規(guī)?；咝Р傻V地下無軌設備配套應用研究

成學東， 張永彬， 馮茂林， 商鐵軍， 苑 昆,

(1.安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司， 安徽 237400； 2.北京科技大學機械工程學院， 北京 10083；3.北京安期生技術有限公司， 北京 10083)

規(guī)?；咝Р傻V地下無軌設備配套應用研究

成學東1， 張永彬1， 馮茂林2， 商鐵軍3， 苑 昆2,3

(1.安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司， 安徽 237400； 2.北京科技大學機械工程學院， 北京 10083；3.北京安期生技術有限公司， 北京 10083)

鏟裝、運輸是地下礦山高效開采的關鍵環(huán)節(jié)。本文就鏟運機與卡車的合理配套問題進行研究，分析了多個型號鏟運機的生產(chǎn)能力，以及運礦卡車與鏟運機配合使用時的生產(chǎn)能力。針對礦山的產(chǎn)能需求及使用工況，給出了相應的配套方案。對采礦運輸設備的選型具有一定的參考價值。

地下采礦； 地下鏟運機； 地下運礦卡車； 生產(chǎn)能力

0 前言

雖然我國和世界已探明的礦產(chǎn)資源比較豐富，但隨著人們長期大規(guī)模的開采，大型露天礦已所剩無幾。露天礦山資源逐漸枯竭，露天采礦將逐漸向地下采礦發(fā)展已成必然趨勢，或者露天開采的深度很大使地表遭受大面積破壞時，也必須采用地下開采。[1]隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)?；⒓s化程度將進一步提高，未來我國主體礦產(chǎn)資源將以地下和深部規(guī)模化開采為主。

1 地下無軌采礦設備

在地下金屬礦山規(guī)?；_采中鏟裝、運輸是地下礦山高效開采的關鍵環(huán)節(jié)。目前，我國地下礦山鏟裝、運輸裝備水平與發(fā)達國家相比差距較大，礦山生產(chǎn)效率非常低，傳統(tǒng)采礦工藝和裝備已無法實現(xiàn)擴大生產(chǎn)能力及規(guī)?；咝ч_采。因而，采用大規(guī)模綜合強化開采新技術、新工藝、新裝備，大力推廣適合我國地下礦山采礦工藝的中、大型地下無軌采礦技術已勢在必行。[2-3]

地下鏟運機和地下運礦卡車是地下無軌采礦工藝的主體支撐設備，是實現(xiàn)地下無軌開采的主要鏟裝和運輸?shù)拇笮蜋C械設備，具有機動、靈活、多能、經(jīng)濟的優(yōu)點，廣泛地用于條件適宜的各類地下礦山進行高效強化開采。地下鏟運機和地下運礦卡車性能的優(yōu)劣和合理的配置將直接影響到采礦生產(chǎn)效率和礦山的經(jīng)濟效益。[4]

地下無軌采礦設備的發(fā)展趨勢始終圍繞著提高效率、降低成本這一核心，縱觀國內外地下無軌采礦設備的發(fā)展，都是隨著礦山開采規(guī)模的擴大而向著大型化發(fā)展。我國地下鏟運機經(jīng)過50余年的發(fā)展，斗容3立方，載重6噸以下的小型鏟運機已基本替代國外產(chǎn)品，且在我國中、小型地下金屬礦山得到廣泛應用，但斗容4立方以上的中、大型鏟運機還多依賴進口，由于進口地下無軌采礦設備價格高昂，在很大程度上制約了我國地下采礦業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，這與我國日益增長的礦產(chǎn)資源需求形成了矛盾。

2 鏟裝、運輸設備的合理配套及解決方案

影響采礦企業(yè)采礦效率的一個重要因素就是鏟裝、運輸設備的合理配套。配套使用鏟運機的載重量、臺數(shù)和運礦卡車載重量、臺數(shù)，要根據(jù)礦山當前實際及發(fā)展需要的生產(chǎn)能力、達產(chǎn)要求進行合理配置。鏟運機鏟、裝、運每斗所耗時間與裝卸點之間的距離成正比，與鏟運機行駛速度成反比。通常，鏟運機在井下工作時，其行駛速度不會發(fā)生很大的改變，甚至可視為一定數(shù)，鏟運機出礦能力可以近似看作只與鏟運機斗容(載重)和運距有關。斗容越大，運礦量越多；運距越短，運礦量越多。但若為了增加出礦量而采用小噸位鏟運機配用大噸位運礦卡車，或者采用大噸位鏟運機配用小噸位運礦卡車，會因為鏟裝量與運輸量的不協(xié)調，降低設備運行效率，不能真正實現(xiàn)高效開采。在文獻[5]中談到鏟運機斗容與直接裝石碴礦車容積的匹配問題，顯示了合理配套的重要性。

