德興銅礦采礦運(yùn)輸設(shè)備可持續(xù)發(fā)展探討與展望

許盛林

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

江銅集團(tuán)是江西省唯一一家世界500強(qiáng)企業(yè)，德興銅礦是江銅集團(tuán)旗下的主力礦山，是亞洲最大的露天銅礦，也是中國第一、世界第二。由于社會高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的依賴性使用和需求量越來越高。對于開采難度也越來越大，所以露天開采設(shè)備的穩(wěn)定性能、生產(chǎn)效率以及節(jié)能減排都越來越重視。

隨著礦山開采不斷擴(kuò)大，運(yùn)輸難度和開采成本也相應(yīng)增加，以德興銅礦采礦場礦石運(yùn)輸電動輪自卸卡車為例，從108t至220t載重量逐步更新，設(shè)備實(shí)現(xiàn)大型化規(guī)模的轉(zhuǎn)變。設(shè)備的大型化后故障率越來越低穩(wěn)定性和安全性提高，設(shè)備可持續(xù)利用率提高，大大提高了生產(chǎn)效率和有效控制生產(chǎn)成本。

我國目前正處在高速發(fā)展中，是一個(gè)能源消耗大國，各種礦產(chǎn)資源的需求量非常大，然而落后的開采技術(shù)、老套的開采設(shè)備，已經(jīng)嚴(yán)重影響了礦產(chǎn)開采效率。傳統(tǒng)的掘進(jìn)開采方法還存在很多的施工缺陷，比如很容易受到開采空間的限制，相關(guān)的開采設(shè)備作用也得不到充分的發(fā)揮。而露天開采模式不僅開采效率高、開采設(shè)備的運(yùn)用空間大，而且安全性能也相對比較高，只有提升設(shè)備的性能，才能適應(yīng)現(xiàn)場的環(huán)境和滿足生產(chǎn)，資源才能最大限度的開采出來，提高資源綜合利用率。

2 德興銅礦露天采礦場設(shè)備現(xiàn)狀

2.1 德興銅礦露天采礦成本現(xiàn)狀分析

德興銅礦采礦場礦石采剝量13萬t/日的開采規(guī)模，采礦設(shè)備和成本投入也大。全年采礦成本9.823億元（2017年數(shù)據(jù)為例），主要有以下：爆破炸藥成本、電動輪自卸卡車運(yùn)輸成本、電鏟和牙輪鉆成本、養(yǎng)路工程設(shè)備成本、大修成本、其他輔助成本。其中電動輪自卸卡車運(yùn)輸全年成本4.750億元占比48.35%，柴油消耗和輪胎消耗占電動輪主要成本，全年分別為2.178億元、2.235億元，分別占比46%、47%。隨著采區(qū)深度開采和運(yùn)距的增長電動輪自卸卡車的柴油成本按每年2.1%幅度增加，所以現(xiàn)在的采礦設(shè)備需要向高性能和低能耗方向發(fā)展。

2.2 露天采礦運(yùn)輸設(shè)備的現(xiàn)狀

露天采區(qū)作業(yè)現(xiàn)場的惡劣和復(fù)雜的環(huán)境是影響運(yùn)輸過程中最大的因數(shù)，也額外增加了運(yùn)輸成本，只有不斷提高設(shè)備的質(zhì)量和性能才能降低成本和減少能耗。以德興銅礦電動輪自卸卡車的使用過程和噸位大概分類為例：日本小松630E和美國尤克里德R170載重154t；日本日立EH3500、美國尤克里德R190、日本小松730E、國產(chǎn)北重NTE200載重185t；日本小松830E、國產(chǎn)中冶MCC400A載重220t。時(shí)間寬度從1995年至2018年，近年來，我礦采礦運(yùn)輸設(shè)備重點(diǎn)向優(yōu)質(zhì)和大型化方向發(fā)展，隨著國產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)力提高和生產(chǎn)技術(shù)提升，為降低成本逐步使用國產(chǎn)設(shè)備，目前采礦場51臺電動輪國產(chǎn)車占15臺，明年將繼續(xù)增加8臺。

