采礦設(shè)備的現(xiàn)狀分析與發(fā)展研究

張文瑞

摘要：文章介紹了露天采礦設(shè)備中的裝載設(shè)備以及運輸設(shè)備現(xiàn)狀和發(fā)展，介紹本廠中應(yīng)用的裝載設(shè)備以及運輸設(shè)備。在分析露天采礦設(shè)備現(xiàn)狀的同時，指明露天采礦設(shè)備的發(fā)展方向，為企業(yè)的發(fā)展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：露天采礦設(shè)備;現(xiàn)狀;發(fā)展

引言

目前，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及對各種能源的需求量不斷增加，煤炭資源一直以來都是我國的主要能源形式，是目前我國電能生產(chǎn)的主要燃料。我國露天煤礦占據(jù)全國煤炭生產(chǎn)重量約1/10，開展露天煤礦建設(shè)的同時，也在不斷應(yīng)用現(xiàn)代化的大型露天采礦設(shè)備來提高生產(chǎn)能力，在應(yīng)用各項先進(jìn)技術(shù)的同時，也推動露天采礦設(shè)備向電子化和自動化方向發(fā)展。本文分析露天采礦生產(chǎn)中所應(yīng)用的裝載、運輸?shù)仍O(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展，并展望未來露天采礦設(shè)備的發(fā)展趨勢。

裝載設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展

露天采礦設(shè)備中的裝載設(shè)備主要有機(jī)械挖掘機(jī)以及液壓挖掘機(jī)等類型。挖掘機(jī)的發(fā)展主要由手動方式向蒸汽驅(qū)動以及內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動和電力驅(qū)動等方式逐漸發(fā)展和演變。目前最為常用的是鋼絲繩和齒輪推壓方式的電動挖掘機(jī)，這也是露天礦山中采剝工程所需要的機(jī)械設(shè)備;比較常用的是單斗挖掘機(jī)，以及目前比較先進(jìn)的多斗挖掘機(jī)。針對液壓挖掘機(jī)來說，功能更加多樣化，這大大提高了勞動生產(chǎn)率和工程質(zhì)量。在技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步的同時，鏟斗容量也在持續(xù)增加，而且在相關(guān)技術(shù)進(jìn)步的同時，也降低了故障概率。此種挖掘機(jī)也在露天采礦中開始廣泛采用。

以其中的WK–35挖掘機(jī)為例，首臺WK–35挖掘機(jī)于2007年9月在神華準(zhǔn)能黒岱溝露天煤礦投入生產(chǎn)，運行時間超過60000小時。其主要特點為自主開發(fā)研制產(chǎn)品，具有自主品牌和自有知識產(chǎn)權(quán);整機(jī)功能配置齊全，性能參數(shù)選擇合理，總體布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計先進(jìn)，性能完善可靠;推壓方式為單梁起重臂、雙梁斗桿、齒輪齒條式推壓;主要結(jié)構(gòu)件選材合理，結(jié)構(gòu)先進(jìn);傳動系統(tǒng)布置合理，傳動件全部采用硬齒面齒輪傳動;回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)采用行星齒輪傳動;電氣及其控制系統(tǒng)采用成熟的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)和數(shù)字控制技術(shù);主要外購配套件選用進(jìn)口名牌產(chǎn)品;具有鏟斗容量大、工作范圍大、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、主要結(jié)構(gòu)件和易損件壽命長、易于維護(hù)保養(yǎng)、故障率低等特點。整機(jī)技術(shù)水平達(dá)到當(dāng)代國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)國內(nèi)產(chǎn)品的空白。WK–35型挖掘機(jī)可與載重量為172～263噸的礦用自卸汽車配套使用;可適用于年產(chǎn)量在1500萬噸級及以上規(guī)模的大型露天礦山。

