架線式礦用卡車在曼家寨露天礦區(qū)的應(yīng)用

馬開川 邱 宇

（1.云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

機(jī)械傳動(dòng)礦用卡車由于作業(yè)機(jī)動(dòng)性好、周轉(zhuǎn)速度快、爬坡能力強(qiáng)，成為露天礦山的主要運(yùn)輸工具，但隨著露天礦山采剝標(biāo)高下降、排土場(chǎng)標(biāo)高的上升、廢土運(yùn)距和高差增加，其運(yùn)行速度下降，制約生產(chǎn)效率，因此改變固有機(jī)械傳動(dòng)方式，采用電傳動(dòng)方式運(yùn)輸是露天礦山降本增效的重要手段［1-5］。云南處于產(chǎn)電大省，用電成本低，供電系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)需要，架線式自卸車生產(chǎn)于20 世紀(jì)70 年代初起步，目前部分企業(yè)已掌握其技術(shù)，如湘電集團(tuán)有限公司、徐工集團(tuán)擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主成套生產(chǎn)能力，技術(shù)已達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，部分產(chǎn)品已出口。山西朔州安太堡露天礦進(jìn)行了電動(dòng)輪卡車架線輔助系統(tǒng)技術(shù)研究，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。結(jié)合曼家寨露天礦山現(xiàn)狀，通過選擇部分路段開展架線式試驗(yàn)，對(duì)架線式礦用卡車運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行充分分析論證，為后期車間運(yùn)輸改革創(chuàng)新提供依據(jù)和決策。

1 曼家寨礦區(qū)及運(yùn)輸組織現(xiàn)狀

銅街-曼家寨礦區(qū)礦體走向南北，礦區(qū)長(zhǎng)約4 000 m，礦區(qū)面積約2 km2，采場(chǎng)屬以山坡為主的露天采場(chǎng)，境界范圍內(nèi)臺(tái)階標(biāo)高860～1 410 m，地面地形的特點(diǎn)是北高南低，坡度12°～37°，采用陡幫+緩幫作業(yè)相結(jié)合的采剝工藝。

礦區(qū)年剝離量1 500～1 700 萬(wàn)m3/a，現(xiàn)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)為公路開拓汽車運(yùn)輸和公路汽車-破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)聯(lián)合開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。礦石通過45～55 t礦用自卸汽車分別運(yùn)至露天采場(chǎng)西側(cè)現(xiàn)有的粗碎站和西南側(cè)的選廠，廢石通過100～150 t 礦用自卸汽車運(yùn)至東排土場(chǎng)和南加排土場(chǎng)，膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)輸量500 萬(wàn)m3/a。東部排土場(chǎng)位于曼家寨采場(chǎng)東部，標(biāo)高在830～950 m，距采場(chǎng)邊緣約910 m；南加排土場(chǎng)場(chǎng)地自然標(biāo)高592～660 m，與露天采場(chǎng)最近直線距離約2.58 km。

礦區(qū)生產(chǎn)主要采用高土低排形式開展，其運(yùn)輸成本見表1。

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現(xiàn)生產(chǎn)中存在的主要問題：

（1）燃油成本高。隨著柴油價(jià)格上漲，礦用卡車動(dòng)力單耗上升，生產(chǎn)成本增加，2016—2020 年原油價(jià)格由45 美元/桶上漲至70 美元/桶，2022 年突破92.6美元/桶，油價(jià)持續(xù)上漲，使得采剝作業(yè)成本中燃油成本占運(yùn)輸成本比重上升10%（表2）。

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（2）生產(chǎn)效率低。礦區(qū)礦用卡車發(fā)動(dòng)機(jī)為康明斯型發(fā)動(dòng)機(jī)，需從國(guó)外采購(gòu)，采購(gòu)周期長(zhǎng)達(dá)6～9月；發(fā)動(dòng)機(jī)隨著使用年限增加，部分故障需報(bào)外修，來(lái)回維修時(shí)間近3～6月，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

