國內外露天開采機械單斗挖機對比研究分析

王俊茗

（山西煤炭進出口集團河曲舊縣露天煤業有限公司， 山西 忻州 036500）

引言

露天煤礦開采的特點在于其開采能力大、勞動效率高，且煤礦開采成本較低，但這一技術的應用前提是有著現代化的露天開采機械化設備。近年來隨著國家能源集團的高效發展以及我國采煤設備的不斷更新換代，各種先進的采掘設備在露天煤礦得到了使用，這些設備不光有國內自主研制的新型單斗挖機、自卸卡車等，還有各種國外各種高性能、高精度開采輸送設備。現基于這些露天開采機械化設備在某礦的使用情況進行研究分析。

1 設備數量方面

以國家能源集團旗下某露天煤礦采用綜合開采工藝中所用開采設備為例，對該礦機械化開采設備的來源進行分析，對比研究國內外設備在該礦露天煤礦機械化開采中的使用情況。

1.1 國外設備

該礦采用輪斗挖掘機對表土層50 m 厚的黃土層進行剝離，設備產自德國科虜伯公司，并用膠帶輸送機進行輸送，排土機對剝離表土進行堆積，排土機設備分別為美國D10N 型履帶式推土機、834B 型膠輪式推土機以及日本D375A 型履帶式推土機、D475A型履帶式推土機等；采用單斗挖掘機開采60 m 厚的中部巖層，該設備來源于美國P&H 公司2800 型號、比塞洛斯公司395 型號電鏟，自卸卡車對開采巖石進行運輸，卡車來自日本小松德萊賽公司的630E 型154 t 電動輪自卸卡車；而煤層的開采采用單斗挖掘機、自卸卡車、半移動破碎站以及膠帶輸送機半連續開采工藝。其設備也均為國外生產，原美國英格索蘭公司DM-H 型鉆機、比塞洛斯8750 型吊斗鏟等[1]?？梢悦黠@看出這些設備基本涵蓋了露天煤礦開采的各個階段，該礦對國外設備的引入數量較多。

1.2 國內設備

該礦國內露天開采設備有太原重工研發的WK-10B型電鏟、以及湖南湘電重裝研發的SF3102 型自卸卡車等，基本只用于輔助生產過程，設備數量較少。

1.3 對比分析

單純從數量上看，大型設備及精密設備的使用大多來自國外，國內露天開采設備研制基本處于起步階段，且設備的應用基本局限于輔助生產方面。如單斗挖機的使用，在大型露天煤礦開采中只應用于表土層的剝離工作，自卸卡車用于煤炭的運輸工作，且大型自卸卡車的供應廠家仍以國外為主。因此可以看出，該礦在露天開采過程中對國外設備的依賴較為嚴重。

2 設備性能方面

以單斗挖機為例對比分析國內外采掘設備在該露天煤礦的使用情況，單斗挖機的工作原理及參數如圖1 所示，Hxmax為單斗挖機最大卸載高度，其中Hx為卸載高度；Rxmax為單斗挖機最大卸載半徑，其中Rx為卸載半徑；Rwmax為單斗挖機最大挖掘半徑，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為單斗挖機下挖深度。單斗挖機設備直接應用于煤炭資源的開采生產，因此該設備的研發情況基本決定著露天煤礦的開采效率及發展水平，現對國內外單斗挖機的研發情況及設備性能進行對比研究。

圖1 單斗挖掘機及其工作范圍示意圖

2.1 國內單斗挖機

國內單斗挖機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，具有結構穩定堅硬、電力驅動效率高、能量供應可靠等優點，且牽引力提升力較大能適應各種堅硬巖石的剝離作業，但對電能的依賴也很容易受到露天礦地質條件的限制，很難實現在較遠作業工作面的持續高效運作。我國單斗挖機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8～14 m3的液壓鏟也陸續交工供各大露天煤礦使用，需求量較高因此發展迅速[2]。該類型單斗挖機具有機動靈活、工作精度高的優點，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，設備的維修較為困難，且液壓系統很容易發生漏油、溫度過高等缺點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，多用于輔助運輸。也在一些露天煤礦的單斗挖掘機- 卡車開采工藝及單斗挖掘機- 鐵道開采工藝中用于煤碳資源開采設備，但一次開采量較低。如WK-10B 設備，設備的單斗容量在12 m3左右，最大提升力為1030 kN，設備的推壓力為617 kN，行走速度可達0.69 km/h，平臺的回轉轉速為2.9 r/min，一次工作循環時間為0.5 min 左右，爬坡能力13°，設計質量達485 t，最大配重在40 t 左右，理論生產能力可達1490 m3。其最大挖掘半徑在20 m 左右，挖掘高度達9 m，該設備常應用于對表土層以及巖石的剝離作業，具體見圖2 所示。

圖2 太原重工WK-10B 型履帶挖掘機

2.2 國外單斗挖機

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

圖3 美國S8750-65 型邁步吊斗鏟

該類挖掘機為保證開采過程中的穩定性，設計底座巨大，且由于履帶裝置在行走過程中對地面比壓較高因此逐漸向邁步式行走設計轉變。設備的挖掘深度為其臂長的0.5 倍左右，也就是50～60 m，對表土層的挖掘將直接堆放在工作面周圍，有自卸卡車進行裝載運輸，工作效率較高，工作量可達2000 m3/h 左右，但也基于設備大的特性使其工作精度不會很高，一般要與常規單斗挖機配合使用。

2.3 對比分析

對比分析國內外單斗挖機的研制，國外在設備量級上明顯高于國內的發展，國內設備研制以太原重工WK 系列為例，多為大型單斗挖機，用于單斗挖掘機-卡車開采工藝對露天煤礦開采，對吊斗鏟研制并未進行深入的研發投入，而對該類型大型設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。兩類型設備參數對比如表1 所示?？梢钥闯鲇捎趪鴥炔⑽催M行該類設備的研制，即使處于領先水平的國內單斗挖機與其相比在各方面也都有著顯著差異。

表1 設備對比參數

3 總結研究

經對國家能源集團旗下某露天煤礦機械化開采設備的研究發現，國外設備不光是在數量上明顯的優勢，在設備的性能上也明顯領先于我國。以單斗挖機的使用為例，美國等國家對于單斗挖機的研發無論從容量上，還是大型剝離鏟、吊斗鏟等設備的研發都有著明顯的優勢。我國露天開采設備的使用現階段還是以國外引入為主，國內設備起步較晚，且經驗不足，例如太原重工、湘電重裝等只在某一方面有所突破，因此在未來還需有很長的時間進行發展及規劃。

4 結語

通過對某礦露天機械化開采設備的研究分析，發現國內露天煤礦設備的研發方面相比于世界各國還有很大的發展空間，現階段露天礦所依賴的主要采礦設備，基本上是從美國、德國、加拿大等國家引進的，這不光在經濟上有著巨大損失，在技術上也存在很大限制。因此在煤礦企業等未來發展規劃中加大對開采設備的自主研發力度極為關鍵，對煤礦企業的高產高效發展，以及擺脫對國外開采設備的依賴有著重大意義。