3 德興銅礦露天采礦場運(yùn)輸設(shè)備可持續(xù)發(fā)展對策

3.1 加強(qiáng)采礦運(yùn)輸管理

加強(qiáng)人員管理和提高操作水平，保證電動輪自卸卡車平穩(wěn)運(yùn)行。充分發(fā)揮GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)，根據(jù)電鏟裝車速度和運(yùn)輸路線的距離合理搭配電動輪的裝車數(shù)量，避免電動輪裝車等待時(shí)間過長，發(fā)動機(jī)空耗造成柴油浪費(fèi)；根據(jù)電鏟的故障修理時(shí)間和運(yùn)行狀況合理調(diào)配車輛，減少電動輪自卸卡車空跑造成設(shè)備和柴油的異常損耗。目前德興銅礦采礦場采礦技術(shù)和礦石運(yùn)輸?shù)墓芾?，在國?nèi)一直比較先進(jìn)，可以助于推進(jìn)我國采礦向先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，正在逐步實(shí)現(xiàn)自動化和智能化。

3.2 運(yùn)用采礦運(yùn)輸設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)

采礦運(yùn)輸設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)控電動輪運(yùn)行狀態(tài)，并提供相應(yīng)的維護(hù)信息。主要包括裝載運(yùn)輸量計(jì)算、無線電交流聯(lián)系、車輛調(diào)配、電動輪運(yùn)行記錄和360°實(shí)時(shí)監(jiān)控、胎壓檢測、故障監(jiān)控，通過無線通訊技術(shù)發(fā)送到采礦場中央計(jì)算機(jī)，對電動輪卡車實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對生產(chǎn)和管理帶來很大幫助，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)通知維修人員進(jìn)行處理，提高了運(yùn)行效率和降低了維修成本，較少了柴油等不必要的浪費(fèi)。隨著技術(shù)的發(fā)展，該系統(tǒng)還可以繼續(xù)增加功能，為采礦帶來更大的效率。

故障監(jiān)控功能是德興銅礦與其他單位合作，通過卡車自帶的發(fā)動機(jī)和電氣故障監(jiān)控程序和液壓報(bào)警裝置鏈接；裝載量運(yùn)輸計(jì)算直接可以計(jì)算出實(shí)時(shí)和累計(jì)裝載作業(yè)量、運(yùn)輸公里數(shù)，從而計(jì)算出駕駛員的勞動報(bào)酬。

3.3 采礦運(yùn)輸設(shè)備的大型化

因?yàn)椴傻V行業(yè)的發(fā)展和需求裝載設(shè)備容量越來越大，隨著礦藏水平面下降采區(qū)往下開采，電動輪汽車的重車爬坡動力和下坡制動要求越來越高。目前主力機(jī)臺只有國產(chǎn)北重NTE200、日本小松730E額定載重185t；日本小松830E、國產(chǎn)中冶MCC400A額定載重220t，其它設(shè)備因?yàn)槟晗藓凸收下矢邎?bào)廢不再使用。采礦設(shè)備不斷更新?lián)Q代，使用大噸位電動輪，給礦山采礦生產(chǎn)帶來了高效率。

3.4 采礦運(yùn)輸設(shè)備的安全性管理

“安全第一、預(yù)防為主”一直是安全生產(chǎn)宗旨，為此電動輪設(shè)備主要部件都配有自動滅火裝置。特別是駕駛室采用防翻滾設(shè)計(jì)，它由12根120mm X 120mm的方鋼框架結(jié)構(gòu)立體包圍著，當(dāng)車輛一旦出現(xiàn)意外時(shí)，可以保障駕駛室牢固不變形確保駕駛員人身安全。隨著礦山采區(qū)深度不斷深入推進(jìn)，電動輪卡車長距離上、下坡，在滿載和高速運(yùn)行時(shí)可以產(chǎn)生很大的動能。當(dāng)車輛出現(xiàn)故障或者道路出現(xiàn)突發(fā)狀況下，電動輪大車必須在最短的距離停止作業(yè)。以MCC400A為例，電動輪車輛車身自重185t，標(biāo)準(zhǔn)載重220t，正常運(yùn)行速度32km/h，最高速度可以達(dá)到64km/h。我們在電動輪制動系統(tǒng)中采用的是前后輪液壓緊急制動裝置，一共6塊制動盤和12組制動器，連帶電制動一并投入，有效的保證了車輛的安全停車。即使是在下坡出現(xiàn)異常問題，也能避免給人員和設(shè)備帶來的損傷。

