安太堡露天礦卡車運(yùn)輸能力分析

史 豐，趙天佑

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036006）

安太堡露天礦2015 年進(jìn)入蘆子溝背斜大傾角向下延深，延深平均傾角11°[1]，導(dǎo)致卡車運(yùn)距、提升高度增加，卡車運(yùn)輸能力、效率降低，運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量無(wú)法滿足背斜向下延深生產(chǎn)需要。2015 年安太堡露天礦原煤運(yùn)輸全部外委龍化公司，礦用卡車全部用于剝離運(yùn)輸。2020 年底安太堡露天礦開(kāi)采過(guò)背斜向下延深結(jié)束，礦坑留下大面積內(nèi)排空間，卡車運(yùn)距和高差減小，卡車運(yùn)輸效率和能力顯著提高，卡車數(shù)量富裕；部分卡車使用已經(jīng)超過(guò)30 年[2]，再加上過(guò)背斜期間卡車大負(fù)荷運(yùn)輸造成部分卡車運(yùn)行工況差、故障多；卡車數(shù)量充足并沒(méi)有帶來(lái)運(yùn)輸效率和效益的提升；運(yùn)行工況差的卡車還存在較大的運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，有必要對(duì)卡車運(yùn)輸能力進(jìn)行深入研究，合理規(guī)劃卡車的配置結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸能力，滿足露天礦安全高效發(fā)展的要求。

1 開(kāi)采工藝及運(yùn)輸設(shè)備概況

平朔安太堡露天礦主要開(kāi)采4#、9#、11#煤層，煤層厚度變化不大、賦存穩(wěn)定，開(kāi)采方式倒堆內(nèi)排?；夭晒に噭冸x采用單斗-卡車間斷工藝，剝離以及采煤使用P&H2800 電鏟和P&H4100XPC 電鏟，配套200 t 級(jí)及300 t 級(jí)自卸卡車，排土設(shè)備選用D475A-EO履帶式推土機(jī)；采煤采用單斗挖掘機(jī)-卡車-它移式破碎站-上倉(cāng)帶式輸送機(jī)-選煤廠的半連續(xù)工藝[3]。2019 年運(yùn)輸卡車為：R190 卡車11 臺(tái)、789 卡車9臺(tái)、685E 卡車11 臺(tái)、170D 卡車8 臺(tái)，630E 卡車6臺(tái)、730E 卡車27 臺(tái)、930E 卡車40 臺(tái)，其中R190、789B、685E、170D、630E 共5 種型號(hào)的卡車使用年限均已超過(guò)了公司規(guī)定的折舊期和計(jì)劃服役期，且這5 種型號(hào)的卡車近3 年內(nèi)無(wú)大修，均已不再提折舊。

2 存在的問(wèn)題

2013 年以來(lái)，一方面由于煤炭市場(chǎng)疲軟，煤炭?jī)r(jià)格持續(xù)走低，煤礦生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)存在困難，嚴(yán)重制約了露天礦的設(shè)備更新?lián)Q代；另一方面安太堡露天礦開(kāi)采過(guò)背斜期間，主要通過(guò)加強(qiáng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和生產(chǎn)組織，合理調(diào)配露天礦運(yùn)輸設(shè)備，在生產(chǎn)地質(zhì)條件較差的情況下，自營(yíng)卡車運(yùn)輸設(shè)備效率提高近6%，但是大負(fù)荷運(yùn)輸也造成卡車運(yùn)行工況較差。

1）安全性能差。安太堡礦建礦時(shí)期購(gòu)置的在20世紀(jì)90 年代投入的卡車已使用大約30 年左右，作業(yè)條件適應(yīng)性差，設(shè)備的結(jié)構(gòu)件老化，故障率高嚴(yán)重影響礦井的道路安全運(yùn)輸[4]。以卡車170D 為例，170D卡車目前只能在作業(yè)條件較好、坡度較小的區(qū)域進(jìn)行水平作業(yè)。隨著設(shè)備的大型、高速、自動(dòng)化發(fā)展，控制系統(tǒng)日益復(fù)雜，這要求設(shè)備設(shè)計(jì)制造具有較高的安全系數(shù)，較完善的控制系統(tǒng)，較齊全的監(jiān)測(cè)儀表，并應(yīng)具有各種故障監(jiān)測(cè)和指示裝置。在可能發(fā)生操作失誤、出現(xiàn)故障時(shí)不致造成大的破壞；在過(guò)載荷情況下，設(shè)備不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞；在發(fā)生事故時(shí)，也不會(huì)造成大的人身危險(xiǎn)。但這類老舊設(shè)備由于年代久遠(yuǎn)，設(shè)備本身的安全裝置已經(jīng)不能滿足當(dāng)前操作維修安全要求，因此若不對(duì)這類設(shè)備進(jìn)行報(bào)廢，一旦出現(xiàn)故障會(huì)嚴(yán)重影響礦山的安全生產(chǎn)。

