卡車車廂鋪裝防粘滑板可行性分析

周浩浩

（廣東宏大爆破工程有限公司，廣東廣州 510623）

當(dāng)前，露天礦山的施工開采中卡車運輸?shù)氖┕?yīng)用非常普遍，卡車運輸調(diào)運方便、機動靈活的獨特優(yōu)點適合于各種復(fù)雜地形條件下的露天礦[1]。巴基斯坦塔爾煤田二區(qū)塊露天煤礦項目主要采用單斗采裝-汽車運輸工藝，其投資低、建設(shè)快、開采程序靈活、開拓運輸系統(tǒng)多樣的特點[2]，讓寬體自卸式卡車在此露天礦山項目運輸作業(yè)中被加以發(fā)展應(yīng)用，有效的提高了建設(shè)速度和生產(chǎn)能力，但在實際的生產(chǎn)施工過程中也出現(xiàn)了相應(yīng)的問題，其中，針對于濕土、黏土、含水料等物料的裝載運輸中出現(xiàn)了粘連車廂、物料排卸不完全的現(xiàn)象，粘連的物料在車廂中占用車輛的裝載空間，車輛攜料往復(fù)運輸，減少裝車率，提升了油耗，降低生產(chǎn)效率，增加運輸成本。為解決彌補物料粘廂問題對設(shè)備實際使用性能的影響，解決工藝中存在的問題，可以對車廂內(nèi)輪廓進行整體鋪裝防粘滑板以解決粘廂問題，探討分析了這種經(jīng)濟簡單、工程適用的可行辦法。

1 礦山概況

1）礦山水文地質(zhì)。塔爾煤田二區(qū)塊項目位于干旱、半干旱沙漠地帶，主要有3 層含水層，第3 層含水層位于煤層底板，第1、第2 含水層為施工剝離區(qū)域。其中，第1 含水層上部至地表為第四系沉積沙丘層，第2 含水層至第1 含水層為新近系上新統(tǒng)河湖相沉積層；新近系上新統(tǒng)地層為典型的河湖相沉積地層，全區(qū)分布。上部主要由砂質(zhì)淤泥和黏土組成，而下至10 m 也有砂質(zhì)淤泥層；該層厚度為69.65～93.40 m，平均80 m；泥巖類抗壓強度0.022～3.96 MPa，屬極軟-軟巖類剝離層。

2）礦山設(shè)備選型及數(shù)量。塔爾煤田二區(qū)塊項目是產(chǎn)能3.8 Mt/a 褐煤剝離施工項目，其中巖土剝離選用斗容為7 m3的小松PC1250 反鏟液壓挖掘機17 臺；載重為60 t 的同力875 礦用寬體自卸式卡車122 臺。

2 運輸卸料過程中存在的粘廂現(xiàn)象及解決方案

2.1 卸料存在的粘廂現(xiàn)象及影響

1）河湖相沉積層濕黏物料占煤層上部巖土剝離量的57%左右，隨著礦區(qū)土方的剝離，進入到第1含水層后（18～-60 m）的巖土含水率較高，具有較強的黏性，同力875 型自卸式卡車在運輸排棄過程中，黏性的物料會出現(xiàn)卸料困難和粘廂卸不下來、卸不凈的現(xiàn)象。

2）卸料存在的影響：①現(xiàn)場需專門增調(diào)挖機用于清理殘留車廂的物料，增加了運輸環(huán)節(jié)時間，增加了生產(chǎn)成本；②增加排場指揮人員勞動環(huán)節(jié)、工作量，費力不安全；③對于未清理及未清理干凈的車輛來回往返重復(fù)拉運，降低裝車率，增加油耗；④卡車、挖機發(fā)揮不出應(yīng)有的生產(chǎn)效率，嚴(yán)重影響設(shè)備的性能發(fā)揮。

2.2 車廂粘料機理與解決辦法

2.2.1 車廂粘料機理

土壤黏附是一種界面現(xiàn)象，是觸土部件與土壤發(fā)生物理、化學(xué)相互作用的結(jié)。巖土在車廂緩慢舉升的過程中其抗剪切滑動的力主要是由黏聚力和摩擦阻力組成，當(dāng)抗剪切力大于巖土重力在滑動面上的切向分力時就會出現(xiàn)巖土粘廂的狀況。

黏廂條件：F>Gl=mg sinθ

式中：F 為抗剪切力，N，F(xiàn)φ為黏聚力，N，F(xiàn)f為摩擦阻力，N；Gl為重力沿滑動面的切向分力，N。

2.2.2 黏廂機理要素

1）摩擦阻力。在卡車參數(shù)不變的條件下，摩擦阻力主要是受巖土和車廂接觸面的摩擦阻力系數(shù)影響，而摩擦阻力系數(shù)取決于接觸面材質(zhì)和光滑程度。接觸材質(zhì)。改變巖土和車廂的接觸面材質(zhì)來改變摩擦阻力系數(shù)。可以噴涂隔離涂層或是鋪裝隔離膜板，比較簡單，易于實現(xiàn)。增加光滑程度以減小摩擦阻力系數(shù)，受限于材料的加工工藝以及使用過程中的磨損，困難較大，實施度較低。

