國(guó)內(nèi)外露天開采機(jī)械單斗挖機(jī)對(duì)比研究分析

王俊茗

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)河曲舊縣露天煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036500）

引言

露天煤礦開采的特點(diǎn)在于其開采能力大、勞動(dòng)效率高，且煤礦開采成本較低，但這一技術(shù)的應(yīng)用前提是有著現(xiàn)代化的露天開采機(jī)械化設(shè)備。近年來(lái)隨著國(guó)家能源集團(tuán)的高效發(fā)展以及我國(guó)采煤設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，各種先進(jìn)的采掘設(shè)備在露天煤礦得到了使用，這些設(shè)備不光有國(guó)內(nèi)自主研制的新型單斗挖機(jī)、自卸卡車等，還有各種國(guó)外各種高性能、高精度開采輸送設(shè)備?，F(xiàn)基于這些露天開采機(jī)械化設(shè)備在某礦的使用情況進(jìn)行研究分析。

1 設(shè)備數(shù)量方面

以國(guó)家能源集團(tuán)旗下某露天煤礦采用綜合開采工藝中所用開采設(shè)備為例，對(duì)該礦機(jī)械化開采設(shè)備的來(lái)源進(jìn)行分析，對(duì)比研究國(guó)內(nèi)外設(shè)備在該礦露天煤礦機(jī)械化開采中的使用情況。

1.1 國(guó)外設(shè)備

該礦采用輪斗挖掘機(jī)對(duì)表土層50 m 厚的黃土層進(jìn)行剝離，設(shè)備產(chǎn)自德國(guó)科虜伯公司，并用膠帶輸送機(jī)進(jìn)行輸送，排土機(jī)對(duì)剝離表土進(jìn)行堆積，排土機(jī)設(shè)備分別為美國(guó)D10N 型履帶式推土機(jī)、834B 型膠輪式推土機(jī)以及日本D375A 型履帶式推土機(jī)、D475A型履帶式推土機(jī)等；采用單斗挖掘機(jī)開采60 m 厚的中部巖層，該設(shè)備來(lái)源于美國(guó)P&H 公司2800 型號(hào)、比塞洛斯公司395 型號(hào)電鏟，自卸卡車對(duì)開采巖石進(jìn)行運(yùn)輸，卡車來(lái)自日本小松德萊賽公司的630E 型154 t 電動(dòng)輪自卸卡車；而煤層的開采采用單斗挖掘機(jī)、自卸卡車、半移動(dòng)破碎站以及膠帶輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝。其設(shè)備也均為國(guó)外生產(chǎn)，原美國(guó)英格索蘭公司DM-H 型鉆機(jī)、比塞洛斯8750 型吊斗鏟等[1]?？梢悦黠@看出這些設(shè)備基本涵蓋了露天煤礦開采的各個(gè)階段，該礦對(duì)國(guó)外設(shè)備的引入數(shù)量較多。

1.2 國(guó)內(nèi)設(shè)備

該礦國(guó)內(nèi)露天開采設(shè)備有太原重工研發(fā)的WK-10B型電鏟、以及湖南湘電重裝研發(fā)的SF3102 型自卸卡車等，基本只用于輔助生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)備數(shù)量較少。

1.3 對(duì)比分析

單純從數(shù)量上看，大型設(shè)備及精密設(shè)備的使用大多來(lái)自國(guó)外，國(guó)內(nèi)露天開采設(shè)備研制基本處于起步階段，且設(shè)備的應(yīng)用基本局限于輔助生產(chǎn)方面。如單斗挖機(jī)的使用，在大型露天煤礦開采中只應(yīng)用于表土層的剝離工作，自卸卡車用于煤炭的運(yùn)輸工作，且大型自卸卡車的供應(yīng)廠家仍以國(guó)外為主。因此可以看出，該礦在露天開采過(guò)程中對(duì)國(guó)外設(shè)備的依賴較為嚴(yán)重。

