架線式礦用卡車在曼家寨露天礦區(qū)的應用

馬開川 邱 宇

（1.云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

機械傳動礦用卡車由于作業(yè)機動性好、周轉速度快、爬坡能力強，成為露天礦山的主要運輸工具，但隨著露天礦山采剝標高下降、排土場標高的上升、廢土運距和高差增加，其運行速度下降，制約生產(chǎn)效率，因此改變固有機械傳動方式，采用電傳動方式運輸是露天礦山降本增效的重要手段［1-5］。云南處于產(chǎn)電大省，用電成本低，供電系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)需要，架線式自卸車生產(chǎn)于20 世紀70 年代初起步，目前部分企業(yè)已掌握其技術，如湘電集團有限公司、徐工集團擁有完全的自主知識產(chǎn)權和自主成套生產(chǎn)能力，技術已達到國際同類產(chǎn)品的先進水平，部分產(chǎn)品已出口。山西朔州安太堡露天礦進行了電動輪卡車架線輔助系統(tǒng)技術研究，現(xiàn)場應用取得了良好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。結合曼家寨露天礦山現(xiàn)狀，通過選擇部分路段開展架線式試驗，對架線式礦用卡車運營的經(jīng)濟性進行了分析，對其應用前景進行充分分析論證，為后期車間運輸改革創(chuàng)新提供依據(jù)和決策。

1 曼家寨礦區(qū)及運輸組織現(xiàn)狀

銅街-曼家寨礦區(qū)礦體走向南北，礦區(qū)長約4 000 m，礦區(qū)面積約2 km2，采場屬以山坡為主的露天采場，境界范圍內(nèi)臺階標高860～1 410 m，地面地形的特點是北高南低，坡度12°～37°，采用陡幫+緩幫作業(yè)相結合的采剝工藝。

礦區(qū)年剝離量1 500～1 700 萬m3/a，現(xiàn)開拓運輸系統(tǒng)為公路開拓汽車運輸和公路汽車-破碎機-帶式輸送機聯(lián)合開拓運輸系統(tǒng)。礦石通過45～55 t礦用自卸汽車分別運至露天采場西側現(xiàn)有的粗碎站和西南側的選廠，廢石通過100～150 t 礦用自卸汽車運至東排土場和南加排土場，膠帶運輸系統(tǒng)運輸量500 萬m3/a。東部排土場位于曼家寨采場東部，標高在830～950 m，距采場邊緣約910 m；南加排土場場地自然標高592～660 m，與露天采場最近直線距離約2.58 km。

礦區(qū)生產(chǎn)主要采用高土低排形式開展，其運輸成本見表1。

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現(xiàn)生產(chǎn)中存在的主要問題：

（1）燃油成本高。隨著柴油價格上漲，礦用卡車動力單耗上升，生產(chǎn)成本增加，2016—2020 年原油價格由45 美元/桶上漲至70 美元/桶，2022 年突破92.6美元/桶，油價持續(xù)上漲，使得采剝作業(yè)成本中燃油成本占運輸成本比重上升10%（表2）。

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（2）生產(chǎn)效率低。礦區(qū)礦用卡車發(fā)動機為康明斯型發(fā)動機，需從國外采購，采購周期長達6～9月；發(fā)動機隨著使用年限增加，部分故障需報外修，來回維修時間近3～6月，嚴重影響生產(chǎn)效率。

2 架線式礦用車在礦區(qū)的應用試驗

2.1 架線式電動輪工作原理

電動輪汽車工作原理是汽車的每個車輪為1 個電動機，輪軸為電動機定子，車輪為轉子，電力由柴油發(fā)動機提供［1］。設備驅(qū)動系統(tǒng)包括2 個通過齒輪集成到后輪內(nèi)的驅(qū)動馬達、1 臺發(fā)電機和1 臺動力強勁的柴油發(fā)動機。電能直接從變電站通過架空接觸網(wǎng)傳輸來驅(qū)動卡車的輪馬達，直接利用網(wǎng)路電能，其動力強勁，可以大幅度提高汽車工作效率及降低運行成本［2］，從而減少了能源消耗。架線式礦用卡車采用雙動力模式，架線式輔助供電啟動力矩大。

2.2 試驗路段選擇及參數(shù)確定

依據(jù)架線式礦用卡車運行特點（圖1），結合生產(chǎn)現(xiàn)狀，遵循平路、下坡路段通過柴油發(fā)動機動力做功，上坡路段采用架線式供電運輸原則，以采場底部標高910 m 為設備運行起點，優(yōu)化礦區(qū)具備架線式電車運行路線。現(xiàn)礦區(qū)排土點及礦石供應點分別需運至東部排土場、新田進料口、1065 旋回破碎口、大坪進料口、金竹山車間進料口，從而選定采場至1065旋回破碎路段及970 m 大坪運礦路段運輸路線，如圖2所示。

