大型遙控鏟運(yùn)機(jī)在田興鐵礦應(yīng)用前景展望

秦四龍，劉天林，魯愛(ài)輝，馬亞雄

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦，河北唐山063000）

大型遙控鏟運(yùn)機(jī)在田興鐵礦應(yīng)用前景展望

秦四龍，劉天林，魯愛(ài)輝，馬亞雄

（河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司田興鐵礦，河北唐山063000）

為了滿足田興鐵礦階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法出礦工藝需要，采用遙控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入大空區(qū)出礦，有效地解決了工作人員的人身安全問(wèn)題，提高了礦山的采礦效率，降低了礦山生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。國(guó)外先進(jìn)礦山已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了井下無(wú)軌設(shè)備自動(dòng)化，無(wú)人采礦、自動(dòng)化礦山設(shè)備在國(guó)內(nèi)礦山的應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也是勢(shì)在必行的。

遙控；鏟運(yùn)機(jī)；空?qǐng)觯粺o(wú)人采礦

井下無(wú)軌設(shè)備以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于全世界的地下硬巖礦山。由于采礦條件越來(lái)越苛刻，地?zé)?、地壓等?wèn)題使得采礦人員的工作條件越來(lái)越差，各個(gè)國(guó)家對(duì)礦山安全高度重視，為了追求提高開(kāi)采效率和降低開(kāi)采成本，越來(lái)越多的礦山將遙控鏟運(yùn)機(jī)、自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)應(yīng)用于井下礦山的鏟裝運(yùn)輸［1］。鏟運(yùn)機(jī)是國(guó)外20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的地下無(wú)軌裝載設(shè)備，至今已有40多年的歷史。隨著地下無(wú)軌自行設(shè)備的發(fā)展，鏟運(yùn)機(jī)也得到了日趨廣泛的應(yīng)用，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家85%以上的礦山都采用無(wú)軌設(shè)備［2］。我國(guó)地下采礦設(shè)備，尤其是大型采礦鉆孔設(shè)備和鏟運(yùn)設(shè)備，基本處于研究階段，大型遙控設(shè)備、自動(dòng)化無(wú)軌設(shè)備等均依賴進(jìn)口技術(shù)和設(shè)備［3］。目前在自動(dòng)化采礦方面，遙控鏟運(yùn)機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)技術(shù)和卡車技術(shù)已經(jīng)很成熟，例如山特維克公司生產(chǎn)的LH621、LH514、LH514E等鏟運(yùn)機(jī)已在世界先進(jìn)礦山成功投入運(yùn)行。

1 試驗(yàn)礦山的基本情況

田興鐵礦采礦工程位于河北省灤縣響嘡鎮(zhèn)境內(nèi)，采用充填采礦法開(kāi)采。國(guó)內(nèi)礦山空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法一般采用有底部結(jié)構(gòu)出礦來(lái)保證鏟運(yùn)機(jī)出礦安全［4］，無(wú)底部結(jié)構(gòu)的空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法在國(guó)內(nèi)少有應(yīng)用。采用主、副豎井輔助斜坡道開(kāi)拓，階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄩ_(kāi)采。地下采場(chǎng)采出的礦石經(jīng)井下破碎后由3條主井提升至箕斗倉(cāng)，然后用膠帶運(yùn)送到選廠。礦井在具備充填條件后用尾砂充填采空區(qū)。

采礦試驗(yàn)在-450中段進(jìn)行，礦體屬極厚礦體，設(shè)計(jì)分盤區(qū)開(kāi)采，盤區(qū)間柱寬15 m。由于規(guī)格為4.7 m×4.7 m的主要出礦巷道布置在盤區(qū)間柱中，兩側(cè)采場(chǎng)回采后，出礦巷道與采空區(qū)之間實(shí)體礦柱厚度僅為5.15 m，受巷道施工質(zhì)量、采場(chǎng)深孔爆破影響。為充分試驗(yàn)階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄔ诘V山的實(shí)用性，增設(shè)了平底結(jié)構(gòu)試驗(yàn)采場(chǎng)a×b×h＝50 m× 20 m×50 m。盤區(qū)內(nèi)礦塊寬度為20 m，長(zhǎng)度50～100 m，暴露面積達(dá)1 000～2 000 m2（空區(qū)體積5～10萬(wàn)m3）。采礦方法示意圖如圖1、2所示。