運輸設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展

露天采礦中的運輸設(shè)備主要經(jīng)歷了以下發(fā)展并有幾種類型：首先是電動輪自卸汽車，最早應(yīng)用于上世紀(jì)60年代，表現(xiàn)出較好的靈活性、較高的使用效率和經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點。在自卸卡車等大型設(shè)備應(yīng)用的同時，也降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率;其次是機(jī)械傳動式自卸汽車，在機(jī)械傳動式運輸設(shè)備的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出良好的優(yōu)越性和發(fā)展速度，載重量也在不斷增加;再次是自卸卡車–破碎站–帶式輸送機(jī)運輸系統(tǒng)，此運輸設(shè)備在目前的露天采場破碎系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用;最后是自移式破碎機(jī)，此設(shè)備是在露天采場中集中控制和調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展的過程中逐漸應(yīng)用的，提高了露天礦山開采效率和礦山產(chǎn)量，對于露天礦以及整套工藝的應(yīng)用具有促進(jìn)作用。此外，還有架線輔助運輸系統(tǒng)，其應(yīng)用較大的汽車牽引力，表現(xiàn)出較強(qiáng)的爬坡能力以及較快的車輛運行速度。此外，油耗也比較低，在開展露天采礦設(shè)備的同時，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

以北重的NTE240級礦用自卸車為例，其載重為220～236t，主要特點有以下幾方面：第一是良好的機(jī)性和行走平順性，這是由于具有最佳方向控制和幾何參數(shù)、獨特的氣液懸掛;第二是較高的使用儲備，由于組件采用當(dāng)代先進(jìn)的加力技術(shù)，大架和車廂采用高強(qiáng)度材料制成;第三是由于采用舒適的駕駛室、全液壓方向控制、高效液力減速裝置、帶護(hù)板的車廂等，表現(xiàn)出良好的司機(jī)舒適性和安全性。總結(jié)其性能特點為：技術(shù)保養(yǎng)勞動強(qiáng)度底;零部件高度統(tǒng)一使用儲備高;最佳的裝備和零配件價格;全過程服務(wù)保障和技術(shù)跟蹤;耗材使用范圍廣;根據(jù)用戶的意愿對產(chǎn)品的性能結(jié)構(gòu)更新改造;維修簡單。

今后露采設(shè)備主要發(fā)展方向

首先是司機(jī)室內(nèi)的工作環(huán)境會更加舒適，工作環(huán)境的改善方向是通過坑下的灑水降塵等措施來減少粉塵問題，并且不斷引入先進(jìn)的工程機(jī)械設(shè)備，在避免粉塵和揚塵等危害人員身體健康的同時，還要確保駕駛環(huán)境的舒適性。露天采礦設(shè)備在設(shè)計階段就開始注重人性化問題，全面、合理的考慮到設(shè)備使用的安全性和舒適性，不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，做到“以人為本”。同時，提高采礦設(shè)備的安全性也可以減少安全事故的發(fā)生，保障施工人員的生命安全。

其次是為了提高露天采礦效率和經(jīng)濟(jì)效益，需要推動露天采礦機(jī)械設(shè)備向大型化和自動化方向發(fā)展，不斷提升自卸車載重的能力。智能化的發(fā)展方向，就是司機(jī)行為監(jiān)控系統(tǒng)、卡車防撞預(yù)警、安全帶未系報警、防疲勞系統(tǒng)、車載稱重系統(tǒng)、胎溫胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、車輛燃油監(jiān)測系統(tǒng)、卡車盲區(qū)監(jiān)控及倒車影像系統(tǒng)等）、無人駕駛（如CAT? MineStar? （礦山之星）系統(tǒng)等）發(fā)展和應(yīng)用。針對電鏟來說，不僅是驅(qū)動方式上的改進(jìn)，而且在加載各類檢測系統(tǒng)（智能斗齒識別系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、稱重管理系統(tǒng)、電量及潤滑油消耗管理系統(tǒng)、設(shè)備健康管理系統(tǒng)）的同時，也在向智能化和信息化方向發(fā)展。近年來，我國的各類大型露天采礦設(shè)備不斷增多，也在逐漸靠近甚至超越國際先進(jìn)水平。設(shè)備的大型化實現(xiàn)了高產(chǎn)高效，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且大型設(shè)備相對配置的人員較少，降低了管理風(fēng)險。同樣生產(chǎn)能力的設(shè)備，單臺套能力越大，經(jīng)濟(jì)效益越好。

