露天煤礦拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用淺析

劉 洋

（神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司物資供應(yīng)中心，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000）

0 引言

在很多歐美國(guó)家中，拉斗鏟倒堆工藝是露天煤礦的不二之選。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前采用此項(xiàng)工藝所產(chǎn)出的產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)量的40%以上。受經(jīng)濟(jì)、理念與技術(shù)等因素影響，拉斗鏟倒堆工藝很難在我國(guó)本土進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，也導(dǎo)致拉斗鏟倒堆工藝在我國(guó)出現(xiàn)的時(shí)間較晚，直到2007 年一家企業(yè)才使用此項(xiàng)工藝。雖然近些年來(lái)國(guó)家和一些企業(yè)大力提倡使用拉斗鏟倒堆工藝，但是很多人仍對(duì)此項(xiàng)技術(shù)抱有懷疑，認(rèn)為陌生的技術(shù)并不能為中國(guó)露天采礦行業(yè)帶來(lái)本質(zhì)改變。由于上述種種原因，拉斗鏟倒堆工藝很難被廣泛推廣。

目前國(guó)際采礦行業(yè)使用拉斗鏟倒堆工藝已經(jīng)刻不容緩，其效率和產(chǎn)能都遠(yuǎn)超傳統(tǒng)工藝。本文匯集了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員近五年的研究和十余年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討可行的解決方案，闡明未來(lái)道路，總結(jié)拉斗鏟倒堆工藝在黑岱溝露天礦應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，為拉斗鏟倒堆工藝在我國(guó)的研究提供參考。

1 國(guó)內(nèi)拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用情況

拉斗鏟倒堆工藝要求煤層幾乎水平或略微傾斜，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不宜太多，煤層儲(chǔ)量豐富，有足夠的面積可以充分地建立工作線。我國(guó)已經(jīng)充分開(kāi)展了拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用要求的研究，結(jié)果顯示在同等采礦條件下，拉斗鏟倒堆工藝的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)優(yōu)于其他采礦法。

2007 年，神華準(zhǔn)能黑岱溝礦首次采用拉斗鏟倒堆工藝，6#煤層頂板上方35～55 m 厚的巖石用拉斗鏟進(jìn)行爆破和傾翻。黑岱溝露天礦是中國(guó)有史以來(lái)建成的效率最高、規(guī)模最大的現(xiàn)代化露天礦。黑岱溝露天礦分為兩個(gè)礦區(qū)，相應(yīng)的拉斗鏟和一些原煤開(kāi)采的設(shè)施設(shè)備主要由礦區(qū)的中心地帶向兩端進(jìn)行推采，其中進(jìn)行煤炭運(yùn)輸?shù)耐ǖ牢挥诙褕?chǎng)中心。在采煤區(qū)開(kāi)采原煤時(shí)，上部上段進(jìn)行預(yù)鉆孔，原煤開(kāi)采出來(lái)就可以進(jìn)行相應(yīng)的爆破工序。工作線每推進(jìn)一次需要進(jìn)行4 次拋爆，其中每一個(gè)區(qū)域進(jìn)行2 次拋爆。當(dāng)兩個(gè)礦區(qū)都完成對(duì)于煤炭的卸料工作和具體對(duì)于原煤進(jìn)行提取的工作后，相應(yīng)的倒堆和采煤設(shè)施設(shè)備進(jìn)行礦區(qū)的交換施工，拉斗鏟繞過(guò)卸料點(diǎn)到達(dá)另一個(gè)礦區(qū)。

2 當(dāng)前主要存在的問(wèn)題

相比于國(guó)外，拉斗鏟倒堆工藝在我國(guó)發(fā)展的時(shí)間僅為十多年，遠(yuǎn)比不上在國(guó)外的發(fā)展時(shí)間，而且拉斗鏟在我國(guó)目前階段很難被廣泛使用。截至目前，我國(guó)本土僅有一家企業(yè)使用拉斗鏟工藝，即黑岱溝露天煤礦。黑岱溝露天煤礦在發(fā)展過(guò)程中存在著許多問(wèn)題，具體如下。

2.1 倒堆系統(tǒng)作業(yè)效率低下、成本偏高

據(jù)國(guó)外知名企業(yè)實(shí)踐總結(jié)，在使用拉斗鏟時(shí)一定要注意作業(yè)范圍、地理環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行、作業(yè)時(shí)間等因素，一旦使用拉斗鏟進(jìn)行倒堆作業(yè)，有可能會(huì)因?yàn)槲⑿≡蚨档屠风P的運(yùn)行效率，從而延誤工期、降低產(chǎn)量、提升生產(chǎn)成本，這也是目前我國(guó)拉斗鏟倒堆工藝面臨的重要難題。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，黑岱溝露天礦拉斗鏟運(yùn)行的成本是傳統(tǒng)模式下的4/5，遠(yuǎn)高于國(guó)際水平。原因在于施工方案偏差，導(dǎo)致具體問(wèn)題沒(méi)有得到解決，因此拉斗鏟運(yùn)行效率過(guò)低。黑岱溝露天礦的地理結(jié)構(gòu)是連續(xù)的而非曠闊的，因此拉斗鏟作業(yè)時(shí)要高速推進(jìn)，否則很難完成既定任務(wù)。這也從側(cè)面拉低了拉斗鏟作業(yè)的效率，加大了其運(yùn)行成本。單臺(tái)拉斗鏟的能力是有限的，為了保證拉斗鏟的前進(jìn)速度，必須降低站立水平以減少爆破樁下層的橫截面，反過(guò)來(lái)導(dǎo)致倒堆作業(yè)效率不斷降低，成本大大增加。