本次試驗采用120～150 t 架線式電動輪汽車，雙車道道路面有效路面寬度20 m，道路橫坡小于5%，道路縱坡大于10%；路面采用細粒級大理巖進行3 層鋪墊壓實，安全擋墻寬度4 m，路肩寬度2 m，排水溝寬度1 m；道路旁側布置柱子，柱子間距15 m。

2.3 架線系統(tǒng)及試驗線路布置

架空線路運輸系統(tǒng)包括鐵塔、智能真空斷路器、絕緣線、牽引變電站、支柱、支持拉線、水平拉桿、接觸懸掛、接觸線、受電弓、純電驅(qū)動剛性礦用自卸車、變壓器、充電樁、充電槍組成。架線通過鐵塔與牽引變電站連接變壓器及充電樁，牽引變電站一側設置有支柱，支柱頂端設置有支持拉線及支持裝置，接觸線通過接觸懸掛安裝在支持裝置上，牽引變電站與接觸線連接，接觸線下方的純電驅(qū)動剛性礦用自卸車駕駛室頂端設置有受電弓。供電系統(tǒng)由車間西幫10 kV線路提供。

依據(jù)架線式電動輪汽車在上坡路段采用電動輪驅(qū)動，下坡路段采用機械輪驅(qū)動，雙動力運行模式，根據(jù)架線式電動輪汽車的特點，結合礦區(qū)采場至各卸載點工況，對試驗路段布置電動輪汽車架線系統(tǒng)。

（1）試驗路段1：南部路堤（958 m）—大坪堆場路段（986 m），長275 m，坡度10%。路段主要負責大坪選廠礦石運輸，年運輸量約32萬m3。

（2）試驗路段2：東幫1020 平臺—1065 旋回破站路段，長527 m，坡度10%。路段主要負責采場礦石與廢石由采場運往1065旋回坡及金竹山廢石資源供應，年運輸量約320萬m3。

3 應用經(jīng)濟效益分析

3.1 投 資

電動輪汽車架線路段長802 m，主要投資包括線路設備、材料及施工費720萬元，具體見表3。車間現(xiàn)擁有電動輪汽車8 臺，受電系統(tǒng)改造100 萬元/臺（車受電系統(tǒng)改造所發(fā)生的費用），試驗車輛4 臺（2 臺為企業(yè)試用車輛），故本次實際新增投入費用200萬元，總投入成本為720+200=920萬元。

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3.2 運輸成本對比

為對機械輪與架線式輔助系統(tǒng)運行單位成本數(shù)據(jù)對比，本次不考慮設備折舊、人工等相關費用，架線式運輸?shù)缆穬啥魏嫌?02 m，架線式動力與普通柴油動力運行成本比較見表4。架線式重載上坡較普通柴油運輸節(jié)約1.94元/m3。

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3.3 經(jīng)濟效益分析

依據(jù)生產(chǎn)進度，通過架線式合計運輸廢石量320萬m3，礦石量32萬m3。新增投資為920萬元，節(jié)約成本1.94 元/m3，年運輸廢石量320 萬m3，年節(jié)約成本為320×0.527×2.41=406萬元；年運輸?shù)V石量32萬t，年節(jié)約成本32×0.275×2.41=21 萬元，年創(chuàng)效427 萬元。礦區(qū)通過設置275，587 m 架線道路，新增投資920 萬元，投資回收期2.16 a，返本后每年為礦山節(jié)約運輸成本427萬元，效益巨大。

4 結 語

結合車間生產(chǎn)現(xiàn)狀，開展了802 m 架線式礦用車試驗路段，通過試驗得出架線式重載上坡較普通柴油運輸節(jié)約1.94 元/m3，年創(chuàng)效427 萬元，取得較好的經(jīng)濟效果和社會效益。

本次試驗項目中存在以下不足：礦區(qū)屬山坡露天礦，采用陡幫開采，受礦區(qū)工作面推進、爆破等因素影響，礦區(qū)運輸線路處于變動過程中，而架線式礦用卡車的運行需路面相對固定，故如何優(yōu)化架線式路段與生產(chǎn)采剝工作推進的結合是下一步工作的重點；項目中未對路面維護、設備維護費保養(yǎng)、電氣技術人員培養(yǎng)等成本進行分析，需進一步論證；架線式礦用卡車上坡過程中采用架線式輔助，電動輪動力增加，提升了運行速度和生產(chǎn)效率，減少礦用卡車運行數(shù)量，本次未開展對機械輪、電動輪運輸能力分析和對比，需進一步論證。