目前我們富家塢采區(qū)現(xiàn)場最長坡道約2km，坡度30°，車輛滿載下坡速度必須控制19km/h之內(nèi)才能安全平穩(wěn)運(yùn)行。因?yàn)榇藭r(shí)電動輪卡車兩臺馬達(dá)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，將卡車的動能轉(zhuǎn)換成電能，然后將產(chǎn)生的電流通過制動電阻柵發(fā)熱轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉，達(dá)到電制動減速的最佳效果，電制動過程中單邊馬達(dá)產(chǎn)生的最大制動扭矩可達(dá)到15000N/m，并且不會給設(shè)備帶來損耗。

電鏟在開溝作業(yè)時(shí)坡度可以達(dá)到40°，對于電動輪的爬坡要求高，我們選用的發(fā)動機(jī)輸入功率可以達(dá)到2540匹馬力，在很惡劣的條件下依然保持動力強(qiáng)勁、安全行駛，不易出現(xiàn)陷車或因動力不足發(fā)生意外的狀況。提高運(yùn)行性和保證生產(chǎn)效率。

十幾年前的電動輪上下坡時(shí)，經(jīng)常因?yàn)檩嗰R達(dá)電機(jī)電流過大，出現(xiàn)碳刷與電機(jī)轉(zhuǎn)子間環(huán)火現(xiàn)象輪馬達(dá)燒壞，這些車輛目前只能安排到平路作業(yè)?，F(xiàn)在新進(jìn)的車輛逐步采用交流電機(jī)，大大的提高了電動輪整車安全性，同時(shí)也減少了出現(xiàn)故障的概率。

3.5 提高采礦運(yùn)輸設(shè)備的環(huán)保性

電動輪自卸卡車運(yùn)行廢氣的排放環(huán)境帶來了很大的污染，現(xiàn)在選型的發(fā)動機(jī)都是達(dá)到國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)排放，電子控制燃油系統(tǒng)根據(jù)工況控制燃油量噴射量，使用渦輪增壓進(jìn)氣，逐步增加到雙渦輪增壓器的趨勢發(fā)展，保證燃油更充分的燃燒，節(jié)約能耗和降低排放污染。

維修更換下的廢液壓油、機(jī)油都按環(huán)保要求收集處理，嚴(yán)禁遺留到野外造成環(huán)境污染、破壞生態(tài)平衡。關(guān)鍵部分潤滑情況根據(jù)需求調(diào)整潤滑油大小，既能保護(hù)好設(shè)備不出現(xiàn)異常磨損，又不造成潤滑油過多掉野外，造成環(huán)境污染和節(jié)約成本。

3.6 運(yùn)輸設(shè)備的人性化設(shè)計(jì)

電動輪自卸卡車從采購過程中就充分考慮到對人性化要求，對人性化越來越重視。對設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。駕駛室本身安全可靠給駕駛員駕駛時(shí)帶來了安全感，內(nèi)部冷暖空調(diào)、無線電通訊、音樂播放、充氣式座椅、儀表盤參數(shù)及報(bào)警裝置易懂等都考慮到給駕駛過程的舒適性和安全性。油水觀察方便及添加簡單和安全；樓梯底部采用軟梯，作業(yè)時(shí)防刮又方便駕駛員上下；前后4根活塞式油氣混合懸掛在起伏路面車輛可以保持平穩(wěn)運(yùn)行。

我國自主設(shè)計(jì)研發(fā)的國產(chǎn)電動輪中冶MCC400A汲取了進(jìn)口電動輪先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，又根據(jù)德興銅礦采礦場現(xiàn)場的惡劣環(huán)境條件下進(jìn)行改進(jìn)，其前懸掛采用的是雙橫臂獨(dú)立懸掛，在起伏和波浪型路面高速行駛，駕駛室依然保持平穩(wěn)，駕駛舒適對設(shè)備也有效的保護(hù)，降低了設(shè)備的異常故障，提高了電動輪自卸卡車的工作效率。國產(chǎn)電動輪通過優(yōu)化設(shè)計(jì)增加適用性，改進(jìn)后相比其他車輛駕駛室噪音小和振動強(qiáng)烈感下降，深得駕駛員的好評和喜歡。設(shè)備的人性化提高了駕駛的舒適性，就有效緩解了疲勞程度，使駕駛員精力充沛駕駛，減少了安全事故的發(fā)生，進(jìn)一步確保人員和設(shè)備財(cái)產(chǎn)的安全。國產(chǎn)自主設(shè)計(jì)的電動輪更人性化設(shè)計(jì)，贏得市場和更好的為露天采礦運(yùn)輸服務(wù)。