2.1 不同型號鏟運機生產(chǎn)能力分析

生產(chǎn)能力是指地下鏟運機單位時間內裝載和運輸?shù)V石量的能力。

即：

(1)

式中Q鏟—鏟運機理論產(chǎn)能；M鏟—每循環(huán)裝礦噸數(shù)；t循—鏟運機循環(huán)時間；t鏟運—鏟運機運輸時間；t鏟卸—鏟運機卸礦時間；t鏟裝—鏟運機鏟裝時間。

以北京安期生技術有限公司生產(chǎn)的ACY- 2(斗容：2立方；載重4 t)、ACY- 3(斗容：3立方；載重6t)、ACY- 4(斗容：4立方；載重10 t)三種鏟運機為例進行生產(chǎn)能力分析如下，鏟運機單程運距150 m向卡車裝礦：

按每天3班、有效工作時間18 h，一年280天滿負荷生產(chǎn)計算，每年有效工作時間為5 000 h，可得出三種型號的鏟運機單臺年出礦量，見表1。

表1 三種型號鏟運機年生產(chǎn)能力

2.2 運礦卡車與鏟運機配套使用時生產(chǎn)能力分析

地下鏟運機和地下運礦卡車的選擇要根據(jù)礦巖運輸量、巷道斷面尺寸、裝車設備、運輸距離、卸載要求等條件來確定。同時還應考慮能耗、備件供應、維修能力、環(huán)境保護以及管理水平等因素。通過技術經(jīng)濟比較后選擇合理的車型。

一般要求在同一企業(yè)所選用的地下鏟運機和地下運礦卡車型號盡可能少，最好選擇同一型號的鏟運機和卡車，便于操作、維修、備件供應和調度管理。

地下運礦卡車是在井下巷道內運輸?shù)V(巖)石，地下運礦卡車的外形尺寸受到運輸巷道的限制，其寬度和高度必須滿足巷道規(guī)格的要求；其外形尺寸與巷道支護之間的間隙不得小于0.6 m，人行道寬度不得小于1.2 m。

運礦卡車每小時產(chǎn)能計算如公式(2)所示。

(2)

斜坡道出礦時為滿載上坡空載下坡；

時間系數(shù)取1.1。

(1)不同工況下，當ACY- 4與AJK- 20聯(lián)合工作時每小時產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術有限公司ACY- 4與AJK- 20兩種設備技術參數(shù)分析如下：

表2 ACY- 4鏟運機與AJK- 20運礦卡車聯(lián)合工作

由公式(1)、公式(2)和表2參數(shù)可得圖1的分析結果。

圖1 ACY- 4與AJK- 20聯(lián)合使用時產(chǎn)能

(2)不同工況下，當ACY- 3與AJK- 20聯(lián)合工作時每小時產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術有限公司ACY- 3與AJK- 20兩種設備技術參數(shù)分析如下：

表3 ACY- 3鏟運機與AJK- 20運礦卡車聯(lián)合工作

由公式(1)、公式(2)和表3參數(shù)可得圖2的分析結果。

圖2 ACY- 3與AJK- 20 聯(lián)合使用時產(chǎn)能

(3)不同工況下，當ACY- 3與AJK- 12聯(lián)合工作時每小時產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術有限公司ACY- 3與AJK- 12兩種設備技術參數(shù)分析如下：

表4 ACY- 3鏟運機與AJK- 12運礦卡車聯(lián)合工作

由公式(1)、公式(2)和表4參數(shù)可得圖3的分析結果。

圖3 ACY- 3與AJK- 12聯(lián)合使用時產(chǎn)能

(4)不同工況下，當ACY- 2與AJK- 12聯(lián)合工作時每小時產(chǎn)能分析

根據(jù)北京安期生技術有限公司ACY- 2與AJK- 12兩種設備技術參數(shù)分析如下：

表5 ACY- 2鏟運機與AJK- 12運礦卡車聯(lián)合工作時參數(shù)表

由公式(1)、公式(2)和表5參數(shù)可得圖4的分析結果。

圖4 ACY- 2與AJK- 12聯(lián)合使用時產(chǎn)能

對比以上鏟運機與運礦卡車的四種匹配使用情況分析結果，在相同工況條件下，AJK- 20型運礦卡車與ACY- 4型鏟運機聯(lián)合使用時，其產(chǎn)能最大。

2.3 年產(chǎn)能達200萬t和300萬t地下礦山無軌采礦設備配套方案分析

由2.1和2.2的分析，當16%斜坡道出礦；運距2 km；按每天3班，有效工作時間每年5 000 h計

算；年產(chǎn)能200萬t、300萬t的地下礦山無軌采礦設備配套方案分析如下：

按上述工況下，由年產(chǎn)能轉為每小時產(chǎn)能得：

200萬t/a=400 t/h。

300萬t/a=600 t/h。

由表1及表6可知：

(1)年產(chǎn)能200萬t時

①ACY- 2鏟運機配套AJK- 12運礦卡車時：理論上需匹配11臺ACY- 2鏟運機；需AJK- 12運礦卡車34臺，顯然所配套卡車數(shù)量過多；此方案不合

