現(xiàn)代化新技術(shù)在露天礦山的應(yīng)用

吳子雍

（長(zhǎng)春黃金設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

我國(guó)露天礦山在開采期間，以往多配合使用挖掘機(jī)和卡車，由于工藝單一，導(dǎo)致效率低下。新形勢(shì)下，采用現(xiàn)代化新技術(shù)創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，成為從業(yè)人員的關(guān)注要點(diǎn)。

1 露天礦山開采作業(yè)現(xiàn)狀

（1）開采特點(diǎn)。露天礦山開采作業(yè)的特點(diǎn)如下：①資源友好，體現(xiàn)在回采率高，一般達(dá)到95%以上。②環(huán)境友好，開采后的土地可以復(fù)墾，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。③安全性高，相比于井下作業(yè)，露天開采環(huán)境更加安全，能保持常年作業(yè)零死亡率。④集中開采，由于生產(chǎn)規(guī)模大，采用集約化生產(chǎn)模式，能最大程度上降低生產(chǎn)成本。⑤機(jī)械化程度高，有利于開展現(xiàn)場(chǎng)管理工作。

（2）存在問題。我國(guó)露天礦山的賦存特點(diǎn)，是煤層多、煤層厚、覆蓋層厚，開采作業(yè)中存在的問題主要有：①開采工藝單一，單純依靠挖掘機(jī)采煤、卡車運(yùn)煤，不僅開采效率低，而且成本較高，影響經(jīng)濟(jì)效益。②在環(huán)境保護(hù)方面有誤區(qū)，不少礦山企業(yè)采用先破壞、后修復(fù)的理念，影響礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展。③機(jī)械設(shè)備更新速度慢，日常維修養(yǎng)護(hù)不到位，甚至出現(xiàn)超期運(yùn)行的情況，影響生產(chǎn)安全。

2 油電混合動(dòng)力新技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展背景，為了響應(yīng)國(guó)家提出的節(jié)能降耗號(hào)召，露天礦山開采作業(yè)應(yīng)該推廣使用現(xiàn)代化新技術(shù)。以機(jī)械設(shè)備為例，應(yīng)該采用節(jié)能環(huán)保型設(shè)備，降低燃油成本；加大技術(shù)研發(fā)力度，使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備取代進(jìn)口設(shè)備，從而縮減養(yǎng)護(hù)成本；設(shè)備應(yīng)向電氣化、自動(dòng)化發(fā)展，優(yōu)先使用電能資源；還要降低設(shè)備排放量，減少對(duì)礦區(qū)環(huán)境的污染。以油電混合動(dòng)力新技術(shù)為例，簡(jiǎn)要介紹如下：

（1）柴油機(jī)+電動(dòng)機(jī)混合技術(shù)。該技術(shù)是使用內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)2套液壓動(dòng)力系統(tǒng)、1套執(zhí)行系統(tǒng)。在油電轉(zhuǎn)化上，不僅設(shè)計(jì)了互鎖、互通、降壓?jiǎn)?dòng)等功能，還設(shè)置了過載、過流、漏電保護(hù)等系統(tǒng)，同時(shí)采用電纜跟蹤自動(dòng)收放裝置。該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：①和單獨(dú)燃油相比，在作業(yè)效率相同的條件下，用電成本是用油成本的30%；②現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)期間不僅噪聲小，而且不會(huì)排放廢氣，可以保護(hù)礦區(qū)環(huán)境；③配置防爆電機(jī)和全封閉電器，具有良好的防火性能，提高開采安全性；④根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，可以配置計(jì)量器、作業(yè)計(jì)時(shí)器等元件，實(shí)現(xiàn)光、電、液的一體化。

（2）柴油機(jī)+電能混合技術(shù)。以電動(dòng)輪卡車為例，當(dāng)有電源供應(yīng)時(shí)，此時(shí)采用輔助架線供電，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行；當(dāng)沒有電源供應(yīng)時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，如果遇到下坡路段，車輛制動(dòng)產(chǎn)生的電力，可以通過輔助架線傳輸至電網(wǎng)。該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：①大型機(jī)械上坡時(shí)，解決了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足的問題，可以提高運(yùn)行速度；②減少了燃油消耗量，替代使用部分電能，可以減少?gòu)U氣排放量，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境；③對(duì)運(yùn)輸卡車的性能要求低，尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可以適當(dāng)減小。