2 架線式礦用車在礦區(qū)的應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 架線式電動(dòng)輪工作原理

電動(dòng)輪汽車工作原理是汽車的每個(gè)車輪為1 個(gè)電動(dòng)機(jī)，輪軸為電動(dòng)機(jī)定子，車輪為轉(zhuǎn)子，電力由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提供［1］。設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括2 個(gè)通過齒輪集成到后輪內(nèi)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、1 臺(tái)發(fā)電機(jī)和1 臺(tái)動(dòng)力強(qiáng)勁的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。電能直接從變電站通過架空接觸網(wǎng)傳輸來(lái)驅(qū)動(dòng)卡車的輪馬達(dá)，直接利用網(wǎng)路電能，其動(dòng)力強(qiáng)勁，可以大幅度提高汽車工作效率及降低運(yùn)行成本［2］，從而減少了能源消耗。架線式礦用卡車采用雙動(dòng)力模式，架線式輔助供電啟動(dòng)力矩大。

2.2 試驗(yàn)路段選擇及參數(shù)確定

依據(jù)架線式礦用卡車運(yùn)行特點(diǎn)（圖1），結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，遵循平路、下坡路段通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力做功，上坡路段采用架線式供電運(yùn)輸原則，以采場(chǎng)底部標(biāo)高910 m 為設(shè)備運(yùn)行起點(diǎn)，優(yōu)化礦區(qū)具備架線式電車運(yùn)行路線。現(xiàn)礦區(qū)排土點(diǎn)及礦石供應(yīng)點(diǎn)分別需運(yùn)至東部排土場(chǎng)、新田進(jìn)料口、1065 旋回破碎口、大坪進(jìn)料口、金竹山車間進(jìn)料口，從而選定采場(chǎng)至1065旋回破碎路段及970 m 大坪運(yùn)礦路段運(yùn)輸路線，如圖2所示。

本次試驗(yàn)采用120～150 t 架線式電動(dòng)輪汽車，雙車道道路面有效路面寬度20 m，道路橫坡小于5%，道路縱坡大于10%；路面采用細(xì)粒級(jí)大理巖進(jìn)行3 層鋪墊壓實(shí)，安全擋墻寬度4 m，路肩寬度2 m，排水溝寬度1 m；道路旁側(cè)布置柱子，柱子間距15 m。

2.3 架線系統(tǒng)及試驗(yàn)線路布置

架空線路運(yùn)輸系統(tǒng)包括鐵塔、智能真空斷路器、絕緣線、牽引變電站、支柱、支持拉線、水平拉桿、接觸懸掛、接觸線、受電弓、純電驅(qū)動(dòng)剛性礦用自卸車、變壓器、充電樁、充電槍組成。架線通過鐵塔與牽引變電站連接變壓器及充電樁，牽引變電站一側(cè)設(shè)置有支柱，支柱頂端設(shè)置有支持拉線及支持裝置，接觸線通過接觸懸掛安裝在支持裝置上，牽引變電站與接觸線連接，接觸線下方的純電驅(qū)動(dòng)剛性礦用自卸車駕駛室頂端設(shè)置有受電弓。供電系統(tǒng)由車間西幫10 kV線路提供。

依據(jù)架線式電動(dòng)輪汽車在上坡路段采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，下坡路段采用機(jī)械輪驅(qū)動(dòng)，雙動(dòng)力運(yùn)行模式，根據(jù)架線式電動(dòng)輪汽車的特點(diǎn)，結(jié)合礦區(qū)采場(chǎng)至各卸載點(diǎn)工況，對(duì)試驗(yàn)路段布置電動(dòng)輪汽車架線系統(tǒng)。

（1）試驗(yàn)路段1：南部路堤（958 m）—大坪堆場(chǎng)路段（986 m），長(zhǎng)275 m，坡度10%。路段主要負(fù)責(zé)大坪選廠礦石運(yùn)輸，年運(yùn)輸量約32萬(wàn)m3。