2 設(shè)備性能方面

以單斗挖機(jī)為例對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外采掘設(shè)備在該露天煤礦的使用情況，單斗挖機(jī)的工作原理及參數(shù)如圖1 所示，Hxmax為單斗挖機(jī)最大卸載高度，其中Hx為卸載高度；Rxmax為單斗挖機(jī)最大卸載半徑，其中Rx為卸載半徑；Rwmax為單斗挖機(jī)最大挖掘半徑，其中Rw為挖掘半徑；Rwp為站立水平挖掘半徑；Ht為單斗挖機(jī)推抗壓軸高度；Hwmax為最大挖掘高度，其中Hw為挖掘高度；Hwx為單斗挖機(jī)下挖深度。單斗挖機(jī)設(shè)備直接應(yīng)用于煤炭資源的開采生產(chǎn)，因此該設(shè)備的研發(fā)情況基本決定著露天煤礦的開采效率及發(fā)展水平，現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外單斗挖機(jī)的研發(fā)情況及設(shè)備性能進(jìn)行對(duì)比研究。

圖1 單斗挖掘機(jī)及其工作范圍示意圖

2.1 國(guó)內(nèi)單斗挖機(jī)

國(guó)內(nèi)單斗挖機(jī)的研制以電鏟及液壓鏟為主。電鏟在露天礦的使用較為普遍，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定堅(jiān)硬、電力驅(qū)動(dòng)效率高、能量供應(yīng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，且牽引力提升力較大能適應(yīng)各種堅(jiān)硬巖石的剝離作業(yè)，但對(duì)電能的依賴也很容易受到露天礦地質(zhì)條件的限制，很難實(shí)現(xiàn)在較遠(yuǎn)作業(yè)工作面的持續(xù)高效運(yùn)作。我國(guó)單斗挖機(jī)早期投入使用的的液壓鏟的單斗容量大多在1.0～7.5 m3，近年來(lái)8～14 m3的液壓鏟也陸續(xù)交工供各大露天煤礦使用，需求量較高因此發(fā)展迅速[2]。該類型單斗挖機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、工作精度高的優(yōu)點(diǎn)，在選擇性開采方面使用效果很好，但由于液壓元件精度的需求較高，設(shè)備的維修較為困難，且液壓系統(tǒng)很容易發(fā)生漏油、溫度過(guò)高等缺點(diǎn)造成工作效率的下降，在這一方面目前還未找到有效的解決辦法。

由山西太原重工股份有限公司自主研制的WK系列礦用電鏟現(xiàn)以用于大型露天煤礦的表土層剝離及巖層開采工作，多用于輔助運(yùn)輸。也在一些露天煤礦的單斗挖掘機(jī)- 卡車開采工藝及單斗挖掘機(jī)- 鐵道開采工藝中用于煤碳資源開采設(shè)備，但一次開采量較低。如WK-10B 設(shè)備，設(shè)備的單斗容量在12 m3左右，最大提升力為1030 kN，設(shè)備的推壓力為617 kN，行走速度可達(dá)0.69 km/h，平臺(tái)的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為2.9 r/min，一次工作循環(huán)時(shí)間為0.5 min 左右，爬坡能力13°，設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)485 t，最大配重在40 t 左右，理論生產(chǎn)能力可達(dá)1490 m3。其最大挖掘半徑在20 m 左右，挖掘高度達(dá)9 m，該設(shè)備常應(yīng)用于對(duì)表土層以及巖石的剝離作業(yè)，具體見圖2 所示。

圖2 太原重工WK-10B 型履帶挖掘機(jī)

2.2 國(guó)外單斗挖機(jī)

