采礦設備的現狀分析與發展研究

張文瑞

摘要：文章介紹了露天采礦設備中的裝載設備以及運輸設備現狀和發展，介紹本廠中應用的裝載設備以及運輸設備。在分析露天采礦設備現狀的同時，指明露天采礦設備的發展方向，為企業的發展提供一些參考。

關鍵詞：露天采礦設備;現狀;發展

引言

目前，我國經濟快速發展以及對各種能源的需求量不斷增加，煤炭資源一直以來都是我國的主要能源形式，是目前我國電能生產的主要燃料。我國露天煤礦占據全國煤炭生產重量約1/10，開展露天煤礦建設的同時，也在不斷應用現代化的大型露天采礦設備來提高生產能力，在應用各項先進技術的同時，也推動露天采礦設備向電子化和自動化方向發展。本文分析露天采礦生產中所應用的裝載、運輸等設備的現狀和發展，并展望未來露天采礦設備的發展趨勢。

裝載設備的現狀與發展

露天采礦設備中的裝載設備主要有機械挖掘機以及液壓挖掘機等類型。挖掘機的發展主要由手動方式向蒸汽驅動以及內燃機驅動和電力驅動等方式逐漸發展和演變。目前最為常用的是鋼絲繩和齒輪推壓方式的電動挖掘機，這也是露天礦山中采剝工程所需要的機械設備;比較常用的是單斗挖掘機，以及目前比較先進的多斗挖掘機。針對液壓挖掘機來說，功能更加多樣化，這大大提高了勞動生產率和工程質量。在技術不斷發展和進步的同時，鏟斗容量也在持續增加，而且在相關技術進步的同時，也降低了故障概率。此種挖掘機也在露天采礦中開始廣泛采用。

以其中的WK–35挖掘機為例，首臺WK–35挖掘機于2007年9月在神華準能黒岱溝露天煤礦投入生產，運行時間超過60000小時。其主要特點為自主開發研制產品，具有自主品牌和自有知識產權;整機功能配置齊全，性能參數選擇合理，總體布置、結構設計、傳動系統設計先進，性能完善可靠;推壓方式為單梁起重臂、雙梁斗桿、齒輪齒條式推壓;主要結構件選材合理，結構先進;傳動系統布置合理，傳動件全部采用硬齒面齒輪傳動;回轉機構和行走機構采用行星齒輪傳動;電氣及其控制系統采用成熟的交流變頻調速系統和數字控制技術;主要外購配套件選用進口名牌產品;具有鏟斗容量大、工作范圍大、生產效率高、適應性強、主要結構件和易損件壽命長、易于維護保養、故障率低等特點。整機技術水平達到當代國際先進水平，填補國內產品的空白。WK–35型挖掘機可與載重量為172～263噸的礦用自卸汽車配套使用;可適用于年產量在1500萬噸級及以上規模的大型露天礦山。

運輸設備的現狀與發展

露天采礦中的運輸設備主要經歷了以下發展并有幾種類型：首先是電動輪自卸汽車，最早應用于上世紀60年代，表現出較好的靈活性、較高的使用效率和經濟效益等優點。在自卸卡車等大型設備應用的同時，也降低了生產成本、提高了生產效率;其次是機械傳動式自卸汽車，在機械傳動式運輸設備的基礎上表現出良好的優越性和發展速度，載重量也在不斷增加;再次是自卸卡車–破碎站–帶式輸送機運輸系統，此運輸設備在目前的露天采場破碎系統中廣泛應用;最后是自移式破碎機，此設備是在露天采場中集中控制和調度系統發展的過程中逐漸應用的，提高了露天礦山開采效率和礦山產量，對于露天礦以及整套工藝的應用具有促進作用。此外，還有架線輔助運輸系統，其應用較大的汽車牽引力，表現出較強的爬坡能力以及較快的車輛運行速度。此外，油耗也比較低，在開展露天采礦設備的同時，實現經濟效益的提升。

以北重的NTE240級礦用自卸車為例，其載重為220～236t，主要特點有以下幾方面：第一是良好的機性和行走平順性，這是由于具有最佳方向控制和幾何參數、獨特的氣液懸掛;第二是較高的使用儲備，由于組件采用當代先進的加力技術，大架和車廂采用高強度材料制成;第三是由于采用舒適的駕駛室、全液壓方向控制、高效液力減速裝置、帶護板的車廂等，表現出良好的司機舒適性和安全性。總結其性能特點為：技術保養勞動強度底;零部件高度統一使用儲備高;最佳的裝備和零配件價格;全過程服務保障和技術跟蹤;耗材使用范圍廣;根據用戶的意愿對產品的性能結構更新改造;維修簡單。