4 露天礦山設(shè)備的發(fā)展思路

對于礦產(chǎn)資源的開采，安全本擺在首位，所以對設(shè)備的依賴越來越大。只有不斷提高技術(shù)水平和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，設(shè)備性能和效率才可以得到了很大的提升和完善，才可以滿足采礦工作的順利實(shí)施。保證我國礦產(chǎn)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，從而推動整個(gè)國家的全面發(fā)展。

采礦是以礦產(chǎn)資源為中心，在同一礦脈上資源分布不一樣，在邊角或底部的品位可能又更低，對于開采難度大，如果不開采將是對資源的一種很大浪費(fèi)，采礦設(shè)備是采礦最有利的工具，只有提高設(shè)備性能才能把難和險(xiǎn)的資源利用起來［1］。

4.1 提高采礦設(shè)備研發(fā)力度

研發(fā)人員在設(shè)備的改革和更新方面起著不可磨滅的作用，礦產(chǎn)的開采由露天到井下，由陸地到海洋，環(huán)境越惡劣開采越艱難，但是生產(chǎn)能力還得保持穩(wěn)定，除了管理因素外，采礦設(shè)備的要求需更高技術(shù)越先進(jìn)。設(shè)備需要更好更快的研發(fā)出來，就要加大投入，同時(shí)也要對研發(fā)人員的重視，提高研發(fā)人員的素質(zhì)水平，使工作的質(zhì)量和效率的提高，更好的滿足現(xiàn)在資源的開發(fā)［2］。

首先要滿足提升研發(fā)人員的待遇，在待遇方面的滿足感可以提升工作積極性，在研發(fā)過程中都起到了不可估量的促進(jìn)作用，也可以吸引大量高水平的研發(fā)人員。其次研發(fā)人員要進(jìn)行定期的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，這樣可以提升研發(fā)人員的技術(shù)水平和思想轉(zhuǎn)變，可以更新思想，在研發(fā)過程中有創(chuàng)新的模式和想法有助于行業(yè)發(fā)展。

4.2 改變露天礦石運(yùn)輸方式

目前礦石運(yùn)輸是靠電動輪自卸卡車完成，隨著采區(qū)往下開采，卡車重車上坡速度降下降，影響了生產(chǎn)效率和柴油單耗增加，導(dǎo)致每噸運(yùn)輸成本提高，而且發(fā)動機(jī)的排放會在露天礦坑內(nèi)造成嚴(yán)重空氣污染。目前德興采礦場電動輪自卸卡車運(yùn)距和提升高度持續(xù)上升，成本持續(xù)增加［3］。面對高效率、易操作、低能耗這些嚴(yán)重的問題，德興銅礦采礦場未來可以采用較靈活性的電動輪自卸卡車架線輔助改造方式，和較經(jīng)濟(jì)性的破碎——礦石膠帶運(yùn)輸方式，通過降低柴油消耗和設(shè)備損耗成本提高經(jīng)濟(jì)效益。

4.2.1 采用電動輪自卸卡車架線輔助改造方式優(yōu)勢

卡車采用架線輔助供電時(shí)動力提升，上坡運(yùn)行速度更快生產(chǎn)率最大化，加快往返作業(yè)循環(huán)次數(shù)還可以減少車輛，并且耗電的費(fèi)用比柴油費(fèi)用低［5］。

改造后爬坡不再由發(fā)動機(jī)提供的動力決定，而靠外部供電決定，降低了發(fā)動機(jī)、輪馬達(dá)等負(fù)荷，減少卡車的維修保養(yǎng)費(fèi)用，延長設(shè)備的使用壽命。架線輔助供電時(shí)發(fā)動機(jī)基本處于怠速狀態(tài)，廢氣排放和噪音都明顯減少，減少了對環(huán)境的污染［5］。

