露天煤礦拉斗鏟倒堆工藝應用淺析

劉 洋

（神華準格爾能源有限責任公司物資供應中心，內蒙古烏蘭察布 012000）

0 引言

在很多歐美國家中，拉斗鏟倒堆工藝是露天煤礦的不二之選。據數據統計，目前采用此項工藝所產出的產能約占全球總產量的40%以上。受經濟、理念與技術等因素影響，拉斗鏟倒堆工藝很難在我國本土進行大規模應用，也導致拉斗鏟倒堆工藝在我國出現的時間較晚，直到2007 年一家企業才使用此項工藝。雖然近些年來國家和一些企業大力提倡使用拉斗鏟倒堆工藝，但是很多人仍對此項技術抱有懷疑，認為陌生的技術并不能為中國露天采礦行業帶來本質改變。由于上述種種原因，拉斗鏟倒堆工藝很難被廣泛推廣。

目前國際采礦行業使用拉斗鏟倒堆工藝已經刻不容緩，其效率和產能都遠超傳統工藝。本文匯集了現場技術人員近五年的研究和十余年的實踐經驗，探討可行的解決方案，闡明未來道路，總結拉斗鏟倒堆工藝在黑岱溝露天礦應用中出現的問題，為拉斗鏟倒堆工藝在我國的研究提供參考。

1 國內拉斗鏟倒堆工藝應用情況

拉斗鏟倒堆工藝要求煤層幾乎水平或略微傾斜，煤層結構簡單不宜太多，煤層儲量豐富，有足夠的面積可以充分地建立工作線。我國已經充分開展了拉斗鏟倒堆工藝應用要求的研究，結果顯示在同等采礦條件下，拉斗鏟倒堆工藝的經濟效益遠優于其他采礦法。

2007 年，神華準能黑岱溝礦首次采用拉斗鏟倒堆工藝，6#煤層頂板上方35～55 m 厚的巖石用拉斗鏟進行爆破和傾翻。黑岱溝露天礦是中國有史以來建成的效率最高、規模最大的現代化露天礦。黑岱溝露天礦分為兩個礦區，相應的拉斗鏟和一些原煤開采的設施設備主要由礦區的中心地帶向兩端進行推采，其中進行煤炭運輸的通道位于堆場中心。在采煤區開采原煤時，上部上段進行預鉆孔，原煤開采出來就可以進行相應的爆破工序。工作線每推進一次需要進行4 次拋爆，其中每一個區域進行2 次拋爆。當兩個礦區都完成對于煤炭的卸料工作和具體對于原煤進行提取的工作后，相應的倒堆和采煤設施設備進行礦區的交換施工，拉斗鏟繞過卸料點到達另一個礦區。

2 當前主要存在的問題

相比于國外，拉斗鏟倒堆工藝在我國發展的時間僅為十多年，遠比不上在國外的發展時間，而且拉斗鏟在我國目前階段很難被廣泛使用。截至目前，我國本土僅有一家企業使用拉斗鏟工藝，即黑岱溝露天煤礦。黑岱溝露天煤礦在發展過程中存在著許多問題，具體如下。

2.1 倒堆系統作業效率低下、成本偏高

據國外知名企業實踐總結，在使用拉斗鏟時一定要注意作業范圍、地理環境、設備運行、作業時間等因素，一旦使用拉斗鏟進行倒堆作業，有可能會因為微小原因而降低拉斗鏟的運行效率，從而延誤工期、降低產量、提升生產成本，這也是目前我國拉斗鏟倒堆工藝面臨的重要難題。根據統計數據顯示，黑岱溝露天礦拉斗鏟運行的成本是傳統模式下的4/5，遠高于國際水平。原因在于施工方案偏差，導致具體問題沒有得到解決，因此拉斗鏟運行效率過低。黑岱溝露天礦的地理結構是連續的而非曠闊的，因此拉斗鏟作業時要高速推進，否則很難完成既定任務。這也從側面拉低了拉斗鏟作業的效率，加大了其運行成本。單臺拉斗鏟的能力是有限的，為了保證拉斗鏟的前進速度，必須降低站立水平以減少爆破樁下層的橫截面，反過來導致倒堆作業效率不斷降低，成本大大增加。

2.2 拉斗鏟生產能力嚴重偏低

據統計，拉斗鏟的年生產能力近年來有所下降。根據計算，拉斗鏟倒堆工藝總量約為1680 萬立方米，僅為MIB 數據庫高實踐水平的59.34%。產量極低的主要原因有以下方面。

（1）拉斗鏟實動率偏低。在海外拉斗鏟應用較多的露天礦，實際動力率保持在0.83～0.93。但據黑岱溝露天礦統計，僅達到MIB 數據庫平均水平的75%，而拉斗鏟平均維修時間達到6.75 h/d（2464 h/a），即1.7～3 倍多于MIB 數據庫的平均水平。

（2）倒堆作業時間有效利用率及小時效率偏低。拉斗鏟在進行倒堆的作業過程中，其具體由相關的倒堆時間和整個系統程序的延時部分組成。而相應的拉斗鏟倒堆作業時間的有效控制，能夠極大提升現場開采的相關組織管理能力和開采效能。據黑岱溝統計，2014—2016 年，拉斗鏟倒堆過程實際工時約4600 h，程序延遲時間約1400 h，挖掘機有效利用率僅為0.76。

