電鏟采掘操作標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用

張 楠， 何鐵牛， 王晉巖

(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司 峨口鐵礦， 山西 代縣 034207)

0 前言

峨口鐵礦是太鋼集團(tuán)主要鐵礦粉原料基地，采礦廠分為南西、南東、北西、北東四個(gè)采場(chǎng)，相距7～10 km，電鏟是采礦主要設(shè)備，它屬于礦用機(jī)械正鏟式單斗挖掘機(jī)，主要用來采掘剝離經(jīng)過爆破后的巖石和礦石，也被廣泛用于大型水利建筑工程中土石方的挖掘工作。峨口鐵礦用10臺(tái)型號(hào)為WK- 4B的電鏟，擔(dān)負(fù)900萬t/a鐵礦石，3 000萬t/a廢石采掘鏟裝任務(wù)，因此電鏟是廢石及鐵礦石采掘主要設(shè)備，而電鏟管理的關(guān)鍵任務(wù)是如何降低司機(jī)現(xiàn)場(chǎng)采掘操作故障，杜絕野蠻和過載操作，充分發(fā)揮電鏟采掘鏟裝效率和作業(yè)率，而電鏟司機(jī)現(xiàn)場(chǎng)采掘操作故障占電鏟總故障48.5%左右，總成本37.8%左右是由操作使用消耗的成本，通過對(duì)電鏟現(xiàn)場(chǎng)操作標(biāo)準(zhǔn)化研究可以提高電鏟關(guān)鍵部件的使用壽命，降低電鏟的運(yùn)行故障和采掘成本，現(xiàn)在電鏟使用效率(采掘鏟裝量)為218萬t/a，作業(yè)率62.86%，在國內(nèi)礦山行業(yè)屬于較高水平。

1 峨口鐵礦電鏟簡(jiǎn)介

峨口鐵礦電鏟型號(hào)為WK- 4B，鏟斗容量為5 m3，鏟斗最大提升力450 kN，提升速度0.885 m/s，最大推壓力225 kN，推壓速度 0.53 m/s，最大爬坡角度12°，行走速度0.43 km/h，履帶最大牽引力785 kN，回轉(zhuǎn)角度90°，卸載的工作循環(huán)時(shí)間25 s，理論生產(chǎn)率(β=90°時(shí))720 m3/h，使用三相交流電源電壓3 000/6 000 V，主交流電動(dòng)機(jī)功率250 kW，機(jī)器自重208.5 t。

WK- 4B電鏟是多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的單斗正鏟式機(jī)械挖掘機(jī)，采用單梁挺桿式起重臂，雙斗桿齒條推壓機(jī)構(gòu)和少支點(diǎn)的履帶行走機(jī)構(gòu)。由工作裝置、上部機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承和行走機(jī)構(gòu)等部分組成。靠電氣控制系統(tǒng)和氣壓操縱系統(tǒng)完成整機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)采掘及裝載作業(yè)。其中推壓、提升、回轉(zhuǎn)和行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分均采用漸開線圓柱齒輪、圓錐齒輪和齒條傳動(dòng)。除了推壓機(jī)構(gòu)的第一級(jí)傳動(dòng)齒輪付和推壓小齒輪、齒條；提升卷筒齒輪付、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的末級(jí)傳動(dòng)齒輪付以及底架梁內(nèi)的行走機(jī)構(gòu)齒輪付均為開式齒輪傳動(dòng)外，其余各傳動(dòng)齒輪均置于密閉減速箱體內(nèi)。

電鏟主要的傳動(dòng)齒輪和軸類采用高強(qiáng)度的鉻錳硅鉬合金鑄鋼和鉻錳硅鉬合金鍛鋼，在部分零件中還使用了鎳合金。減速機(jī)的箱體、箱蓋、支架等零件均采用高強(qiáng)度炭素鑄鋼、球墨鑄鐵或焊接結(jié)構(gòu)。所有焊接結(jié)構(gòu)件中的主要零件均采用焊接性能良好的16Mn或A633D等低合金高強(qiáng)度鋼板制造。環(huán)形軌道、行走傘齒輪、推壓大齒輪、提升卷筒大齒輪等都采用了中頻淬火的熱處理工藝，以便得到較深的淬硬層來提高使用壽命。斗齒、斗前壁、斗底彎梁、斗提梁、履帶板等易磨損的零件均采用經(jīng)過水韌處理的高錳鋼鑄件，各種配件均立足于國內(nèi)生產(chǎn)。

2 電鏟采掘操作標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用與研究

2.1 電鏟采掘現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)操作標(biāo)準(zhǔn)