設(shè)計(jì)在采場(chǎng)底部采用21 t級(jí)遙控鏟運(yùn)機(jī)（配置9m3鏟斗）出礦，如圖3所示，鏟運(yùn)機(jī)為平底結(jié)構(gòu)，該底部結(jié)構(gòu)不留設(shè)底柱，采準(zhǔn)工藝簡(jiǎn)單，礦石回采率高。由于是平底結(jié)構(gòu)，如果人員在鏟運(yùn)機(jī)上操作設(shè)備在空?qǐng)隼锍龅V，人員安全難以保證，所以采場(chǎng)均需采用大型遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦。國(guó)內(nèi)已有一些礦山采用遙控鏟運(yùn)機(jī)出礦，但僅限于中小型遙控鏟運(yùn)機(jī)，如白山金礦、凡口鉛鋅礦等。在國(guó)內(nèi)尚無(wú)大型遙控鏟運(yùn)機(jī)的應(yīng)用先例。遙控鏟運(yùn)機(jī)對(duì)操作人員技術(shù)水平要求較高。

圖1 階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法示意圖（正視圖）Fig.1 Bench open stoping and subsequent filling method（front view）

圖2 階段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法示意圖（側(cè)視圖）Fig.2 Bench open stoping and subsequent filling method（side view）

圖3 山特維克21t柴油鏟運(yùn)機(jī)LH621Fig.3 Sandvik 21tdiesel LHD LH621

2 遙控鏟運(yùn)機(jī)在田興鐵礦的應(yīng)用前景

田興鐵礦采礦工程作為目前規(guī)模最大的在建地下礦山，建設(shè)理念是數(shù)字礦山、綠色礦山、安全礦山。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，推動(dòng)了工業(yè)設(shè)備向自動(dòng)化方向發(fā)展，為解決安全、快速出礦問(wèn)題，高智能化的鏟運(yùn)機(jī)在地下礦山的應(yīng)用勢(shì)在必行，鏟運(yùn)機(jī)的操作分為人工操作、視距無(wú)線電遙控（可配視頻輔助）、單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化和全局鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化。鏟運(yùn)機(jī)可搭載導(dǎo)航系統(tǒng)、攝像視頻輔助系統(tǒng)、門禁控制的機(jī)載系統(tǒng)、無(wú)線通訊系統(tǒng)。通過(guò)CANBUS總線控制，車輛管理系統(tǒng)（VCM）控制模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行狀況、鏟運(yùn)機(jī)出礦噸數(shù)、鏟運(yùn)機(jī)工作時(shí)間、生產(chǎn)監(jiān)控等信息，并可以生成各種報(bào)告，實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂剖遥┕芾砣藛T優(yōu)化生產(chǎn)。從而實(shí)現(xiàn)井下鏟運(yùn)機(jī)的視頻遙控和遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，在中央控制室一個(gè)操作員可以同時(shí)操作多臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)，提高了鏟運(yùn)機(jī)出勤率和完好率，減少了設(shè)備數(shù)量，并且還能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。使采礦工作辦公室化，讓操作工人從本質(zhì)上遠(yuǎn)離了潛在的井下風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地提高了安全性。

1）無(wú)線視距遙控鏟運(yùn)機(jī)：標(biāo)準(zhǔn)鏟運(yùn)機(jī)上選配遙控組件（RRC HBC CAN），RRC救援組件（無(wú)線訊號(hào)釋放剎車，包括鉤子），遙控器。工作人員可不進(jìn)入空區(qū)，可通過(guò)操作手柄在70～100m范圍內(nèi)操作鏟運(yùn)機(jī)。針對(duì)田興鐵礦采礦試驗(yàn)采場(chǎng)設(shè)計(jì)，鏟運(yùn)機(jī)需要進(jìn)入空?qǐng)?，在某些區(qū)域，操作者無(wú)法看到鏟運(yùn)機(jī)工作，故需要在鏟運(yùn)機(jī)上配備視頻系統(tǒng)。遙控器上配備顯示器，以便在操作者無(wú)法觀察到鏟運(yùn)機(jī)工作狀況時(shí)操作鏟運(yùn)機(jī)完成出礦任務(wù)，如圖4所示。如果鏟運(yùn)機(jī)在采場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)故障，操作者可以遙控釋放鏟運(yùn)機(jī)的剎車及轉(zhuǎn)向，將鏟運(yùn)機(jī)拖至安全區(qū)域進(jìn)行檢查維修，保證人員的安全。