4.2.2 采用破碎—礦石膠帶運(yùn)輸方式優(yōu)勢

德興銅礦采礦場富家塢采區(qū)廢石剝離最高點(diǎn)為海拔550m，目前開挖到最低點(diǎn)海拔135廢石排土場最低海拔為265m，根據(jù)勘探礦石儲存最低為海拔負(fù)200m左右。采區(qū)落差巨大和運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，在未來采礦可以考慮改用破碎——膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)［3］。在中間設(shè)置相應(yīng)的中轉(zhuǎn)站，再通過膠帶運(yùn)輸方式把礦石運(yùn)到目的地，達(dá)到降低成本。

其優(yōu)點(diǎn)不受霧大影響駕駛員視線避免了安全隱患，不受道路影響給設(shè)備帶來是損壞，電耗的成本對于柴油消耗成本，成本預(yù)算及可控性高。

5 露天采礦設(shè)備未來發(fā)展展望

江銅戰(zhàn)略資源越來越多，為保證露天開采的效率和水平，可以采礦設(shè)備上逐步實(shí)現(xiàn)自動化、國產(chǎn)化，達(dá)到減少人員使用和降本增效的目的。

5.1 采礦設(shè)備的自動化和智能化發(fā)展

現(xiàn)代科技的發(fā)展，采礦設(shè)備不斷與計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，采礦設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)了遙控和自動控制技術(shù)，提高了生產(chǎn)效率，增加了設(shè)備安全性降低了生產(chǎn)成本，對有危險(xiǎn)的作業(yè)具有更大的優(yōu)越性。

井下采礦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鏟運(yùn)機(jī)遙控作業(yè)技術(shù)，未來露天礦山電鏟也可實(shí)現(xiàn)遙控裝車技術(shù)。小松公司電動輪無人駕駛自卸卡車正在研發(fā)，在成功之后，應(yīng)用到礦山實(shí)際中，解決人員不足和易疲勞等因素，提高露天礦區(qū)采礦的效率具有很大的促進(jìn)作用。

將電子信息技術(shù)融入到采礦設(shè)備中，使采礦設(shè)備智能化［4］。設(shè)備智能化減少無功損耗，一旦發(fā)生故障便會及時(shí)發(fā)出警報(bào)，相關(guān)的工作人員便會第一時(shí)間進(jìn)行故障排除，大大提高了開采效率。除此之外，可以提醒操作人員定期對設(shè)備進(jìn)行一定的維護(hù)和保養(yǎng)，有效延長設(shè)備的使用壽命。在很大程度上提高設(shè)備的使用效率和使用時(shí)間。

現(xiàn)代化技術(shù)必將推動，未來將逐步把智能化和自動化應(yīng)用到露天采礦實(shí)踐中，采礦設(shè)備管理越來越系統(tǒng)和完善，提高設(shè)備使用的效率，對礦業(yè)企業(yè)帶來了突破性的發(fā)展。

5.2 采礦設(shè)備的國產(chǎn)化發(fā)展

采礦設(shè)備受外國廠商在關(guān)鍵備件的技術(shù)壟斷和溢價(jià)，額外增加了成本，備件到貨時(shí)間長，也影響了采礦設(shè)備的有效利用率。江銅集團(tuán)近今年已大力推動設(shè)備和備件國產(chǎn)化，同時(shí)與國內(nèi)大的設(shè)備生產(chǎn)制造廠商簽訂長期協(xié)議，建立長期合作機(jī)制和雙方信用合作的橋梁實(shí)現(xiàn)互利互贏。

國產(chǎn)化項(xiàng)目推動帶來以下效果：縮短采購周期降低庫存，國產(chǎn)備件可以試驗(yàn)合格后付款，在一定周期內(nèi)緩解成本壓力。合理使用好國產(chǎn)化備件成本降低30% ～40%，對于降本增效工作效果顯著，而且國產(chǎn)化有效打壓了進(jìn)口備件的價(jià)格。由此可以看出，采礦設(shè)備國產(chǎn)化的發(fā)展將成為設(shè)備的一個(gè)重要發(fā)展方向。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，露天采礦工藝和設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代，大大提高工作效率和產(chǎn)量，從而有效地促進(jìn)礦業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通過對露天采礦工藝技術(shù)的創(chuàng)新和高科技發(fā)展下，我國采礦技術(shù)及采礦設(shè)備的發(fā)展有了很大進(jìn)步，有效地促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，拉近我國與國外發(fā)達(dá)國家的距離。