(1)采掘前電鏟啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)?dòng)前準(zhǔn)備，司機(jī)按點(diǎn)檢表項(xiàng)目點(diǎn)檢確認(rèn)無誤后,在《電鏟司機(jī)崗位一表化》規(guī)范填寫點(diǎn)檢記錄，更換、包扎、倒電纜時(shí)必須作相序試驗(yàn)方可啟動(dòng)。

(2)合上高壓隔離開關(guān)電源，使副變壓器得電；合上各控制柜的自動(dòng)空氣開關(guān)電源，接通各控制回路；合總勵(lì)磁開關(guān)電源，將SA1、SA2、SA3置于合閘位置，啟動(dòng)電鏟頂棚通風(fēng)機(jī)，空壓機(jī)，集中潤滑泵等輔助設(shè)備。

(3)按下SBS1、SBS2起動(dòng)高壓真空接觸器電源開關(guān)，主變壓器電源；觀察左右操作臺(tái)指示燈，提升、推壓、回轉(zhuǎn)/行走啟動(dòng)停止信號(hào)燈為紅色(即停止?fàn)顟B(tài))和報(bào)警燈是否閃爍;鳴笛后啟動(dòng)主電機(jī)，按下SBS3啟動(dòng)直流回路電源開關(guān)，數(shù)字電鏟啟動(dòng)高壓電源，直流電源及各勵(lì)磁開關(guān)電源。

(4)啟動(dòng)提升系統(tǒng)電源開關(guān)，將1QC由左30°轉(zhuǎn)向中間位置，啟動(dòng)1KM1提升主接觸器電源，提升啟動(dòng)停止信號(hào)燈為綠色；再將1QC由中間位右轉(zhuǎn)30°打開提升電磁閥電源，提升電動(dòng)機(jī)即可在主令的控制下運(yùn)行。

(5)啟動(dòng)推壓系統(tǒng)電源開關(guān)，將2QC由左30°轉(zhuǎn)向中間位置，啟動(dòng)2KM1推壓主接觸器電源，推壓?jiǎn)?dòng)停止信號(hào)燈為綠色；再將2QC由中間位右轉(zhuǎn)30°打開推壓電磁閥電源，推壓電動(dòng)機(jī)即可在主令的控制下運(yùn)行。

(6)啟動(dòng)回轉(zhuǎn)/行走系統(tǒng)電源開關(guān)，將3QC由中間位置向右30°選擇回轉(zhuǎn)，啟動(dòng)回轉(zhuǎn)直流接觸器KMD1電源，1.5 s后回轉(zhuǎn)/行走主接觸器啟動(dòng)，回轉(zhuǎn)/行走啟動(dòng)停止信號(hào)燈顯示為綠色；再將3QC向右轉(zhuǎn)30°打開回轉(zhuǎn)電磁閥電源，回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在主令的控制下運(yùn)行；同樣行走系統(tǒng)：將3QC由中間位置向左轉(zhuǎn)30°選擇行走，啟動(dòng)行走直流接觸器KMD2和行走電機(jī)勵(lì)磁接觸器KMD3電源，1.5 s后回轉(zhuǎn)/行走接觸器3KMA1啟動(dòng)，1.5 s后將3QC再向左30°打開行走電磁閥電源，行走電動(dòng)機(jī)在主令的控制下運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，嚴(yán)禁打反車。

(7)確認(rèn)左右控制器手柄在零位、提升、推壓、回轉(zhuǎn)/行走各部開關(guān)在零位、并與電鏟上下所有人聯(lián)系呼喊應(yīng)答、確認(rèn)具備啟鏟條件，鳴笛提起鏟斗試裝。

(8)檢查各電機(jī)無冒火現(xiàn)象。檢查風(fēng)路、油路無泄露。檢查各部抱閘靈敏可靠。運(yùn)轉(zhuǎn)各部無異響。檢查完畢，填寫采掘前崗位點(diǎn)檢記錄。

2.2 電鏟采掘現(xiàn)場(chǎng)操作標(biāo)準(zhǔn)

(1)采掘現(xiàn)場(chǎng)操作安全標(biāo)準(zhǔn)：按標(biāo)準(zhǔn)接班后觀察爆堆頂部有無大塊，作業(yè)掌子面是否堅(jiān)硬平整，回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)有無障礙，天輪與高壓線安全距離是否大于2 m，電鏟與臺(tái)階邊緣安全距離是否大于3 m，電鏟后部擺放電纜至少要有10 m可退距離。(爆堆頂部有大塊執(zhí)行電鏟防砸預(yù)案，地形松軟執(zhí)行電鏟防陷預(yù)案)。

(2)電鏟設(shè)備功能精度標(biāo)準(zhǔn)，按照當(dāng)班點(diǎn)檢項(xiàng)目完成設(shè)備點(diǎn)檢內(nèi)容，確認(rèn)電鏟正常。

