黑岱溝露天煤礦輪斗挖掘機系統使用現狀及改進方向

李亮盼 馬占一 馮明飛

（1.神華準格爾能源有限責任公司生產技術部，內蒙古自治區鄂爾多斯市，010300；2.準格爾旗煤炭局，內蒙古自治區鄂爾多斯市，010300）

1 概述

黑岱溝露天煤礦是國家“八五”計劃重點建設項目——準格爾項目一期工程三大主體工程之一，是我國自行設計、自行施工的特大型露天煤礦，設計年生產原煤1200萬t／a。2003年進行吊斗鏟無運輸倒堆工藝技術改造后，生產能力增至2000萬t／a。2009年黑岱溝露天煤礦進行擴能改造，計劃于2012年達產，生產原煤2900萬t／a。其主要開采工藝為：上部黃土厚度為20～70m，平均厚度49m，采用輪斗挖掘機＋帶式輸送機連續開采工藝，使用2套4臺3100m3／h的德國K Rup P公司生產的S CH R S 710／1×15緊湊型輪斗挖掘機；中部巖石采用單斗＋卡車開采工藝，使用美國英格索蘭公司生產的? 311mm鉆機＋55m3電鏟＋290t自卸卡車設備；下部45m巖層采用拋擲爆破＋吊斗鏟倒堆工藝，吊斗鏟型號為8750型，斗容90 m3，作業半徑100m；煤層采用單斗＋卡車＋地面半固定破碎站連續開采工藝。

黑岱溝露天煤礦采用的輪斗挖掘機是集采、運、排于一體的連續開采工藝中完成采掘工作的重要設備。它具有生產能力大、效率高、污染少、對復雜煤層可以進行選采、運輸坡度大、操作簡單、維修方便、易于實現現代化管理等優點已廣泛應用于我國大型露天煤礦。目前，黑岱溝露天煤礦面臨著生產壓力大和采剝關系緊張等問題，面對下部單斗＋卡車工藝系統能力的大幅度增長，承擔著最上層巖土剝離任務的輪斗挖掘機系統生產能力越來越不適應露天煤礦的發展，其瓶頸制約作用愈加明顯。因此，通過對輪斗挖掘機系統應用現狀研究，尋找到輪斗挖掘機系統改進或發展方向變得更加迫切。

2 使用現狀

2.1 輪斗挖掘機系統工作量

2008－2010年黑岱溝露天煤礦輪斗挖掘機系統完成剝離量在剝離總量中所占比重逐年下降。2011年黑岱溝露天煤礦剝離總量為14088.12萬m3，其中剝離巖石8615.36萬m3，剝離黃土5472.76萬m3。輪斗挖掘機系統剝離量為818.96萬m3，占剝離總量的5.81%，占黃土剝離量的14.96%。2012年輪斗挖掘機系統計劃剝離量為250.00萬m3，占自營剝離總量的1.88%。2008－2012年輪斗挖掘機系統完成及計劃完成剝離量、剝離總量以及比重情況如表1所示。

表1 2008－2012年輪斗挖掘機系統完成及計劃完成剝離量、剝離總量以及比重情況

2.2 輪斗挖掘機系統作業效率

每年制定年度工作計劃時，通過考慮各種因素確定輪斗挖掘機系統的生產能力，以2011年為例，輪斗挖掘機系統工作時間具體安排如表2所示。

表2 2011年輪斗挖掘機系統工作時間安排

2011年單臺輪斗挖掘機系統計劃剝離量為400萬m3／a，實際完成剝離量為204.74萬m3，小時理論處理能力為3100m3／h，3－6月份設備實動率累計為30.83%，比計劃出動率的38.42%少了7.59%。2011年3－6月份輪斗挖掘機系統及其他設備出動率和實動率如表3所示。

由表2、表3可見，輪斗挖掘機系統受到設備維修、帶式輸送機的移設、臨時故障、運輸系統影響、氣候影響等制約性因素影響很多，這些因素直接導致了輪斗挖掘機系統作業效率的降低。與同期的WK 55電鏟、P H 2800電鏟、WK 20電鏟、吊斗鏟等設備的作業效率相距甚遠。

2.3 經濟效益

經計算，2011年輪斗挖掘機系統單位成本為19.38元／m3，單斗系統成本為18.31元／m3，吊斗鏟系統成本為16.53元／m3，外包成本為7.1元／m3。2012年輪斗挖掘機系統預計成本為22.2元／m3，單斗系統預計成本為22.741元／m3，吊斗鏟系統預計成本為19.41元／m3，外包預計成本為7.61元／m3。

表3 2011年3－6月份輪斗挖掘機及其他設備出動率和實動率%

輪斗挖掘機系統使用初衷是通過采用連續生產工藝來減少運輸環節和降低生產成本，但隨著大型挖掘機和重型卡車等礦用裝備技術水平的提高，單斗卡車工藝的剝離成本逐漸下降，輪斗挖掘機系統節約成本的優勢逐漸下降。由此可見，隨著黃土剝離任務的減少，輪斗挖掘機系統作業成本逐年增高，已經失去了節約成本的優勢。