2）維修費(fèi)用高。安太堡露天礦長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行過(guò)的卡車容易出現(xiàn)齒輪斷齒斷軸，機(jī)體出現(xiàn)裂紋，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸斷裂，支承損壞等各種故障，且維修時(shí)零配件更換頻繁，建礦時(shí)期購(gòu)置的R190、789B、685E、170D、630E 卡車維修燃油成本約比同類型卡車高1.5 元/m3，老舊設(shè)備高昂的維修費(fèi)和大修費(fèi)用增加了礦山的生產(chǎn)成本，不利于提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

3）備件采購(gòu)難。隨著當(dāng)前設(shè)備的大型、高速、自動(dòng)化的發(fā)展，安太堡建礦時(shí)期購(gòu)置的設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾十年的系統(tǒng)升級(jí)和更新?lián)Q代，其配件因不符合國(guó)家現(xiàn)頒布的環(huán)境使用標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)量不能滿足當(dāng)前的規(guī)范要求，亦或者在現(xiàn)有技術(shù)條件下又不能進(jìn)行改造達(dá)標(biāo)等因素遭淘汰或者停產(chǎn)，這類設(shè)備在大修時(shí)，所需配件很難進(jìn)行采購(gòu)或者無(wú)法采購(gòu)，需協(xié)調(diào)商家生產(chǎn)同類型配件進(jìn)行替換，同時(shí)還存在替代配件與原設(shè)備匹配不完全的可能，從而造成配件使用壽命短，設(shè)備作業(yè)能力降低的后果，給設(shè)備維修帶來(lái)極大的不便，既增加了設(shè)備大修期限又增加了設(shè)備維修的難度，嚴(yán)重影響礦山的生產(chǎn)進(jìn)度。

4）作業(yè)效率低。2019 年安太堡建礦時(shí)期采購(gòu)的R190、789B、685E、170D、630E 卡車作業(yè)能力僅達(dá)到這類卡車?yán)碚撟鳂I(yè)效率的60%左右，由于多年未進(jìn)行升級(jí)改造和系統(tǒng)更新，設(shè)備結(jié)構(gòu)陳舊，設(shè)計(jì)落后以及使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，操作難度加大，作業(yè)效率比同類型設(shè)備作業(yè)效率低，嚴(yán)重影響露天礦的正常生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，既增加了生產(chǎn)成本，又影響公司提質(zhì)增效。

3 運(yùn)輸能力和運(yùn)輸成本分析

3.1 運(yùn)輸能力分析

安太堡露天礦開(kāi)采2013——2019 年過(guò)蘆子溝背斜向下延深期間，卡車R190、170D、685E、789A、789B 運(yùn)輸能力隨運(yùn)距的增加降幅較大，運(yùn)輸能力降幅較大的是R190 和685E，最大降幅達(dá)到61.6%，實(shí)際運(yùn)輸能力不足理論運(yùn)輸能力的50%；其次為789A和789B，最大降幅達(dá)到56.2%；再次，170D 為最大降幅30.1%。造成運(yùn)輸能力降幅較大的主要原因：①小型卡車單次運(yùn)輸量小，隨運(yùn)距的增加單次運(yùn)行時(shí)間增加，造成年運(yùn)輸能力隨運(yùn)距的增加降幅較大；②隨運(yùn)輸運(yùn)距和高差的增大，相同條件下卡車運(yùn)行的工況較差，導(dǎo)致單次運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)輸能力減??；③卡車投入運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，卡車故障多，運(yùn)輸能力低。

卡車685E、789B、R190、685E、789A、170 隨運(yùn)距的增加運(yùn)輸能力降幅較大，且運(yùn)距減小后運(yùn)輸能力不能發(fā)生恢復(fù)性增長(zhǎng)，由于使用年限較長(zhǎng)，作業(yè)能力僅達(dá)到同類型卡車?yán)碚撟鳂I(yè)效率的50%左右，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)故障多的卡車甚至不足理論能力的40%；相反運(yùn)行工況較好的大型卡車730E、930E 隨運(yùn)距的增加運(yùn)輸能力降幅不大，一旦運(yùn)距和高差減小運(yùn)輸能力隨即發(fā)生恢復(fù)性增長(zhǎng)；總體上運(yùn)行工況較差的卡車占在用卡車總數(shù)64.3%，導(dǎo)致露天礦總的運(yùn)輸能力僅為6 250 萬(wàn)m3?？ㄜ囘\(yùn)輸卡車型號(hào)、數(shù)量、運(yùn)輸能力、新舊等搭配結(jié)構(gòu)不合理，小型卡車運(yùn)行工況差、故障多，造成運(yùn)輸成本居高不下。

3.2 運(yùn)輸成本分析

2013—2019 年卡車平均運(yùn)行成本見(jiàn)表1。

表1 2013—2019 年卡車平均運(yùn)行成本

由表1 可知卡車685E、789B、R190 運(yùn)行成本較高，運(yùn)輸能力下降、運(yùn)行工況差導(dǎo)致運(yùn)行成本上升，安全管理難度大，不利于露天礦安全高質(zhì)量發(fā)展。