表6 不同配套方案下卡車產(chǎn)能

適200萬噸以上地下礦山開采設備選型；

②ACY- 3鏟運機配套AJK- 20運礦卡車時：理論上需匹配7臺ACY- 3鏟運機；需AJK- 20運礦卡車13臺；比方案①減少運礦卡車21臺、減少鏟運機4臺；

③ACY- 4鏟運機配套AJK- 20運礦卡車時：理論上需匹配5臺ACY- 4鏟運機；需AJK- 20運礦卡車11臺；比方案①減少運礦卡車23臺、減少鏟運機6臺。

(2)年產(chǎn)能300萬t時

①ACY- 3鏟運機配套AJK- 20運礦卡車時：理論上需匹配10臺ACY- 3鏟運機；需AJK- 20運礦卡車19臺。

②ACY- 4鏟運機配套AJK- 20運礦卡車時：理論上需匹配8臺ACY- 4鏟運機；或7臺ACY- 4鏟運機，剩余產(chǎn)能可匹配1臺ACY- 3鏟運機。需AJK- 20運礦卡車17臺；比方案①減少運礦卡車2臺、減少鏟運機2臺。

3 結論

根據(jù)礦山的采礦工藝及出礦情況，采用ACY- 4型地下鏟運機(斗容4立方，載重10噸)匹配AJK- 20型運礦卡車(車廂容積10立方，載重20噸)將是國內產(chǎn)能200萬噸及以上礦山企業(yè)進行規(guī)?；咝ч_采的最佳更新?lián)Q代產(chǎn)品和配套方案。該方案可以減少鏟運機和運礦卡車應用數(shù)量，不僅可為企業(yè)節(jié)約設備購置費用，而且也可減少相應的設備維護和能源供給費用。與國外同類、同級別產(chǎn)品相比，具有性價比高、售后服務完善等優(yōu)勢。配套方案對采礦運輸設備的選用具有一定的參考價值。

[1] 古德生，李夕兵.有色金屬深井采礦研究現(xiàn)狀與科學前沿[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2003，S1：1-5.

[2] 戰(zhàn)凱.地下金屬礦山無軌采礦裝備發(fā)展趨勢[J].采礦技術.2006，6(3)：34-38.

[3] 張木毅.凡口鉛鋅礦采礦技術的創(chuàng)新與發(fā)展[J].采礦技術，2010，10(3)：6-9.

[4] 秦茂林，盛建龍，曹冬.地下礦鏟運機選型優(yōu)化建模簡述[J].有色金屬(礦山部分).2009，61(3)：63-65.

[5] 于光增，耿秀紅，逯永田.選擇合適斗容提高鏟運機效率[J].礦山機械，2001，(9)：84-85.

西烏旗推進興安銅鋅冶煉二期及昊融鎳冶煉項目竣工

2015年，西烏旗扎實推進“煤—電—粉煤灰(建材)”和“煤—電—冶煉”兩個產(chǎn)業(yè)鏈建設，提高資源綜合開發(fā)利用和產(chǎn)品深加工水平，今年全力推進80萬t高精鋁板帶項目一期40萬t及配套機組、吉林昊融自備電廠項目前期工作。完成內蒙古興安銅鋅冶煉10萬噸鋅冶煉(二期)項目及機組、吉林昊融10萬t鎳冶煉(一期)項目竣工生產(chǎn)。探索分步式發(fā)電模式,完成浙江日兆一期2萬千瓦光伏發(fā)電項目電站建設、中電(天津)新能源5萬千瓦光熱發(fā)電項目前期工作、華揚一期4.95萬千瓦風電和大唐華銀欣正二期4.95萬千瓦風電項目建設，形成“項目促發(fā)展，發(fā)展促產(chǎn)業(yè)”的項目投入建設格局。

Combination Study on Underground Trackless Equipments for Efficient Mining

CHENG Xue-dong， ZHANG Yong-bin， FENG Mao-lin， SHANG Tie-jun， YUAN Kun

Load and transportation is a key link in the process of high efficiency mining of underground mines. The paper researches reasonable matching of the LHD and dump truck, analyzes the production capacity of variety models LHD and the production capacity of variety models dump truck when used with LHD. The corresponding matching scheme is given for mining capacity requirements and operating conditions. This work has a certain reference value for selection of mining equipments.

underground mining； LHD； dump truck； production capacity

2015-03-09

成學東(1975-)，男，內蒙古呼和浩特人，機械工程師，大學本科，主要從事機械設備管理、備品備件計劃及采購工作。

TD525

B

1003-8884(2015)03-0041-04