3 輪斗挖掘機效率降低的原因

3.1 地形地質原因

黑岱溝露天煤礦表土層平均厚度49m，形成3個表土臺階，有4臺輪斗挖掘機和2臺排土機，帶式輸送機長度達10.99k m。剝離采用輪斗挖掘機＋帶式輸送機＋排土機連續工藝一機一線布置。輪斗挖掘機在作業之前，需要單斗＋卡車進行工作面的準備，在工作面高度、長度符合要求時方能作業。由于黑岱溝露天煤礦地表黃土受大氣降水水流切割作用，因而黃土層呈現不連續分布狀態，這是上部臺階輪斗挖掘機作業能力降低的主要原因。同時，下部黃土層與基巖接觸面起伏較大，黃家梁背斜軸部較厚，由軸部向兩側及西南方向變薄。這種交界面的不規律經常使輪斗挖掘機挖到硬巖造成斗齒折斷，進而在空間和時間上使輪斗挖掘機不能真正發揮連續作業的作用。

3.2 輪斗挖掘機系統原因

影響黑岱溝露天煤礦輪斗挖掘機系統主要有以下幾個方面：

（1）輪斗挖掘機故障頻繁，停機修理時間長。

（2）外線供電質量差，供電線路故障率高。

（3）帶式輸送機移設占用時間長。

（4）設備操作管理和客觀環境因素影響，如大風、雨雪及凍塊等。

3.3 輪斗挖掘機設計局限性原因

黑岱溝露天煤礦采用的德國克虜伯（K RUup）公司的S CH R S 710／1×15緊湊型輪斗挖掘機具有挖掘速度快、效率高等特點，但缺點是斗齒切割力較弱，在冬季黃土凍結時輪斗挖掘機能力不足而無法作業，造成了整個輪斗挖掘機系統在冬季只能停機歇業。

4 改進思路

（1）提高斗齒切割力，擴大輪斗挖掘機使用范圍。通過提高切割斗齒的切割力、調整切片切割角度、確定合理的切割速度、加載對輥式破碎機等措施來提高輪斗挖掘機能力，進而擴大其在復雜條件下的作業能力。

（2）改進松碎爆破＋輪斗挖掘機＋寬帶式輸送機工藝。通過加大孔網密度和縮小孔網參數來降低爆堆中的大塊率。適當增加輪斗挖掘機斗容和出料孔直徑，以便提高爆堆最大允許塊度。通過加大與輪斗挖掘機相配合的帶式輸送機寬度來提高膠帶允許的巖石最大塊度，當膠帶寬度達到3m時，允許巖石最大塊度可達2.4m。

（3）輪斗挖掘機與自卸卡車聯合作業。在輪斗挖掘機卸料臂上設一名指揮員，負責輪斗挖掘機在裝車過程中的指揮工作。指揮人員負責指揮卸料口對位、卸料臂與卡車安全距離和上料裝車，卡車司機進入工作面前，通過觀察瞭望按順序進入裝車位置，裝車時服從卸料臂指揮人員的指揮，輪斗挖掘機與卡車配合作業時采用專門的通訊頻道。

（4）改進爆破＋單斗＋輪斗挖掘機工藝。在工作面足夠寬敞的條件下，電鏟將爆破后的巖體倒堆與篩分，篩下部分由輪斗挖掘機系統作業，篩上部分大塊巖石采用汽車運輸。

（5）輪斗挖掘機小型化。輪斗挖掘機小型化的代價是單臺作業效率相對降低，但是小型輪斗挖掘機的價格也相對便宜，在資金等量的情況下，能夠購置多臺小型設備。在作業設備出現故障時，備用設備同時啟用，這在客觀上減少了設備因維修而浪費的時間，延長了輪斗挖掘機系統的作業時間，提高了輪斗挖掘機系統的生產效率。

5 結論

上述改進思路既發揮了輪斗挖掘機系統廉價挖掘、連續運輸、降低成本的特點，又能提高輪斗挖掘機的作業效率，為輪斗挖掘機系統的深入發展提供了新的思路。輪斗挖掘機系統生產能力的提高不僅要從系統設計、設備設計與制造和勞動者素質等方面思考，還要從設備、管理、工藝3個方面相互配合、不斷改進和提高，這樣才能進一步提高作業效率和生產能力，真正發揮連續開采工藝系統應有的優越性。

［1］ 劉偉民，任強.勝利東二露天煤礦煤層頂底板剝離設備優化［J］.中國煤炭，2009（7）

［2］ 張殿輝，李宏偉.提高輪斗挖掘機生產能力的探討［J］.內蒙古煤炭經濟，2008（1）

［3］ 張舉璽.新型輪斗挖掘機［J］.礦山機械，1988（11）

［4］ H·李博文.采用輪斗挖掘機挖掘堅硬物料［J］.露天采煤技術，1997（4）