（3）實(shí)際應(yīng)用。第一，混合動(dòng)力旋挖鉆。在礦山爆破作業(yè)中，混合動(dòng)力旋挖鉆用于鉆孔，采用柴油機(jī)+電動(dòng)機(jī)混合技術(shù)，能適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的土壤條件。結(jié)合實(shí)踐，該設(shè)備一般配置液壓履帶式伸縮底盤、伸縮鉆桿、可折疊鉆桅，同時(shí)具備孔深顯示系統(tǒng)，可對(duì)垂直度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，因此操作方便、人性化。第二，混合動(dòng)力排土機(jī)。露天礦山開采作業(yè)中，混合動(dòng)力排土機(jī)是成套設(shè)備的一個(gè)組成部分，采用柴油機(jī)+電能混合技術(shù)，和膠帶輸送機(jī)配合使用，可以對(duì)礦區(qū)內(nèi)的物料進(jìn)行堆放、排棄。相比于以往使用的機(jī)車，混合動(dòng)力排土機(jī)的占地面積減少80%，自身重量減少54%，工作效率提高54%，投資成本降低50%。和汽車排土相比，占地面積、自身重量相近，但工作效率提高280%，投資成本降低31%。由此可見，該設(shè)備的使用，可以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。第三，混合動(dòng)力拉斗鏟。拉斗鏟屬于挖掘類機(jī)械，在鏟斗、懸臂之間，使用鋼絲繩進(jìn)行連接，在露天礦區(qū)生產(chǎn)中用來采煤和裝運(yùn)。按照不同驅(qū)動(dòng)方式，可以分為柴油驅(qū)動(dòng)、純電力驅(qū)動(dòng)、柴油-電力混合驅(qū)動(dòng)三種。混合動(dòng)力拉斗鏟的特點(diǎn)，是斗容量大，最大約為170m3；懸臂更長(zhǎng)，最長(zhǎng)約為160m；作業(yè)范圍廣，驅(qū)動(dòng)總功率達(dá)到3.73萬KW。第四，混合動(dòng)力推土機(jī)。推土機(jī)可以獨(dú)立完成挖土、運(yùn)土、卸土等工作，不僅操作靈活，而且運(yùn)行速度快，不需要占用較大工作面。在實(shí)際生產(chǎn)中，主要是對(duì)I-III類土進(jìn)行淺挖、短運(yùn)，從而平整場(chǎng)地、推筑路基等。在常規(guī)推土機(jī)的基礎(chǔ)上，可以采用柴油機(jī)+電動(dòng)機(jī)混合技術(shù)進(jìn)行改造，也可以采用柴油機(jī)+電能混合技術(shù)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

此外，還有混合動(dòng)力電鏟、混合動(dòng)力礦卡、混合動(dòng)力挖掘機(jī)、混合動(dòng)力抓斗起重機(jī)等設(shè)備，此處不再一一介紹。從作業(yè)成本來看，混合動(dòng)力設(shè)備的成本優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是油電消耗成本低，混合動(dòng)力設(shè)備的電耗成本，只有燃油成本的40%；二是維修保養(yǎng)成本低，傳統(tǒng)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生機(jī)油、冷卻液、三濾更換等費(fèi)用，而混合動(dòng)力設(shè)備只需更換正常消耗的原件；三是使用場(chǎng)合廣泛，露天礦山多位于高海拔地區(qū)，隨著海拔升高，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率會(huì)降低，導(dǎo)致油耗增加，但對(duì)混合動(dòng)力設(shè)備的影響不大。

3 其他新技術(shù)在露天礦山開采中的應(yīng)用

（1）可移式破碎鉆?？梢剖狡扑殂@是由破碎機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、汽車組成，露天礦山在開采過程中，隨著開采深度增加，破碎機(jī)必須快速移動(dòng)，確保汽車處于最佳運(yùn)距以內(nèi)。固定式破碎機(jī)不僅造價(jià)高，而且不能移動(dòng)，拆裝產(chǎn)生的費(fèi)用大，難以滿足生產(chǎn)需求。在此背景下，可移式破碎鉆出現(xiàn)，在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家的礦山中均得到普遍應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，鞍鋼齊大山鐵礦建成一套可移式破碎鉆系統(tǒng)，主要用于陡坡鐵路運(yùn)輸，不僅提高了鐵路運(yùn)輸?shù)钠露?，而且增加了采深距離。

（2）大傾角運(yùn)輸機(jī)。在露天礦山中，大傾角運(yùn)輸機(jī)的使用具有諸多優(yōu)勢(shì)。在國(guó)外，美國(guó)研發(fā)出夾持式大傾角運(yùn)輸機(jī)，由2條膠帶組成；英國(guó)將鏈板和膠帶相組合，研發(fā)出大傾角運(yùn)輸機(jī)；瑞典則研發(fā)出袋式大傾角運(yùn)輸機(jī)，由2條膠帶進(jìn)行牽引。這些運(yùn)輸機(jī)的使用，其傾角均超過30°，能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸需求，減少汽車使用數(shù)量，并有效縮短運(yùn)輸距離，從而節(jié)約開采成本。在國(guó)內(nèi)，馬鞍山礦山和國(guó)外企業(yè)合作，研發(fā)具有中國(guó)特色的大傾角運(yùn)輸技術(shù)，并且建成了試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模擬試驗(yàn)顯示具有良好的效果，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸作業(yè)的連續(xù)性、集中化。

4 結(jié)語

露天礦山是我國(guó)礦山的重要組成部分，露天開采具有諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些問題。文中以油電混合動(dòng)力新技術(shù)為主，介紹了柴油機(jī)+電動(dòng)機(jī)混合技術(shù)、柴油機(jī)+電能混合技術(shù)的發(fā)展，以及可移式破碎鉆、大傾角運(yùn)輸機(jī)在露天開采中的具體應(yīng)用。希望為礦區(qū)生產(chǎn)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，提高經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，推動(dòng)我國(guó)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展。