2）單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化：山特維克用AutoMine-Lite系統(tǒng)補(bǔ)充了礦山自動(dòng)化解決方案的領(lǐng)域，即可靠的、先進(jìn)的單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)。AutoMine-Lite是一種先進(jìn)的遠(yuǎn)程無(wú)線遙控系統(tǒng)，如圖5所示。AutoMine-Lite系統(tǒng)包括一個(gè)符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的操作臺(tái)、針對(duì)鏟運(yùn)機(jī)的整合的自動(dòng)化程序、專用的安全系統(tǒng)和可靠的通訊系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的核心技術(shù)在于可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)，這套導(dǎo)航系統(tǒng)在生產(chǎn)環(huán)境下運(yùn)行時(shí)間超過(guò)180 000h。其設(shè)計(jì)用于快速安裝和啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域向另一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的快速移動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)在轉(zhuǎn)載和卸載點(diǎn)間一次操作運(yùn)行，在后續(xù)運(yùn)行中，鏟運(yùn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化行走。鏟運(yùn)機(jī)循環(huán)是半自動(dòng)化，重復(fù)的行走和卸礦工作實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，而鏟斗裝礦是遙控操作。生產(chǎn)區(qū)域和依據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的專用安全系統(tǒng)隔離。一旦任何人試圖進(jìn)入隔離區(qū)域，AutoMine-Lite系統(tǒng)會(huì)立即自動(dòng)停止鏟運(yùn)機(jī)運(yùn)行。和人工操作鏟運(yùn)機(jī)對(duì)比，Sandvik AutoMine-Lite效率提高超過(guò)50%。

圖4 山特維克LH621視頻輔助視距遙控鏟運(yùn)機(jī)Fig.4 Sandvik LH621video-assisted remote-controlled LHD

為了保證AutoMine-Lite系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，山特維克研發(fā)了基于WLAN的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)滿足井下自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)線通信需求。通訊系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在鏟運(yùn)機(jī)和操作臺(tái)間實(shí)時(shí)圖像、聲頻和數(shù)據(jù)傳輸。鏟運(yùn)機(jī)上整合的自動(dòng)化系統(tǒng)包括導(dǎo)航系統(tǒng)、通訊移動(dòng)終端盒視頻音頻系統(tǒng)。強(qiáng)大的和精確的導(dǎo)航系統(tǒng)使得鏟運(yùn)機(jī)在惡劣條件下高速自動(dòng)化行駛。通過(guò)自動(dòng)化運(yùn)行的鏟運(yùn)機(jī)，系統(tǒng)操作者減少了暴露在生產(chǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)，比如冒頂、塵土、噪音、振動(dòng)和有毒氣體。操作者在舒適的、符合人體工程學(xué)的操作環(huán)境中，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)接收來(lái)自鏟運(yùn)機(jī)的綜合信息。

3）全局鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化：山特維克AutoMine自動(dòng)化鏟裝運(yùn)輸系統(tǒng)是全球第一個(gè)投入商業(yè)運(yùn)行的全車隊(duì)自動(dòng)化解決方案，旨在提高地下采礦作業(yè)的安全性、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)盈利性，如圖6所示。安全性建立在生產(chǎn)區(qū)隔離以及在控制室中進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上。一個(gè)操作人員能管理多臺(tái)自動(dòng)化運(yùn)行設(shè)備的作業(yè)。生產(chǎn)裝載循環(huán)是半自動(dòng)化的。導(dǎo)航系統(tǒng)控制行車和卸載過(guò)程中的設(shè)備，而鏟斗裝載通過(guò)遠(yuǎn)程遙控進(jìn)行。設(shè)備裝有機(jī)載視頻系統(tǒng)、無(wú)線通訊用的移動(dòng)終端和導(dǎo)航系統(tǒng)。

AutoMine系統(tǒng)還包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)和車隊(duì)狀況的狀態(tài)監(jiān)控和交通管理，允許幾臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備在同一生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)。