根據上述數據來看，黑岱溝露天煤礦在效率方面確實存在著很多問題，其3 項關鍵指標均未達到國外水平，也因此最終導致年產能嚴重偏低。

3 工藝優化方向及重點問題分析

3.1 拉斗鏟倒堆綜合開采工藝設計案優化

（1）國內外應用條件對比分析。與國外拉斗鏟的應用情況相比，采用拉斗鏟倒堆工藝的1000 萬噸露天礦，通常具有挖掘機多臺、作業線長（4 km 以上只有1 條挖掘作業線）、多個礦區和多個采礦作業等特點。從國外的很多實踐經驗中總結出，拉斗鏟是一種非常大、速度慢的機械設備，對作業條件要求很高，適合在固定位置連續作業，必須為其創造出合理的作業條件，才能最大限度發揮拉鏟能力大和低成本等優勢。而我國黑岱溝露天礦的特點是推進力大、采區單一、作業線窄，拉斗鏟必須保證很高的行駛速度，不能在固定位置長時間連續工作，這對挖掘機的效率乃至整個采礦過程系統的效率和穩定性都極為不利。所以不能抄襲國外思想，要針對目前情況進行調整。

（2）拉斗鏟短工作線作業方式研究。目前國內對黑岱溝露天礦拉斗鏟倒堆工藝優化的研究，本質上都是基于舊有思路，并沒有過多修改，沒有真正認識到問題的本質，優化收益不顯著。考慮到拉斗鏟作業次數減少、輸煤管道占比部分等因素，倒堆工作線長度越長越好。然而在黑岱溝目前的高推進條件下，單拉斗鏟的產能嚴重不足。為保持全倒堆理念，倒堆各環節效率低、成本高，且牽引頻繁、效率低下，最終導致拉斗鏟的效益大打折扣。因此，有必要討論分區倒堆的可行性。

（3）拉斗鏟倒堆作業方式及倒堆程序優化設計。根據其相應的工作位置和工作臺面的形狀，拉斗鏟的倒堆過程可分為“站在工作臺面上和站在與倒堆相連的工作面上”兩大類。黑岱溝露天礦目前的工作方式是拉斗鏟擱置在工作臺面上，這種作業的缺陷就是容易受到其直立工作位置的限制，導致整體工作空間不足，二次倒堆較高。在澳大利亞的實際案例中，由于爆破效果更好，幾乎不需要加長挖掘機的站立臺階。同時，這種開采方式在排土場的一側留有通道，拉斗鏟可以在不離開通信通道的情況下調整礦區，大大簡化了規劃。拉斗鏟在做短作業時，還需要對拉斗鏟作業時間、爆破、成本等問題進行具體分析，以達到最優化的系統成本控制和開采目的。

3.2 設計、施工管理與設備維護檢修的信息化

（1）設計與施工管理的信息化。我國對拉斗鏟的施工研究多還停留在相應的剖面施工水平，相應的工藝也較為籠統；仍依靠傳統手段對設備進行管理，既浪費了人力、財力、物力，又得不到實際成效，反而加長了工期，提高了成本。先進的信息方法，如毫米波雷達和基于激光雷達的地形數字測繪和建模，已被廣泛應用在倒堆作業上，再搭配成熟的工藝設計優化軟件，能夠很好地滿足拉斗鏟倒堆過程的精準化控制。

（2）設備維護檢修的信息化。近年來，大型設備的維護檢修一直是首要問題。拉斗鏟主要延續了前蘇聯的預防性維護策略，當設備使用到一定階段，即使內部或總體上沒有出現可查覺的損壞，或沒有達到檢修維護標準，但是為了預防未來會出現問題，仍對設備進行維護審查。這樣做一方面可以做到無差錯運行設備，后果便是維護成本高，并嚴重影響拉斗鏟使用效率。過度維護也導致成本直線上升，效率依舊。據數據顯示，我國在計劃內的維修時間比海外國家足足多出5 倍，在計劃內的審查時間也是較海外水平高得多，顯示出我國在設備維護等方面相比海外有明顯差距。其原因在于不能科學預測設備的檢修時間，追根溯源是在大型設備維護檢修的信息化程度上不如國外。在澳大利亞等海外國家已經形成成熟的維修論和檢修理論等信息化體系，這是我國在使用拉斗鏟技術時需要掌握的，也是企業在未來很長一段時間需要注重的問題。

4 結論

（1）近年來，我國拉斗鏟倒堆工藝對比國外明顯存在很多問題。具體聚焦于效率低下，拉斗鏟生產能力嚴重偏低，成本越來越高。拉斗鏟實動率偏低，倒堆時間利用率低下，原因為設計不當、技術不夠、監管不力等。

（2）在拉斗鏟倒堆工藝中，國外已經具備了高度的信息化水平。國內與海外相比有明顯差距，無論在設備管理和維護等方面，均需要較大的提升才能加快發展速度，以達到國際平均水平。這也是未來要著重研究的方面。

（3）國外使用拉斗鏟倒堆工藝時，具有與當地露天煤礦相符合的自然條件與地理環境，再加上長線使用拉斗鏟使效率提升到最大，成本控制在很小。國內使用拉斗鏟倒堆工藝時，不能盲目跟從國外的使用方法，否則只會加大成本、降低拉斗鏟的效率。

（4）黑岱溝露天礦的單一拉斗鏟目前已不能滿足需求，應對倒堆方案進行更改以提高效率。要正視與國外同行業的差距，努力提升技術，以實現拉斗鏟倒堆工藝在我國的蓬勃發展。