1 陷鏟情況

4 m3電鏟在我國露天礦山生產(chǎn)建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，迄今已有半個多世紀的歷程，具有靈活性強、挖掘性能好、能適應(yīng)各種復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)點。但在新礦山的開拓、斜坡路施工以及擴幫作業(yè)中，經(jīng)常會遇到地質(zhì)松軟、滲水濕地或爛泥區(qū)段，在這種復(fù)雜困難的環(huán)境中作業(yè)，常常由于司機對作業(yè)環(huán)境重視不夠或操作不慎造成陷鏟。生產(chǎn)單位為了盡快處理好陷鏟，需要投入較大的人力、物力，并耽誤施工工期，給生產(chǎn)造成很大的損失。

如何有效地防止陷鏟，避免因陷鏟造成人力、物力以及停產(chǎn)的損失，這需要把防止陷鏟的措施做在陷鏟之前，防患于未然。通過多次對陷鏟的分析和觀察，主要原因一般都是在滲水的濕地作業(yè)時，地面對電鏟的支承力小于2.1 kg/cm2。長期以來，由于在防陷鏟方法上沒有一個規(guī)范，以至于司機在遇到易陷鏟作業(yè)環(huán)境時，無法高效率處理。各司機根據(jù)個人習(xí)慣采取傳統(tǒng)的雙拱形路基防陷、鏟斗壓實路基防陷以及石塊鋪墊壓實防陷等，防陷效果無法得到保證［1-5］。

基于這樣的狀況，必須要有一個規(guī)范性的防陷鏟方法，讓司機在易陷區(qū)域作業(yè)時能夠順利、有效地防止陷鏟。通過多年的實踐探討，確立了挖坑填石防陷法。

2 挖坑填石防陷法操作程序

挖坑填石防陷法首先需要調(diào)度汽車運輸大塊碎石卸在電鏟挖掘半徑以內(nèi)，然后操作電鏟完成下列4步程序。

（1）用鏟斗挖去兩側(cè)履帶前的濕泥后，繼續(xù)下挖一個深約1 m 的坑，寬度以鏟斗為準，堅硬一側(cè)可以減少挖坑深度。

（2）先后用鏟斗挑出2 個大塊（1.5 m 左右的方形大塊最佳）分別填在坑內(nèi)，與軌板中心線對齊、擺平、壓實。

（3）大塊上層鋪墊1 層細碎石（厚度為10～20 cm），偏軟的一側(cè)應(yīng)高出地面20～30 cm。

（4）最后在電鏟兩履帶中間挖溝槽，深度為20～30 cm，鏟斗放在溝槽內(nèi)開動行走，軌板主動輪壓在大塊中心位置后，就可以正常進行挖貨裝車作業(yè)。

全部程序簡單、操作方便，且處理后的工作面堅實可靠。挖坑填石防陷的4 個步驟可以總結(jié)為：挖坑、填石、鋪墊、行走。電鏟每次向前移動之前，必須完成以上4步驟操作。具體效果如圖1所示。

3 挖坑填石防陷法的原理

電鏟挖掘作業(yè)時要求地面支承能力需要達到電鏟靜態(tài)壓力的2 倍以上（WK-4A 型電鏟單位地面承受壓力為2.4 kg/cm2，WK-4 電鏟為2.11 kg/cm2）。當(dāng)電鏟開近滲水的濕地或爛泥區(qū)之后，用鏟斗對地面挖掘和擠壓，土壤受到擠壓后下沉一定的深度，幾乎沒有支承能力。當(dāng)挖去表層濕潤土壤后（厚度為1 m左右），地面支撐力明顯提高，到達具有支承力的基層。但是該層處于水位浸潤線以下，受到荷載后依然會轉(zhuǎn)化為易陷土質(zhì)，所以，這要求填充物要有抗?jié)B能力。巖石大塊不僅體積、硬度較大，且能夠克服滲水浸泡軟化作用，墊在履帶板下足以支承電鏟190 t的質(zhì)量和挖貨產(chǎn)生的作用力，提高了土壤對擠壓的阻力。地面支承電鏟移動和挖掘取決于土壤對擠壓的比阻力系數(shù)P0。

式中，P為電鏟的比壓力，kg/cm2；h為沉陷深度，cm。

對于WK-4 型電鏟，當(dāng)允許沉陷為10 cm 時，分別計算出電鏟移動和挖掘時的阻力系數(shù)分別是0.211 和0.422。土壤對擠壓的比阻力系數(shù)P0越大，地面對電鏟支承能力越強，沉陷越少。當(dāng)電鏟履帶的支承面被填充大塊后，地面允許沉陷深度極大降低，地面支承能力會遠遠超出電鏟挖掘時所需要的支承能力4.22 kg/cm2。因為大塊的硬度一般在10左右時，單位壓力也在10 kg/cm2左右，考慮大塊受壓時沉陷10～20 cm 于濕土中，此時仍可以滿足支承力的要求。由此可見，墊了大塊的支承面，完全可以滿足電鏟挖掘時所需要的支承能力。而在實際的濕地進行挖掘時，電鏟所挖掘的對象大概率也是松的含水濕土，挖掘阻力達不到電鏟自重，換算成質(zhì)量為40～50 t，所以，挖坑填石防陷法是堅實可靠的防陷方法。