2.2 拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴(yán)重偏低

據(jù)統(tǒng)計(jì)，拉斗鏟的年生產(chǎn)能力近年來(lái)有所下降。根據(jù)計(jì)算，拉斗鏟倒堆工藝總量約為1680 萬(wàn)立方米，僅為MIB 數(shù)據(jù)庫(kù)高實(shí)踐水平的59.34%。產(chǎn)量極低的主要原因有以下方面。

（1）拉斗鏟實(shí)動(dòng)率偏低。在海外拉斗鏟應(yīng)用較多的露天礦，實(shí)際動(dòng)力率保持在0.83～0.93。但據(jù)黑岱溝露天礦統(tǒng)計(jì)，僅達(dá)到MIB 數(shù)據(jù)庫(kù)平均水平的75%，而拉斗鏟平均維修時(shí)間達(dá)到6.75 h/d（2464 h/a），即1.7～3 倍多于MIB 數(shù)據(jù)庫(kù)的平均水平。

（2）倒堆作業(yè)時(shí)間有效利用率及小時(shí)效率偏低。拉斗鏟在進(jìn)行倒堆的作業(yè)過(guò)程中，其具體由相關(guān)的倒堆時(shí)間和整個(gè)系統(tǒng)程序的延時(shí)部分組成。而相應(yīng)的拉斗鏟倒堆作業(yè)時(shí)間的有效控制，能夠極大提升現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采的相關(guān)組織管理能力和開(kāi)采效能。據(jù)黑岱溝統(tǒng)計(jì)，2014—2016 年，拉斗鏟倒堆過(guò)程實(shí)際工時(shí)約4600 h，程序延遲時(shí)間約1400 h，挖掘機(jī)有效利用率僅為0.76。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)來(lái)看，黑岱溝露天煤礦在效率方面確實(shí)存在著很多問(wèn)題，其3 項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均未達(dá)到國(guó)外水平，也因此最終導(dǎo)致年產(chǎn)能?chē)?yán)重偏低。

3 工藝優(yōu)化方向及重點(diǎn)問(wèn)題分析

3.1 拉斗鏟倒堆綜合開(kāi)采工藝設(shè)計(jì)案優(yōu)化

（1）國(guó)內(nèi)外應(yīng)用條件對(duì)比分析。與國(guó)外拉斗鏟的應(yīng)用情況相比，采用拉斗鏟倒堆工藝的1000 萬(wàn)噸露天礦，通常具有挖掘機(jī)多臺(tái)、作業(yè)線長(zhǎng)（4 km 以上只有1 條挖掘作業(yè)線）、多個(gè)礦區(qū)和多個(gè)采礦作業(yè)等特點(diǎn)。從國(guó)外的很多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出，拉斗鏟是一種非常大、速度慢的機(jī)械設(shè)備，對(duì)作業(yè)條件要求很高，適合在固定位置連續(xù)作業(yè)，必須為其創(chuàng)造出合理的作業(yè)條件，才能最大限度發(fā)揮拉鏟能力大和低成本等優(yōu)勢(shì)。而我國(guó)黑岱溝露天礦的特點(diǎn)是推進(jìn)力大、采區(qū)單一、作業(yè)線窄，拉斗鏟必須保證很高的行駛速度，不能在固定位置長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，這對(duì)挖掘機(jī)的效率乃至整個(gè)采礦過(guò)程系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性都極為不利。所以不能抄襲國(guó)外思想，要針對(duì)目前情況進(jìn)行調(diào)整。

（2）拉斗鏟短工作線作業(yè)方式研究。目前國(guó)內(nèi)對(duì)黑岱溝露天礦拉斗鏟倒堆工藝優(yōu)化的研究，本質(zhì)上都是基于舊有思路，并沒(méi)有過(guò)多修改，沒(méi)有真正認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的本質(zhì)，優(yōu)化收益不顯著?？紤]到拉斗鏟作業(yè)次數(shù)減少、輸煤管道占比部分等因素，倒堆工作線長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好。然而在黑岱溝目前的高推進(jìn)條件下，單拉斗鏟的產(chǎn)能?chē)?yán)重不足。為保持全倒堆理念，倒堆各環(huán)節(jié)效率低、成本高，且牽引頻繁、效率低下，最終導(dǎo)致拉斗鏟的效益大打折扣。因此，有必要討論分區(qū)倒堆的可行性。

