淺析雙側(cè)折返入換裝車法對電鏟效率的影響

秦 濤 才慶祥 周 偉 陳樹召 楊海春

(中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,江蘇省徐州市,221008;煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,江蘇省徐州市,221008)

1 引言

在露天礦山建設(shè)投資中,電鏟的使用狀況直接影響到采裝運系統(tǒng)的運行,影響整個露天礦的生產(chǎn)能力。為了保證電鏟的作業(yè)效率,必須采用更合理的作業(yè)方式。影響電鏟效率的因素是多方面的,其中卡車入換方式是重要影響因素之一,尤其對于使用大型電鏟的特大型露天礦而言,卡車入換引起的電鏟的等待時間占裝車時間的比重較高。以往對電鏟裝車效率的研究主要集中在采掘帶寬度、爆破質(zhì)量、車鏟比匹配、生產(chǎn)管理等因素上,對雙側(cè)折返入換裝車法研究較少。

哈爾烏素露天礦1077.5水平工作面HW0303電鏟生產(chǎn)情況實測數(shù)據(jù)見表1。從表1中可以看出,待裝時間平均要占整個裝車時間的15%,電鏟效率的高低主要是時間利用率問題。電鏟工作時間比例高,純裝車時間增加,非生產(chǎn)時間比例減少,則電鏟效率高。

表1 哈爾烏素露天煤礦電鏟裝車及待裝時間

為了減少待裝時間,提高電鏟的工作效率,考慮采用電鏟雙側(cè)裝車作業(yè)方式。與傳統(tǒng)的單側(cè)裝車相比,雙側(cè)裝車可以將電鏟的等車時間降到最低限度,而且電鏟總的裝載回轉(zhuǎn)角度也較小,也就是說采用雙側(cè)裝車同時可以縮短電鏟裝車的回轉(zhuǎn)時間。此外,雙側(cè)裝車作業(yè)方式可以對囊狀礦體進行選擇性開采,推土機對工作面的平整和清理作業(yè)不影響電鏟裝載,因此雙側(cè)裝車對于提高電鏟的工作效率具有重要的作用。

2 工作面布置方式

在使斗-卡車間斷開采工藝的大型露天礦,如果年剝離量和推進強度較大,短期時間內(nèi)不能改變車多鏟少的設(shè)備配比情況,并且作業(yè)空間足夠?qū)?就可以采用雙側(cè)折返入換裝車法。采用雙側(cè)折返入換裝車法時,電鏟正對爆堆站立,直接對爆堆后壁進行挖掘,卡車折返進入電鏟的兩邊裝載。由于卡車就位準(zhǔn)備裝車與電鏟另一側(cè)卡車裝載同時進行,可以盡量減少電鏟等裝時間,從而最大限度地提高電鏟效率。雙側(cè)折返裝車需在電鏟兩側(cè)為卡車提供進路,故須在電鏟后部架設(shè)電纜橋,電纜橋離電鏟應(yīng)超過45～60 m,使卡車進入或離開時不至于轉(zhuǎn)急彎(見圖1)。

圖1 順序式采掘方式

雙側(cè)折返時按電鏟采掘方向與工作面間關(guān)系分為端工作面、斜工作面等。端工作面多用于大型電鏟及寬爆堆作業(yè)條件,有兩種典型的采掘順序:一種為順序式,工作平盤布置方式如圖1所示(圖中數(shù)字1～8表示電鏟采掘先后順序);一種為掏槽式,工作平盤布置方式如圖2所示(圖中數(shù)字2～10表示電鏟掏槽先后順序)。

圖2 掏槽式采掘方式

圖中各采掘塊段的規(guī)格及數(shù)目取決于電鏟的線性規(guī)格、作業(yè)條件和采掘帶寬度。最大掏槽深度主要取決于電鏟的站立水平挖掘半徑;塊段寬度則取決于電鏟的線性規(guī)格和自由面條件;緊靠臺階內(nèi)側(cè)坡面的塊段如需實現(xiàn)雙向裝載,其內(nèi)側(cè)空間應(yīng)足以實現(xiàn)卡車入換。