今后露采設備主要發展方向

首先是司機室內的工作環境會更加舒適，工作環境的改善方向是通過坑下的灑水降塵等措施來減少粉塵問題，并且不斷引入先進的工程機械設備，在避免粉塵和揚塵等危害人員身體健康的同時，還要確保駕駛環境的舒適性。露天采礦設備在設計階段就開始注重人性化問題，全面、合理的考慮到設備使用的安全性和舒適性，不斷進行優化設計，做到“以人為本”。同時，提高采礦設備的安全性也可以減少安全事故的發生，保障施工人員的生命安全。

其次是為了提高露天采礦效率和經濟效益，需要推動露天采礦機械設備向大型化和自動化方向發展，不斷提升自卸車載重的能力。智能化的發展方向，就是司機行為監控系統、卡車防撞預警、安全帶未系報警、防疲勞系統、車載稱重系統、胎溫胎壓監測系統、車輛燃油監測系統、卡車盲區監控及倒車影像系統等）、無人駕駛（如CAT? MineStar? （礦山之星）系統等）發展和應用。針對電鏟來說，不僅是驅動方式上的改進，而且在加載各類檢測系統（智能斗齒識別系統、盲區監控系統、稱重管理系統、電量及潤滑油消耗管理系統、設備健康管理系統）的同時，也在向智能化和信息化方向發展。近年來，我國的各類大型露天采礦設備不斷增多，也在逐漸靠近甚至超越國際先進水平。設備的大型化實現了高產高效，為企業帶來了良好的經濟效益，而且大型設備相對配置的人員較少，降低了管理風險。同樣生產能力的設備，單臺套能力越大，經濟效益越好。

同時，無人駕駛技術也在不斷的成熟完善，無人駕駛是指通過在設備上安裝多種傳感器、GPS導航、控制器和通訊組件等來取代原來坐在駕駛室內的司機，并在導航衛星的支持下通過地面控制中心、通信基站等控制使設備能按特定路線行駛、裝載和卸載，自動地完成作業。拿卡特彼勒的卡特MineStar（礦山之星）來說，當前卡特的自動化系統Cat? Command包括定位、環境（路況）檢測、機器控制、無線通信和位置控制，其原理是基于精確的GPS，在比較固定的路線行駛，GPS接收器連續不斷地監測卡車的位置和方向，激光測距儀將掃描卡車前面的路面來確定是否有障礙，數據經過計算機處理告訴操作機器人如何執行，同時該系統還包含有一個FleetCommander（車隊管理）套件，這是個綜合性的地表采礦監測和控制系統，通過與現場移動設備的實時交互，可以使礦山經營者提高設備利用率、管理操作者、跟蹤物料移動和監測生產，有效提高生產率10–15%。對應的國內也在不斷完善V2X技術，V2X即車與車（V2V）、車與行人（V2P）、車與基礎設施（V2I）、車與網絡（V2N）等之間互相感知的一個通信系統，用以構建“人車路云”高度協同的互連環境，實現車路協同控制、車車協同編隊、遠程操作等高級/完全自動駕駛業務，最終支撐實現完全自動駕駛。

通過無人駕駛技術可以減少司機費用開銷、減少燃油費用、減少受不良天氣條件的影響、精準的操作使得輪胎壽命提高40%，從而有效提升工作效率降低勞動力成本、增加生產率，同時在安全方面，無人運輸系統比傳統方式安全得多，障礙物偵測系統發現行走路線上有其它車輛或人，就會馬上減速或停車，系統可避免與在礦山內工件的其它卡車、平地機、推土機、服務車和別的設備相撞，消除了行駛誤差，不會因駕駛員疲勞及誤操作而引發的事故，安全性增強。

最后是通過應用計算機技術來實現露天采礦的最佳規劃設計，重點從露天采礦作業中的裝載、運輸設備等方面來應用高新技術，適應不同露天礦具體生產條件，達到預期的經濟效益。在露天采礦技術設備中，我們需要使用爆破設備和器材來提高采礦質量和速度，通過處理小的空間和領域來擴大開采范圍，遇到突發情況時，我們要把損失減到最小化。爆破設備和器材實現機械化的配套作業和普遍運用，有利于我們在采掘工作中更好的了解其情況和發展方向，提高安全性和可靠性。設備的技術性使用是采礦技術的前提，隨著智能化采礦技術的突破和興起，在不久的將來，無人駕駛在這樣大型的工作環境中，已不再是夢想，將是未來發展的新趨勢。

結語

目前我國的露天采礦需求不斷增加，我國在不斷引入國外先進采礦設備的同時，加大露天采礦設備的自主研發和應用。針對目前露天采礦設備的應用現狀，主要發展方向是應用先進技術。不僅僅是充分應用露天分期開采陡幫擴幫技術、半連續、連續開采技術，而且在此技術的基礎上推動露天采礦設備的應用向智能化、大型化方向發展。也就是說，在應用高科技電子控制系統的同時，降低設備的造價以及運行成本，提高設備的靈活性和生產效率，促進露天采礦設備向自動化和智能化方向發展。

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