(3)電鏟司機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)配戴防塵口罩，持證方可操作設(shè)備，徒工必須在師傅的監(jiān)護(hù)下操作，嚴(yán)禁徒工單人上崗，鏟裝操作前把窗戶關(guān)好。

(4)電鏟司機(jī)鳴笛示意后啟動(dòng)電鏟，鏟斗離開地面后，鏟桿水平伸出，打開斗底門、鳴笛作360°回轉(zhuǎn)。電鏟回轉(zhuǎn)時(shí)，配重箱圓弧頂點(diǎn)與運(yùn)礦車或工作面的距離大于1 m。電鏟履帶與掌子面接觸面要平整，避免三條腿采掘，避免底部挖空。采掘時(shí)，方軸對(duì)著采掘面作業(yè)。同時(shí)應(yīng)將撥叉離合器打到履帶架一邊(備注：在坡道上工作時(shí)不得采用此法)。

(5)先閉合斗底門，同時(shí)操作推壓提升機(jī)構(gòu)使鏟桿垂直地面，推壓回零位，操作提升機(jī)構(gòu)使提梁與大繩成一條直線，準(zhǔn)備切入爆堆采掘。

(6)采掘時(shí)先操作提升機(jī)構(gòu)至鏟斗牙尖底部與地面平行，再緩慢操作推壓機(jī)構(gòu)，斗齒尖以標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)水平切入爆堆，推壓提升配合以提升操作為主，推壓根據(jù)礦石實(shí)際情況伴隨跟進(jìn)，直至鏟斗挖滿。

(7)待鏟斗離開礦堆，開始操作推壓，繼續(xù)操作提升使大繩提梁與地面垂直為止。

(8)裝大車時(shí)，鏟桿水平伸出、鏟斗懸停在車道中，為大車指明倒車位置?；剞D(zhuǎn)至車廂尾部，回轉(zhuǎn)減速后鏟斗從大車內(nèi)側(cè)上面至車廂中心，鏟斗底門下降至車箱底高度0.5 m時(shí)，邊推壓、邊拉開斗底門，將礦石卸在車廂中部。裝車時(shí)，第一斗不裝大塊，不夠回轉(zhuǎn)半徑不裝車，不碰撞大車，不扒壓大車箱幫，鏟斗不逾越大車司機(jī)室。

(9)礦石爆堆粒度較大時(shí)，先掃清表面浮石，多方位反復(fù)試鏟，尋找容易切入的部位，將礦石爆堆松動(dòng)后，排齒采掘。采掘中不深啃硬挖，堵轉(zhuǎn)不超3 s，不撞保險(xiǎn)牙、不撞緩沖器、不撞掌子面、不支大架子、不橫掃大塊。將礦石大塊堆放在不影響電鏟、大車作業(yè)的另一側(cè)。

(10)電礦采掘操作過程中，清空鏟下大塊礦石。

2.3 電鏟現(xiàn)場(chǎng)最佳采掘?qū)挾妊芯?/h3>

根據(jù)電鏟現(xiàn)場(chǎng)采掘計(jì)算公式(1)，推算出電鏟采用端面和雙側(cè)鏟裝的情況下，電鏟鏟裝效率最高，采掘帶寬度Bd由以下公式計(jì)算：

Bd=Rmax×(1+sin(α-π/2))

(1)

式中Bd—采掘帶寬度，m，計(jì)算確定；

Rmax—站立水平最大挖掘半徑，m，計(jì)算確定為Rmax=14.3 m；

α—電鏟雙側(cè)裝車合理旋轉(zhuǎn)角度，130～150°，可計(jì)算確定。

綜上所述，電鏟在雙側(cè)裝車效率最高，根據(jù)公式(1)計(jì)算，最終確定電鏟的最佳采掘帶寬度為Bd=35 m。

2.4 電鏟現(xiàn)場(chǎng)鏟裝操作標(biāo)準(zhǔn)最佳采掘?qū)挾妊芯?/h3>

(1)電鏟裝車，要求車廂三面不流礦，前面填平(車廂齊平)中間冒尖。

(2)按GPS操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)量操作，發(fā)現(xiàn)GPS故障匯報(bào)作業(yè)區(qū)值班干部，由值班干部協(xié)調(diào)處理或暫時(shí)使用手動(dòng)計(jì)量單計(jì)量。