國(guó)外單斗挖掘機(jī)的典型即為剝離用機(jī)械式單斗挖掘機(jī)，這種挖掘機(jī)的單斗容量可達(dá)150 m3左右，具有長(zhǎng)距離、大容量的特點(diǎn)，例如神華集團(tuán)黑岱溝露天煤礦在2004 年引進(jìn)的美國(guó)比塞洛斯公司S8750-65型號(hào)邁步吊斗鏟，設(shè)備總重5000 t 余，臂展長(zhǎng)100 m余，單斗可達(dá)90 m3，效率極高，圖3 為該吊斗鏟工作示意圖。我國(guó)至今為止尚未研發(fā)出該類型的機(jī)械鏟，也僅在神華集團(tuán)黑岱溝露天煤礦一家得到使用[3]。

圖3 美國(guó)S8750-65 型邁步吊斗鏟

該類挖掘機(jī)為保證開采過(guò)程中的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)底座巨大，且由于履帶裝置在行走過(guò)程中對(duì)地面比壓較高因此逐漸向邁步式行走設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。設(shè)備的挖掘深度為其臂長(zhǎng)的0.5 倍左右，也就是50～60 m，對(duì)表土層的挖掘?qū)⒅苯佣逊旁诠ぷ髅嬷車?，有自卸卡車進(jìn)行裝載運(yùn)輸，工作效率較高，工作量可達(dá)2000 m3/h 左右，但也基于設(shè)備大的特性使其工作精度不會(huì)很高，一般要與常規(guī)單斗挖機(jī)配合使用。

2.3 對(duì)比分析

對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外單斗挖機(jī)的研制，國(guó)外在設(shè)備量級(jí)上明顯高于國(guó)內(nèi)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)設(shè)備研制以太原重工WK 系列為例，多為大型單斗挖機(jī)，用于單斗挖掘機(jī)-卡車開采工藝對(duì)露天煤礦開采，對(duì)吊斗鏟研制并未進(jìn)行深入的研發(fā)投入，而對(duì)該類型大型設(shè)備的使用也僅黑岱溝露天煤礦一家，且消耗投資量巨大，因此較為小眾。兩類型設(shè)備參數(shù)對(duì)比如表1 所示。可以看出由于國(guó)內(nèi)并未進(jìn)行該類設(shè)備的研制，即使處于領(lǐng)先水平的國(guó)內(nèi)單斗挖機(jī)與其相比在各方面也都有著顯著差異。

表1 設(shè)備對(duì)比參數(shù)

3 總結(jié)研究

經(jīng)對(duì)國(guó)家能源集團(tuán)旗下某露天煤礦機(jī)械化開采設(shè)備的研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)外設(shè)備不光是在數(shù)量上明顯的優(yōu)勢(shì)，在設(shè)備的性能上也明顯領(lǐng)先于我國(guó)。以單斗挖機(jī)的使用為例，美國(guó)等國(guó)家對(duì)于單斗挖機(jī)的研發(fā)無(wú)論從容量上，還是大型剝離鏟、吊斗鏟等設(shè)備的研發(fā)都有著明顯的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)露天開采設(shè)備的使用現(xiàn)階段還是以國(guó)外引入為主，國(guó)內(nèi)設(shè)備起步較晚，且經(jīng)驗(yàn)不足，例如太原重工、湘電重裝等只在某一方面有所突破，因此在未來(lái)還需有很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行發(fā)展及規(guī)劃。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某礦露天機(jī)械化開采設(shè)備的研究分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)露天煤礦設(shè)備的研發(fā)方面相比于世界各國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)階段露天礦所依賴的主要采礦設(shè)備，基本上是從美國(guó)、德國(guó)、加拿大等國(guó)家引進(jìn)的，這不光在經(jīng)濟(jì)上有著巨大損失，在技術(shù)上也存在很大限制。因此在煤礦企業(yè)等未來(lái)發(fā)展規(guī)劃中加大對(duì)開采設(shè)備的自主研發(fā)力度極為關(guān)鍵，對(duì)煤礦企業(yè)的高產(chǎn)高效發(fā)展，以及擺脫對(duì)國(guó)外開采設(shè)備的依賴有著重大意義。