通過(guò)設(shè)備大型化來(lái)提高生產(chǎn)規(guī)模和效率，降低生產(chǎn)成本；小型卡車單臺(tái)運(yùn)行絕對(duì)成本低，相對(duì)成本高，且在露天礦采剝總量一定的情況下，運(yùn)輸相同的物料需要小型卡車數(shù)量多，運(yùn)行總成本較高[5－6]，運(yùn)行設(shè)備數(shù)量多對(duì)露天礦的安全生產(chǎn)造成較大風(fēng)險(xiǎn)，不利于礦井的高質(zhì)量發(fā)展，因此，設(shè)備大型化是露天礦良性高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢(shì)；而且大型運(yùn)輸設(shè)備控制系統(tǒng)可靠性高和控制能力強(qiáng)，提升露天礦道路運(yùn)輸?shù)陌踩Ｕ夏芰?，通過(guò)運(yùn)輸卡車大型化來(lái)優(yōu)化設(shè)備配置結(jié)構(gòu)降低能耗和生產(chǎn)運(yùn)行成本，通過(guò)卡車運(yùn)輸能力和運(yùn)行成本分析研究來(lái)優(yōu)化卡車配置方案，從根本上提升露天礦的高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)。

4 卡車運(yùn)輸能力規(guī)劃

安太堡露天礦未來(lái)5 年的自營(yíng)采剝總量年均在9 000 萬(wàn)m3，2020 年卡車的實(shí)際運(yùn)輸能力為10 414萬(wàn)m3，隨著過(guò)背斜結(jié)束煤層地質(zhì)條件好轉(zhuǎn)、大量?jī)?nèi)排空間的釋放，卡車總體運(yùn)輸能力會(huì)有所增加[7]，將運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行工況差和運(yùn)行費(fèi)用高的685E 卡車、789B 卡車、R190 卡車報(bào)廢后不再進(jìn)行新購(gòu)，同時(shí)隨著使用實(shí)際運(yùn)行狀況逐步淘汰170D 卡車和630E 卡車不再進(jìn)行新購(gòu)。

報(bào)廢685E 卡車、789B 卡車、R190 卡車運(yùn)輸能力由新購(gòu)置的NTE200 卡車補(bǔ)充，可減少卡車運(yùn)行數(shù)量17 臺(tái)；逐步淘汰170D 卡車和630E 卡車，運(yùn)輸能力由新購(gòu)置的NTE200 卡車補(bǔ)充，可減少運(yùn)行卡車數(shù)量13 臺(tái)，未來(lái)5 年內(nèi)減少卡車總數(shù)30 臺(tái)，降幅27%；卡車數(shù)量降低后，相應(yīng)的運(yùn)輸能力應(yīng)保持在10 000 萬(wàn)m3以上，不僅可滿足生產(chǎn)規(guī)模的要求，而且還可以達(dá)到了降本增效的目的、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展要求?？ㄜ噧?yōu)化配置后主要的卡車型號(hào)為930E、730E和NTE200，930E、730E、NTE200 在運(yùn)距小于2.7 km，提升高度在40 m 以下，實(shí)際運(yùn)輸能力分別為140、100、90 萬(wàn)m3/（臺(tái)·年），可滿足規(guī)劃年內(nèi)自營(yíng)采剝總量的運(yùn)輸[8]?？ㄜ噧?yōu)化配置后卡車型號(hào)減少、結(jié)構(gòu)更優(yōu)，卡車總運(yùn)輸能力提高，運(yùn)行卡車的種類和數(shù)量均有所下降，露天礦運(yùn)輸效率提高，安全管理現(xiàn)狀較前有較大的改善，卡車運(yùn)輸能力規(guī)劃對(duì)露天礦安全高效生產(chǎn)意義重大。

5 結(jié)語(yǔ)

1）用大型先進(jìn)的露天礦用卡車代替安太堡建礦時(shí)期購(gòu)置的老舊設(shè)備，不僅可以提升運(yùn)輸效率和能力，還減少了礦用卡車的數(shù)量和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，在促進(jìn)露天礦高效率生產(chǎn)的同時(shí)還為露天礦的安全管理帶來(lái)極大的便利。

2）通過(guò)卡車運(yùn)輸能力研究分析與規(guī)劃，用結(jié)構(gòu)先進(jìn)、技術(shù)完善、效率高、耗能少的新設(shè)備來(lái)代替老舊設(shè)備是企業(yè)自身進(jìn)入良性循環(huán)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是保證生產(chǎn)設(shè)備的良好作業(yè)狀態(tài)、提高設(shè)備作業(yè)效率和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

3）露天礦設(shè)備大型化是減少運(yùn)行設(shè)備數(shù)量、提升生產(chǎn)規(guī)模和降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)安全高效發(fā)展的必由之路。