(3)嚴(yán)格執(zhí)行礦部配礦制度，遵循先上部后下部的鏟裝順序，嚴(yán)禁在懸浮物下采掘。

(4)礦巖交界處，電鏟司機(jī)鳴號(hào)嚴(yán)格執(zhí)行“一聲礦、二聲巖、三聲車位不當(dāng)”的信息指令。

(5)礦巖上下分層時(shí)，使用液壓挖掘機(jī)將上部巖石清理后，再正常鏟裝下部礦石。

(6)礦巖混雜采區(qū)，鏟裝礦石時(shí)遇到巖石，先把巖石堆放一邊，以減少礦石貧化；鏟裝巖石時(shí)遇到礦石，先把礦石堆放一邊，以減少礦石損失。

(7)嚴(yán)禁鏟裝大塊，凍皮下面的礦石。鏟裝中難以鑒別礦巖時(shí)，借助磁鐵鑒別并匯報(bào)值班技術(shù)員鑒定。鏟裝遇采場(chǎng)爆破放炮時(shí)，按時(shí)避炮。

2.5 電鏟采掘停機(jī)操作標(biāo)準(zhǔn)：

(1)電鏟停止采掘時(shí)間(班前半小時(shí)內(nèi)停止采掘作業(yè)即甲班7:30、乙班15:30、丙班23:30)

(2)將電鏟退出掌子面10 m以外。如掌子面超12 m、爆堆頂有滾石危險(xiǎn)及溜槽下采掘時(shí)，將電鏟退出15 m以外的平坦位置。

(3)電鏟鏟斗插銷底部與牙尖同時(shí)接觸地面放在地下，斗底門關(guān)閉，提梁保持水平。

(4)控制器手柄放在零位，關(guān)閉各主令開關(guān)電源。

(5)關(guān)閉直流電源，關(guān)閉主電機(jī)電源(全數(shù)字電鏟關(guān)閉高壓電源)。

(6)關(guān)閉集中潤滑、空壓機(jī)和機(jī)棚通風(fēng)機(jī)電源。

(7)依次關(guān)閉各空氣開關(guān)電源:380、220、170 V電源及風(fēng)機(jī)、直流、拉門、潤滑開關(guān)等電源。

(8)將電鏟設(shè)備運(yùn)行情況和點(diǎn)檢記錄登記在《電鏟司機(jī)原始記錄工作日志》上，并將設(shè)備缺陷用手機(jī)反饋給設(shè)備點(diǎn)檢員，落實(shí)材料、備件情況。

3 電鏟異常情況操作標(biāo)準(zhǔn)

(1)發(fā)現(xiàn)電鏟回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)有人和設(shè)備活動(dòng)時(shí)，立即停止采掘操作,待人或設(shè)備撤離后方可操作。電鏟采掘過程中如需人員上下電鏟，須與司機(jī)聯(lián)系，確認(rèn)電鏟關(guān)閉各部勵(lì)磁后方可上下人員。

(2)礦堆有凍皮或大塊嚴(yán)禁橫掃操作，采取措施變換鏟裝方位避開石塊滾道。嚴(yán)禁用鏟斗接滾落的大塊或凍皮，需將鏟斗前壁靠近大塊或凍皮，緩慢下放。工作面凍結(jié)層不準(zhǔn)伸出1 m以上，當(dāng)工作面凍結(jié)層懸浮有塌落危險(xiǎn)時(shí)，嚴(yán)禁電鏟繼續(xù)在該部位采掘作業(yè)。

(3)電鏟出現(xiàn)故障5 min內(nèi)匯報(bào)調(diào)度協(xié)調(diào)處理。如電鏟高壓電源接地時(shí)，立即停止操作，拉下電鏟的隔離開關(guān)與調(diào)度聯(lián)系 并通知其他人員禁止靠近電鏟，鏟上人員禁止下鏟，故障排除后方可采掘操作。

4 結(jié)語

電鏟是采掘及鏟裝操作的核心設(shè)備，電鏟司機(jī)每天對(duì)電鏟進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作，精心點(diǎn)檢，定期維護(hù)，才能降低電鏟故障和采掘成本，延長(zhǎng)關(guān)鍵部件(如斗齒、齒輪、鏟桿及鋼絲繩等)使用壽命；如因電鏟司機(jī)野蠻操作，過載使用，造成電鏟斗齒或鋼絲繩斷裂，鏟桿及齒輪開裂，按照采掘操作標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)肅考核操作人員；如因電鏟司機(jī)點(diǎn)檢質(zhì)量、點(diǎn)檢缺失、點(diǎn)檢不真實(shí)等原因造成電鏟故障，按照點(diǎn)檢管理制度考核電鏟司機(jī)；通過對(duì)電鏟采掘操作標(biāo)準(zhǔn)研究與應(yīng)用，提高采掘效率，消除電鏟操作故障，杜絕電鏟過載及野蠻操作責(zé)任事故發(fā)生，減少維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)行成本，延長(zhǎng)電鏟關(guān)鍵部件使用壽命。