斜工作面適用于窄采寬雙側(cè)折返入換裝車作業(yè)條件,可以通過調(diào)整斜面角增加電鏟的采掘帶寬度,從而實現(xiàn)雙側(cè)裝載,故適用于窄采寬雙側(cè)折返作業(yè)條件。但斜工作面作業(yè)方式在增加采掘帶寬度的同時,會導(dǎo)致電鏟切片厚度降低、走行量增大、爆堆留角處理增多,從而使電鏟效率有所下降,輔助工作量加大。工作平盤布置方式如圖3所示。

圖3 斜工作面雙側(cè)折返作業(yè)

3 雙向折返入換裝車對電鏟效率的影響

3.1 對等裝時間的影響

(1)電鏟的技術(shù)生產(chǎn)能力:

式中:Qj——電鏟的技術(shù)生產(chǎn)能力,m3/h;

E——電鏟斗容;

tj——挖掘機完成一勺采裝的技術(shù)周期時間,s;

Kw——挖掘系數(shù),也叫實方滿斗系數(shù);

Km——滿斗系數(shù);

Ks——松散系數(shù);

kf——電鏟移動、處理大塊、選采等因素形成的輔助操作系數(shù),其值為0.5～0.9。

(2)電鏟的實際生產(chǎn)能力:

式中:Qw——電鏟的實際生產(chǎn)能力,m3/h;

η——小時工作時間利用系數(shù),即裝車時間與班工作時間之比;

η1——受輔助作業(yè)和內(nèi)外保障因素等影響的挖掘機時間利用率;

η0——空車供應(yīng)率;

ti——因空車供應(yīng)不及時引起的挖掘機欠車時間,s;

tz——裝車時間,s;

tr——入換時間,s。

(3)雙向裝車的優(yōu)勢。在車輛供應(yīng)充足的情況下,采用雙向裝車可以最大限度地減少電鏟因卡車入換導(dǎo)致的不作業(yè)時間,即通過提高空車供應(yīng)率(η0)提升電鏟效率;當(dāng)車輛供應(yīng)不足時,雙向裝車節(jié)省的入換時間相當(dāng)部分將被空車供應(yīng)不足引起的欠車時間抵消,影響電鏟效率的提升。

3.2 對回轉(zhuǎn)時間的影響

與單向裝車相比,雙向折返入換裝車不僅節(jié)省入換時間,同時可以縮小電鏟裝載回轉(zhuǎn)角度,縮短電鏟裝車的循環(huán)時間,提高電鏟裝車效率。單向裝車時卡車只在電鏟的一側(cè)入換,電鏟挖掘物料后全部向一側(cè)回轉(zhuǎn)向卡車裝載,如圖4所示;雙向裝車時卡車可在電鏟兩側(cè)入換,電鏟挖掘的物料可向就近一側(cè)的卡車裝載,如圖5所示。

圖4、圖5中α為電鏟右側(cè)裝車最小回轉(zhuǎn)角度,β為電鏟中軸線左側(cè)最大回轉(zhuǎn)角度。單向裝車最小回轉(zhuǎn)角為α,最大回轉(zhuǎn)角為90°+β,現(xiàn)在假設(shè)電鏟以均勻角速度回轉(zhuǎn),不考慮中軸線與兩側(cè)爆堆切片厚度差異,則可以近似認(rèn)為單側(cè)裝車的平均回轉(zhuǎn)角為;同理,雙側(cè)裝車左側(cè)最小回轉(zhuǎn)角為α,最大為90°,平均回轉(zhuǎn)角為;易知右側(cè)平均回轉(zhuǎn)角不大于左側(cè),所以雙側(cè)裝車相對單側(cè)裝車回轉(zhuǎn)角至少減少