（3）拉斗鏟倒堆作業(yè)方式及倒堆程序優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)其相應(yīng)的工作位置和工作臺(tái)面的形狀，拉斗鏟的倒堆過(guò)程可分為“站在工作臺(tái)面上和站在與倒堆相連的工作面上”兩大類(lèi)。黑岱溝露天礦目前的工作方式是拉斗鏟擱置在工作臺(tái)面上，這種作業(yè)的缺陷就是容易受到其直立工作位置的限制，導(dǎo)致整體工作空間不足，二次倒堆較高。在澳大利亞的實(shí)際案例中，由于爆破效果更好，幾乎不需要加長(zhǎng)挖掘機(jī)的站立臺(tái)階。同時(shí)，這種開(kāi)采方式在排土場(chǎng)的一側(cè)留有通道，拉斗鏟可以在不離開(kāi)通信通道的情況下調(diào)整礦區(qū)，大大簡(jiǎn)化了規(guī)劃。拉斗鏟在做短作業(yè)時(shí)，還需要對(duì)拉斗鏟作業(yè)時(shí)間、爆破、成本等問(wèn)題進(jìn)行具體分析，以達(dá)到最優(yōu)化的系統(tǒng)成本控制和開(kāi)采目的。

3.2 設(shè)計(jì)、施工管理與設(shè)備維護(hù)檢修的信息化

（1）設(shè)計(jì)與施工管理的信息化。我國(guó)對(duì)拉斗鏟的施工研究多還停留在相應(yīng)的剖面施工水平，相應(yīng)的工藝也較為籠統(tǒng)；仍依靠傳統(tǒng)手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，既浪費(fèi)了人力、財(cái)力、物力，又得不到實(shí)際成效，反而加長(zhǎng)了工期，提高了成本。先進(jìn)的信息方法，如毫米波雷達(dá)和基于激光雷達(dá)的地形數(shù)字測(cè)繪和建模，已被廣泛應(yīng)用在倒堆作業(yè)上，再搭配成熟的工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件，能夠很好地滿(mǎn)足拉斗鏟倒堆過(guò)程的精準(zhǔn)化控制。

（2）設(shè)備維護(hù)檢修的信息化。近年來(lái)，大型設(shè)備的維護(hù)檢修一直是首要問(wèn)題。拉斗鏟主要延續(xù)了前蘇聯(lián)的預(yù)防性維護(hù)策略，當(dāng)設(shè)備使用到一定階段，即使內(nèi)部或總體上沒(méi)有出現(xiàn)可查覺(jué)的損壞，或沒(méi)有達(dá)到檢修維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，但是為了預(yù)防未來(lái)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，仍對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)審查。這樣做一方面可以做到無(wú)差錯(cuò)運(yùn)行設(shè)備，后果便是維護(hù)成本高，并嚴(yán)重影響拉斗鏟使用效率。過(guò)度維護(hù)也導(dǎo)致成本直線上升，效率依舊。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)在計(jì)劃內(nèi)的維修時(shí)間比海外國(guó)家足足多出5 倍，在計(jì)劃內(nèi)的審查時(shí)間也是較海外水平高得多，顯示出我國(guó)在設(shè)備維護(hù)等方面相比海外有明顯差距。其原因在于不能科學(xué)預(yù)測(cè)設(shè)備的檢修時(shí)間，追根溯源是在大型設(shè)備維護(hù)檢修的信息化程度上不如國(guó)外。在澳大利亞等海外國(guó)家已經(jīng)形成成熟的維修論和檢修理論等信息化體系，這是我國(guó)在使用拉斗鏟技術(shù)時(shí)需要掌握的，也是企業(yè)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間需要注重的問(wèn)題。

4 結(jié)論

（1）近年來(lái)，我國(guó)拉斗鏟倒堆工藝對(duì)比國(guó)外明顯存在很多問(wèn)題。具體聚焦于效率低下，拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴(yán)重偏低，成本越來(lái)越高。拉斗鏟實(shí)動(dòng)率偏低，倒堆時(shí)間利用率低下，原因?yàn)樵O(shè)計(jì)不當(dāng)、技術(shù)不夠、監(jiān)管不力等。

（2）在拉斗鏟倒堆工藝中，國(guó)外已經(jīng)具備了高度的信息化水平。國(guó)內(nèi)與海外相比有明顯差距，無(wú)論在設(shè)備管理和維護(hù)等方面，均需要較大的提升才能加快發(fā)展速度，以達(dá)到國(guó)際平均水平。這也是未來(lái)要著重研究的方面。

（3）國(guó)外使用拉斗鏟倒堆工藝時(shí)，具有與當(dāng)?shù)芈短烀旱V相符合的自然條件與地理環(huán)境，再加上長(zhǎng)線使用拉斗鏟使效率提升到最大，成本控制在很小。國(guó)內(nèi)使用拉斗鏟倒堆工藝時(shí)，不能盲目跟從國(guó)外的使用方法，否則只會(huì)加大成本、降低拉斗鏟的效率。

（4）黑岱溝露天礦的單一拉斗鏟目前已不能滿(mǎn)足需求，應(yīng)對(duì)倒堆方案進(jìn)行更改以提高效率。要正視與國(guó)外同行業(yè)的差距，努力提升技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)拉斗鏟倒堆工藝在我國(guó)的蓬勃發(fā)展。