4 挖坑填石防陷法應(yīng)用

挖坑填石防陷法主要適用于地質(zhì)環(huán)境為滲水濕地、爛泥、松軟土巖以及土壤P0≤0.2的區(qū)域，這樣的地質(zhì)環(huán)境一般在華東地區(qū)居多。南山礦業(yè)公司和尚橋采場和高村三期的開拓工作面就是這樣的地質(zhì)環(huán)境。

4.1 水平面作業(yè)防陷鏟

（1）準備工作。電鏟司機在電鏟進入作業(yè)區(qū)之前，必須隨生產(chǎn)管理部門一同前往察看地質(zhì)水情，了解作業(yè)路線，確定防陷鏟所用的石塊取料之處，檢查電源線路并整改行走線路的缺陷和隱患。

（2）開進、防陷工作。電鏟在準備工作做好之后，在專人指揮下由電鏟司機操作電鏟開進作業(yè)區(qū)，邊開邊對正前進方向。行走時主動輪在前、方軸在后，以便迅速后退。當(dāng)電鏟開進易陷作業(yè)區(qū)之后，第一步工作就是挖坑填石防陷操作。

（3）裝車作業(yè)。與不陷鏟環(huán)境裝車作業(yè)不同，易陷區(qū)域需要采用穩(wěn)、慢、少的操作方法。穩(wěn)是指操作提升、推壓和回轉(zhuǎn)的配合動作要穩(wěn)，過程中不碰撞、不抖閃、不搖晃；慢是指鏟斗挖貨速度、回轉(zhuǎn)速度要慢，降低電鏟負荷運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的下壓力；少是指裝車要少，因為汽車路基是用碎石鋪墊，不夠堅實。裝車第一斗要挖比較干的泥土卸在車箱后部，之后再挖稀泥卸在車箱前部以被干土擋住，不至于在汽車爬坡時灑落，造成后續(xù)汽車輪胎打滑，影響生產(chǎn)安全。

當(dāng)工作面經(jīng)過一段時間的裝車作業(yè)之后，物料被采空，電鏟需要向前移動。在移動之前，電鏟必須重復(fù)挖坑填石防陷操作程序，將路基墊好之后，才可以向前移動電鏟，這是防陷操作的要領(lǐng)，直到電鏟順利越過滲水濕地或爛泥區(qū)域，如圖2所示。

4.2 斜坡路作業(yè)防陷鏟

斜坡路作業(yè)或升降段作業(yè)，本身就是一件難度大、技術(shù)性強的復(fù)雜工作，在遇到滲水濕地或爛泥區(qū)域時難度更高，難點就在如何有效地防止陷鏟。

（1）準備工作。電鏟司機在實地察看時應(yīng)根據(jù)地形狀況合理選擇作業(yè)地點，盡量避開地質(zhì)松軟、滲水濕地等易陷鏟地段。但因受地理環(huán)境限制或汽車坡道位置的制約，難以避開易陷鏟地段時，就要充分準備以防止陷鏟發(fā)生。

（2）防陷鏟。司機將電鏟開進作業(yè)位置后，必須遵循：升段作業(yè)時主動輪在后、方軸在前，降段作業(yè)時主動輪在前、方軸在后。邊前進邊扭車對正，扭車一次不要超過30°，盡量做到不扭車且避免反向扭車。作業(yè)前最重要的工作就是要把挖坑填石防陷措施做到扎實可靠，要點如圖3所示。滲水濕地或爛泥區(qū)一般在新建礦山開拓作業(yè)中很常見，例如和尚橋礦區(qū)開拓作業(yè)，就處在一個環(huán)境復(fù)雜且多水的區(qū)域，電鏟經(jīng)常處在易陷鏟作業(yè)環(huán)境。因為是新礦區(qū)，電鏟司機對地質(zhì)環(huán)境不熟悉，所以司機應(yīng)首先察看地質(zhì)水情，掌握滲水的來源和水量，必要時用水泵抽干積水，避免在浸泡區(qū)作業(yè)。

升降段作業(yè)中，電鏟開進作業(yè)區(qū)之后，先用鏟斗挖去濕泥，若在1～2 m 深度下面是較硬的層面，那么就先采取降水平的作業(yè)方式，將濕泥裝車運走之后，再進行正常的升段作業(yè)。對低凹的地段進行回填干土巖，墊起一個升段坡度。對滲水難以引流區(qū)域，采取挖坑填石防陷法進行操作。升段作業(yè)中挖坑難度大于水平挖坑，可能達不到所需的1 m，但要盡量深挖，確保防陷效果。

5 結(jié) 語

電鏟的挖坑填石防陷法，通過在南山礦和尚橋采礦場和凹山排土場的使用得到了充分驗證。2019 年7 月1 日，422#電鏟處于一個早年廢棄的沙河溝渠中作業(yè)，由于田泥支承能力小、含水量大，發(fā)生了陷鏟，下座架腹部被泥土托住，順軸齒輪被泥土卡死，經(jīng)過人工對腹部持續(xù)數(shù)天掏挖才將電鏟解救出來。這次陷鏟的原因是司機不熟悉地質(zhì)環(huán)境，采取防陷措施不到位所至，之后通過在該工作點實施挖坑填石防陷法之后，再也沒有發(fā)生過陷鏟，生產(chǎn)得以順利進行。由此可以證明，挖坑填石防陷法能夠保障電鏟在易陷區(qū)作業(yè)的安全性，今后將會大力推廣。