以電鏟內(nèi)回轉(zhuǎn)角和外回轉(zhuǎn)角均為60°為例,即α為30°,β為60°。采用單側(cè)裝車的最大回轉(zhuǎn)角為90°+60°=150°,最小回轉(zhuǎn)角為30°,平均回轉(zhuǎn)角為90°。如果改為雙向裝車,電鏟中軸線兩側(cè)物料平均分配到兩側(cè)的待裝車輛上,電鏟裝載的最大回轉(zhuǎn)角為90°,最小回轉(zhuǎn)角為30°,則平均回轉(zhuǎn)角為60°。則平均回轉(zhuǎn)角度減少30°,假設(shè)電鏟以勻角速度運行,則減少回轉(zhuǎn)時間1/3。

3.3 雙向裝車效率提高

根據(jù)以上分析,可以得出電鏟單向裝車和雙向裝車時的生產(chǎn)能力分別為:

單向裝車:

式中:Qw單向——單向裝車電鏟的實際生產(chǎn)能力;

n——裝滿一車所需的次數(shù);

tj單向——單向裝車挖掘機完成一勺采裝的技術(shù)周期時間,s;

tr單向——單向裝車卡車入換時間,s;

Qw雙向——雙向裝車電鏟的實際生產(chǎn)能力;

tj雙向——雙向裝車挖掘機完成一勺采裝的

技術(shù)周期時間,s;

tr雙向——雙向裝車卡車入換時間,s。比較公式(6)和(7)可知,采用雙向裝車可提升電鏟效率:

4 實例研究

哈爾烏素露天煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力20 Mt/a,目前該礦巖石剝離系統(tǒng)采用單斗-卡車工藝,采用斗容60 m3的495HR電鏟和額定載重326 t的MT5500卡車。工作面布置方式為端工作面順序式,臺階高度為17.5 m,工作平盤寬度為80 m,其中爆堆寬度為40 m。為了檢驗雙向裝車的優(yōu)越性,對該礦電鏟兩種裝車方式裝車時間進行了跟蹤實測,見表2。由表2可以看出,雙向裝車比單側(cè)裝車節(jié)省裝載時間9.75 s,待車時間節(jié)省20 s左右。

表2 哈爾烏素露天礦同一工作面雙向裝車時間及單向裝車時間比較表

哈爾烏素礦目前在爆破質(zhì)量較好的情況下裝載一車需要3斗,即n=3;由表2可知,tr單向=23.625 s;tj單向=131.375/3=43.79 s;tj雙向=121.625/3=40.54 s;tr雙向=4 s。

將上述實測數(shù)據(jù)帶入(8)式得η=23.38%。結(jié)果顯示雙側(cè)折返入換裝車法對該礦電鏟效率具有顯著提高,在工作面平盤符合條件的情況下采用雙側(cè)裝車較單側(cè)裝車具有較高的實用價值和現(xiàn)實意義。

5 結(jié)論

(1)雙側(cè)折返裝車在內(nèi)回轉(zhuǎn)角和外回轉(zhuǎn)角相等的情況下,裝車回轉(zhuǎn)角度減少內(nèi)回轉(zhuǎn)角的1/2,電鏟回轉(zhuǎn)勻角速度時電鏟回轉(zhuǎn)時間同樣節(jié)約1/2。

(2)由于電鏟是雙側(cè)回擺采掘,因此電鏟鏟斗兩側(cè)和回轉(zhuǎn)齒輪的磨損是均勻的,延長設(shè)備使用壽命,減少無形磨損,提高經(jīng)濟效益。

(3)可壓縮推土機處理電鏟裝車周圍撒貨輔助作業(yè)時間,雙側(cè)裝車把原單側(cè)裝車時的撒貨分成左右兩側(cè),每一側(cè)的撒貨量相對原來可減少50%,這樣可使推土機處理一側(cè)撒貨周期時間減小。

(4)最大限度的降低了電鏟等裝時間,以哈爾烏素礦實測數(shù)據(jù)知,待裝時間可以減少20 s左右,裝車時間減少1/3,電鏟效率提高23.38%,具有顯著效果。

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[3] 張桂軍,馬宏偉,趙宇.論雙面裝車組合臺階開采的合理應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù),2001(4)

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