2）黏聚力。巖土黏聚力主要是由土壤性質(zhì)、土壤含水率和接觸面材料質(zhì)地引起，另有研究表明，土壤黏附與土壤和接觸材料接觸面形成的束縛水膜有關(guān)，而這也直接與土壤含水率有，土壤黏聚力主要取決于界面的水膜張力，不同界面材質(zhì)對水膜的影響較大。

2.2.3 車廂粘料解決辦法與防粘滑板材料選擇

1）通過對現(xiàn)場巖土粘廂機理要素的分析發(fā)現(xiàn)，通過改變巖土和車廂接觸面的材質(zhì)來改變摩擦阻力系數(shù)和土壤黏聚力系數(shù)，進而減少降低巖土對車廂的黏聚性。改變接觸面的材質(zhì)主要包括2 種途徑：①噴涂隔離涂層；②鋪裝隔離膜板。相較于鋪裝膜板分析發(fā)現(xiàn)：噴涂涂層使用壽命周期短，維護率過高，最終對比選擇通過鋪裝防粘滑板的方式來解決巖土粘箱的問題。

2）防粘滑板。一種鋪設(shè)于自卸式卡車車廂防止黏土粘箱的高分子聚合塑料滑板?；逡螅耗湍バ詮?、潤滑性高、摩擦系數(shù)低、抗沖擊、韌性足、憎水性。根據(jù)滑板的性能要求對比相應(yīng)的其他材料吸水和磨損的參數(shù)表征，超高分子量PE 材料的滑板更符合要求。其極高的耐沖擊性，按GB1843 標(biāo)準(zhǔn)進行懸臂梁沖擊試驗無破損；良好的自潤滑性，滑動摩擦系數(shù)僅為0.07～0.11; 極高的耐磨性，是鋼管的4～7 倍，聚乙烯的10 倍等；價格實惠，壽命長，抗疲勞強度大于50 萬。

2.2.4 鋪裝方法及工藝

車廂上半部鋪設(shè)，沿車廂內(nèi)輪廓U 型一體裹覆，用鉚釘多排鉚定，并在兩側(cè)邊緣用封條壓片固定。常見塑料性能參數(shù)見表1。超高與其他材料砂漿磨耗對比見表2。

表1 常見塑料性能參數(shù)

表2 超高與其他材料砂漿磨耗對比

3 對比試驗與效益分析

3.1 對比試驗

1）測試平臺。采場6～采場18 平臺北，-6～6 平臺北，-18～-6 平臺南。

2）測試車輛。3010#、3021#～3035#、3052#～3056#、3058#共計22 輛同力寬體自卸車。

3）測試方法。對比法，通過統(tǒng)計現(xiàn)場鋪裝防粘滑板前后小挖機對粘廂車輛扒料的次數(shù)的比對來說明防粘廂效果。

4）測試結(jié)果及分析。對比數(shù)據(jù)選擇了試驗樣本近期安裝滑板前后近4 個月的扒料統(tǒng)計記錄。統(tǒng)計分析顯示：通過安裝前后的對比分析，樣本安裝前平均每天需要清理的粘廂車數(shù)為82.5 車次，樣本安裝后平均每天清理粘廂車數(shù)為0.6 車次，其粘廂率較之前未安裝滑板時下降了99.3%，安裝前后對比之下差異巨大，說明鋪裝有防粘滑板的車輛防粘廂效果顯著。

3.2 效益分析

項目礦建期剝離量1.12 億m3，其中工程煤量1.12 Mt，而河湖相沉積層的濕黏土物料占巖土剝離總量的57%，即近60 Mm3的濕黏土剝離量。

從樣本扒料統(tǒng)計分析記錄可得每月平均需扒料車次n 約為2 475 次，而根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，平均每趟扒料增加清理時間2.5 min，調(diào)度時間1.5 min，累計4 min，即每月因需要扒料清理車廂耗時T 為9 900 min，而1 個循環(huán)運輸時間周期t 約為30 min，相當(dāng)于影響了330 車次。參考當(dāng)月扒料挖機油料統(tǒng)計，平均每天消耗柴油400 L，目前柴油單價158 盧比，約合人民幣6.7 元，即每月消耗油料價值80 400 元。

根據(jù)同力875 自卸式卡車的車廂參數(shù)，選用10 mm 厚度的超高PE 防粘滑板，其單價為130 元/m2，使用壽命為7～8 個月，采用U 型鋪裝，面積為20.5 m2，綜合得出單車鋪裝成本為2 665 元。

在防粘滑板的使用壽命周期內(nèi)（7 個月來算），對統(tǒng)計樣本效益做參照對比，樣本的鋪裝成本主要為板材成本費用5.8 萬元；手工安裝費0.5 萬元。而樣本影響效益主要為影響的產(chǎn)值約124.74 萬元；挖機租賃費用28 萬元；挖機油料消耗費用56.28 萬元；人工成本費4.6 萬元等。樣本鋪裝防粘滑板后效益影響巨大，能夠節(jié)約成本，增加效率，是經(jīng)濟效益切實可行的方案。

4 結(jié)語

在巴基斯坦塔爾煤田二區(qū)塊露天礦項目自卸卡車運輸作業(yè)施工過程中，選用超高分子量聚乙烯塑料制作的防粘滑板，采用U 型半車裹覆鉚固鋪裝，具有安裝方便、維護簡單、經(jīng)濟效益等優(yōu)點，能夠很好地解決現(xiàn)場濕黏料的運載過程粘廂情況。