（2）試驗(yàn)路段2：東幫1020 平臺(tái)—1065 旋回破站路段，長(zhǎng)527 m，坡度10%。路段主要負(fù)責(zé)采場(chǎng)礦石與廢石由采場(chǎng)運(yùn)往1065旋回坡及金竹山廢石資源供應(yīng)，年運(yùn)輸量約320萬(wàn)m3。

3 應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 投 資

電動(dòng)輪汽車架線路段長(zhǎng)802 m，主要投資包括線路設(shè)備、材料及施工費(fèi)720萬(wàn)元，具體見表3。車間現(xiàn)擁有電動(dòng)輪汽車8 臺(tái)，受電系統(tǒng)改造100 萬(wàn)元/臺(tái)（車受電系統(tǒng)改造所發(fā)生的費(fèi)用），試驗(yàn)車輛4 臺(tái)（2 臺(tái)為企業(yè)試用車輛），故本次實(shí)際新增投入費(fèi)用200萬(wàn)元，總投入成本為720+200=920萬(wàn)元。

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3.2 運(yùn)輸成本對(duì)比

為對(duì)機(jī)械輪與架線式輔助系統(tǒng)運(yùn)行單位成本數(shù)據(jù)對(duì)比，本次不考慮設(shè)備折舊、人工等相關(guān)費(fèi)用，架線式運(yùn)輸?shù)缆穬啥魏嫌?jì)802 m，架線式動(dòng)力與普通柴油動(dòng)力運(yùn)行成本比較見表4。架線式重載上坡較普通柴油運(yùn)輸節(jié)約1.94元/m3。

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3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

依據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度，通過架線式合計(jì)運(yùn)輸廢石量320萬(wàn)m3，礦石量32萬(wàn)m3。新增投資為920萬(wàn)元，節(jié)約成本1.94 元/m3，年運(yùn)輸廢石量320 萬(wàn)m3，年節(jié)約成本為320×0.527×2.41=406萬(wàn)元；年運(yùn)輸?shù)V石量32萬(wàn)t，年節(jié)約成本32×0.275×2.41=21 萬(wàn)元，年創(chuàng)效427 萬(wàn)元。礦區(qū)通過設(shè)置275，587 m 架線道路，新增投資920 萬(wàn)元，投資回收期2.16 a，返本后每年為礦山節(jié)約運(yùn)輸成本427萬(wàn)元，效益巨大。

4 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合車間生產(chǎn)現(xiàn)狀，開展了802 m 架線式礦用車試驗(yàn)路段，通過試驗(yàn)得出架線式重載上坡較普通柴油運(yùn)輸節(jié)約1.94 元/m3，年創(chuàng)效427 萬(wàn)元，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益。

本次試驗(yàn)項(xiàng)目中存在以下不足：礦區(qū)屬山坡露天礦，采用陡幫開采，受礦區(qū)工作面推進(jìn)、爆破等因素影響，礦區(qū)運(yùn)輸線路處于變動(dòng)過程中，而架線式礦用卡車的運(yùn)行需路面相對(duì)固定，故如何優(yōu)化架線式路段與生產(chǎn)采剝工作推進(jìn)的結(jié)合是下一步工作的重點(diǎn)；項(xiàng)目中未對(duì)路面維護(hù)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)保養(yǎng)、電氣技術(shù)人員培養(yǎng)等成本進(jìn)行分析，需進(jìn)一步論證；架線式礦用卡車上坡過程中采用架線式輔助，電動(dòng)輪動(dòng)力增加，提升了運(yùn)行速度和生產(chǎn)效率，減少礦用卡車運(yùn)行數(shù)量，本次未開展對(duì)機(jī)械輪、電動(dòng)輪運(yùn)輸能力分析和對(duì)比，需進(jìn)一步論證。