AutoMine系統(tǒng)可以與礦山自有的礦山規(guī)劃系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)獲?。⊿CADA）系統(tǒng)對(duì)接。

因田興鐵礦采礦工程正處于采礦試驗(yàn)階段，地下采場(chǎng)及巷道中的工業(yè)環(huán)網(wǎng)、通信系統(tǒng)尚未建設(shè)，所以單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化和全局鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化暫不具備現(xiàn)場(chǎng)使用條件，因此選用無(wú)線視頻遙控即可解決空區(qū)出礦的問(wèn)題。鏟運(yùn)機(jī)操作者通過(guò)無(wú)線視頻遙控器操作鏟運(yùn)機(jī)裝礦卸礦，人員無(wú)需進(jìn)入空區(qū)，極大地保證了井下出礦作業(yè)的安全，提高了礦石的回收率。無(wú)底部結(jié)構(gòu)的空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法已經(jīng)在國(guó)外廣泛應(yīng)用，田興鐵礦應(yīng)用此采礦方法尚屬國(guó)內(nèi)首例，應(yīng)用此種采礦方法，視頻遙控鏟運(yùn)機(jī)可以保證人員安全，對(duì)于此種采礦方法和視頻遙控鏟運(yùn)機(jī)在國(guó)內(nèi)的推廣和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

圖5 山特維克單臺(tái)鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化（AutoMine-Lite）Fig.5 Sandvik LHD automation（AutoMine-Lite）

圖6 澳大利亞北帕克斯礦全局鏟運(yùn)機(jī)自動(dòng)化Fig.6 Sandvik automine loading system in Northparks Mine in Australia

4 結(jié)論

1）隨著采礦作業(yè)條件越來(lái)越苛刻，礦山為追求高效、安全的機(jī)械化采礦工藝，越來(lái)越多的礦山將遙控鏟運(yùn)機(jī)、自動(dòng)化鏟運(yùn)機(jī)成功應(yīng)用于井下礦山的鏟裝運(yùn)輸，并取得了良好的效果。

2）視距遙控鏟運(yùn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)井下采空區(qū)的安全出礦，操作者可通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和無(wú)線遙控裝置操縱鏟運(yùn)機(jī)在大空?qǐng)鰞?nèi)完成高效安全出礦工作。

3）結(jié)合田興鐵礦的生產(chǎn)工藝，選用無(wú)線視頻遙控鏟運(yùn)機(jī)可有效地解決采空區(qū)的出礦問(wèn)題，極大地保證了井下出礦作業(yè)的安全，提高了礦石的回收率，對(duì)于視頻遙控鏟運(yùn)機(jī)在國(guó)內(nèi)類似礦山的推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

［1］劉 榮，李事捷，盧才武.我國(guó)金屬礦山采礦技術(shù)進(jìn)展及趨勢(shì)綜述［J］.金屬礦山2007（10）：14-17.

［2］黃瓊，徐華建.地下礦用鏟運(yùn)機(jī)［J］.礦業(yè)工程，2003（1）：47-50.

［3］戰(zhàn) 凱，顧洪樞，周俊武，等.地下遙控鏟運(yùn)機(jī)遙控技術(shù)和精確定位技術(shù)研究［J］.有色金屬，2009，61（1）：107-112.

［4］郭金峰.分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V方法的試驗(yàn)研究［J］.江西有色金屬，2009，14（3）：8-10.

Prospect forecast of large remote-controlled LHD application in Tianxing Iron Mine

QIN Silong，LIU Tianlin，LU Aihui，MA Yaxiong
（Tianxing Iron Mine，Hebei Iron ＆Steel Group Mining Co.，Ltd.，Tangshan Hebei 063000，China）

For the purpose of solving ore removing problem in open stope in Tianxing Iron Mine，large remotecontrolled LHD application is the priority in order to keep the loader operator safe，improve the efficiency of mining and decrease the operating cost.In some foreign advanced mines，auto-mining has been already widely and successfully utilized.Unmanned，automated trackless equipment application is the development tendency of mines in China.

remote-control；LHD；open stope；unmanned mining

TD422.4

Α

1671-4172（2015）06-0062-03

秦四龍（1984-），男，工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)，研究方向?yàn)榈V山機(jī)械。

10.3969/j.issn.1671-4172.2015.06.013