同時，無人駕駛技術(shù)也在不斷的成熟完善，無人駕駛是指通過在設(shè)備上安裝多種傳感器、GPS導(dǎo)航、控制器和通訊組件等來取代原來坐在駕駛室內(nèi)的司機(jī)，并在導(dǎo)航衛(wèi)星的支持下通過地面控制中心、通信基站等控制使設(shè)備能按特定路線行駛、裝載和卸載，自動地完成作業(yè)。拿卡特彼勒的卡特MineStar（礦山之星）來說，當(dāng)前卡特的自動化系統(tǒng)Cat? Command包括定位、環(huán)境（路況）檢測、機(jī)器控制、無線通信和位置控制，其原理是基于精確的GPS，在比較固定的路線行駛，GPS接收器連續(xù)不斷地監(jiān)測卡車的位置和方向，激光測距儀將掃描卡車前面的路面來確定是否有障礙，數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機(jī)處理告訴操作機(jī)器人如何執(zhí)行，同時該系統(tǒng)還包含有一個FleetCommander（車隊管理）套件，這是個綜合性的地表采礦監(jiān)測和控制系統(tǒng)，通過與現(xiàn)場移動設(shè)備的實時交互，可以使礦山經(jīng)營者提高設(shè)備利用率、管理操作者、跟蹤物料移動和監(jiān)測生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)率10–15%。對應(yīng)的國內(nèi)也在不斷完善V2X技術(shù)，V2X即車與車（V2V）、車與行人（V2P）、車與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車與網(wǎng)絡(luò)（V2N）等之間互相感知的一個通信系統(tǒng)，用以構(gòu)建“人車路云”高度協(xié)同的互連環(huán)境，實現(xiàn)車路協(xié)同控制、車車協(xié)同編隊、遠(yuǎn)程操作等高級/完全自動駕駛業(yè)務(wù)，最終支撐實現(xiàn)完全自動駕駛。

通過無人駕駛技術(shù)可以減少司機(jī)費用開銷、減少燃油費用、減少受不良天氣條件的影響、精準(zhǔn)的操作使得輪胎壽命提高40%，從而有效提升工作效率降低勞動力成本、增加生產(chǎn)率，同時在安全方面，無人運輸系統(tǒng)比傳統(tǒng)方式安全得多，障礙物偵測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)行走路線上有其它車輛或人，就會馬上減速或停車，系統(tǒng)可避免與在礦山內(nèi)工件的其它卡車、平地機(jī)、推土機(jī)、服務(wù)車和別的設(shè)備相撞，消除了行駛誤差，不會因駕駛員疲勞及誤操作而引發(fā)的事故，安全性增強(qiáng)。

最后是通過應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)露天采礦的最佳規(guī)劃設(shè)計，重點從露天采礦作業(yè)中的裝載、運輸設(shè)備等方面來應(yīng)用高新技術(shù)，適應(yīng)不同露天礦具體生產(chǎn)條件，達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。在露天采礦技術(shù)設(shè)備中，我們需要使用爆破設(shè)備和器材來提高采礦質(zhì)量和速度，通過處理小的空間和領(lǐng)域來擴(kuò)大開采范圍，遇到突發(fā)情況時，我們要把損失減到最小化。爆破設(shè)備和器材實現(xiàn)機(jī)械化的配套作業(yè)和普遍運用，有利于我們在采掘工作中更好的了解其情況和發(fā)展方向，提高安全性和可靠性。設(shè)備的技術(shù)性使用是采礦技術(shù)的前提，隨著智能化采礦技術(shù)的突破和興起，在不久的將來，無人駕駛在這樣大型的工作環(huán)境中，已不再是夢想，將是未來發(fā)展的新趨勢。

結(jié)語

目前我國的露天采礦需求不斷增加，我國在不斷引入國外先進(jìn)采礦設(shè)備的同時，加大露天采礦設(shè)備的自主研發(fā)和應(yīng)用。針對目前露天采礦設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀，主要發(fā)展方向是應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。不僅僅是充分應(yīng)用露天分期開采陡幫擴(kuò)幫技術(shù)、半連續(xù)、連續(xù)開采技術(shù)，而且在此技術(shù)的基礎(chǔ)上推動露天采礦設(shè)備的應(yīng)用向智能化、大型化方向發(fā)展。也就是說，在應(yīng)用高科技電子控制系統(tǒng)的同時，降低設(shè)備的造價以及運行成本，提高設(shè)備的靈活性和生產(chǎn)效率，促進(jìn)露天采礦設(shè)備向自動化和智能化方向發(fā)展。

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