張海旺

（神華準(zhǔn)格爾能源有限公司黑岱溝露天煤礦 內(nèi)蒙古鄂爾多斯）

一、引言

黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)是從德國(guó)克虜伯公司引進(jìn)的大型礦山挖掘設(shè)備，共有兩套輪斗系統(tǒng)。主要設(shè)備包括緊湊型輪斗挖掘機(jī)4臺(tái)，A皮帶車4臺(tái)，B皮帶車2臺(tái)，電纜/漏斗車4臺(tái)，卸料車2臺(tái)，排土機(jī)2臺(tái)，以及與之相匹配的膠帶運(yùn)輸機(jī)12條，（其中帶寬1.4 m工作面膠帶機(jī)4條，帶寬1.8 m端幫膠帶機(jī)6條，帶寬1.8 m排土場(chǎng)膠帶機(jī)6條）和輪斗集中控制系統(tǒng)。輔助設(shè)備包括2臺(tái)履帶搬運(yùn)車及液壓泵站等，承擔(dān)黑岱溝露天煤礦上部黃土的剝離任務(wù)。

二、輪斗系統(tǒng)工藝特點(diǎn)

黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)工藝為連續(xù)開(kāi)采工藝，即采掘、運(yùn)輸及排棄為一體，它與間斷工藝、半連續(xù)工藝相比有一些特殊的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.優(yōu)點(diǎn)

（1）生產(chǎn)能力大、效率高。由于輪斗系統(tǒng)工藝，采掘、運(yùn)輸及排棄生產(chǎn)環(huán)節(jié)是連續(xù)作業(yè)，因此生產(chǎn)效率高，特別是在物料較好條件下，高效率的優(yōu)點(diǎn)尤為明顯。并適于大規(guī)模開(kāi)采。

（2）切削力較大。輪斗挖掘機(jī)切削力較大，可以直接采掘褐煤，省掉鉆孔、爆破等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，成本降低。

（3）對(duì)復(fù)雜的煤層可以進(jìn)行選采。對(duì)煤層中硬度不高的夾矸以及煤、巖分界處的采掘，都可用輪斗挖掘機(jī)進(jìn)行選采，不僅提高了煤炭資源的回采率，而且提高了煤炭質(zhì)量，減少了選煤工作量。

（4）膠帶輸送機(jī)提升角度大。膠帶輸送機(jī)一般工作角度在10°～18°，鐵道運(yùn)輸允許工作坡度在 10‰～15‰，汽車運(yùn)輸允許工作坡度在6‰～10‰?？梢?jiàn)膠帶輸送機(jī)輸送物料的提升角度要比鐵道運(yùn)輸和汽車運(yùn)輸大得多，因此采用膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)輸送物料可以大大縮短運(yùn)輸距離，與鐵道運(yùn)輸相比，可節(jié)省大批鋼軌。

（5）動(dòng)力消耗低、操作簡(jiǎn)單維修方便。輪斗系統(tǒng)設(shè)備，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單機(jī)操作多為按鈕、手柄、操作靈活省力，勞動(dòng)條件好，安全可靠，與汽車、機(jī)車（蒸汽車、內(nèi)燃機(jī)車等）相比，動(dòng)力消耗低、維修方便。

（6）容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理。輪斗挖掘機(jī)成套設(shè)備，多采用集中控制，和間斷、半連續(xù)工藝相比機(jī)械化、自動(dòng)化程度高，更容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理。

2.缺點(diǎn)

（1）設(shè)備初期投資高，對(duì)采掘物料的硬度有嚴(yán)格要求。

（2）專業(yè)性強(qiáng)，作業(yè)機(jī)動(dòng)性差，要求系統(tǒng)有很高的可靠性，各環(huán)節(jié)之間需緊密配合。

（3）受地質(zhì)條件、氣候因素影響較大。

三、輪斗系統(tǒng)開(kāi)采工藝流程

黑岱溝露天煤礦輪斗生產(chǎn)系統(tǒng)由外排Ⅰ系統(tǒng)和內(nèi)排Ⅱ系統(tǒng)兩套構(gòu)成。

1.輪斗系統(tǒng)開(kāi)采工藝流程

由輪斗挖掘機(jī)通過(guò)鏟斗將工作面黃土物料切下，經(jīng)輪斗挖掘機(jī)→A皮帶車→電纜/漏斗車→1.4 m工作面膠帶機(jī)→1.8 m端幫膠帶機(jī)→1.8 m排土場(chǎng)膠帶機(jī)→卸料車→排土機(jī)，排棄至排土場(chǎng)，完成采掘、運(yùn)輸、排棄流程。

2.輪斗系統(tǒng)集控室啟、停機(jī)控制過(guò)程

啟機(jī)過(guò)程：?jiǎn)?dòng)排土機(jī)、啟動(dòng)排土場(chǎng)膠帶機(jī)、啟動(dòng)端幫膠帶機(jī)、啟動(dòng)工作面膠帶機(jī)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)（A皮帶車）、啟動(dòng)輪斗挖掘機(jī)依次順序啟動(dòng)，稱為逆物料流啟動(dòng)。

停機(jī)過(guò)程。停止斗輪挖掘機(jī)、停止轉(zhuǎn)載機(jī)（A皮帶車）、停止工作面膠帶機(jī)、停止端幫膠帶機(jī)、停止排土場(chǎng)膠帶機(jī)、停止排土機(jī)依次順序停機(jī)，稱為順物料流停機(jī)。

四、輪斗系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的分析

黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)中，每臺(tái)輪斗挖掘機(jī)理論生產(chǎn)能力為3100 m3/h；每臺(tái)排土機(jī)理論生產(chǎn)能力為6200 m3/h。截至2013年底，輪斗系統(tǒng)已累計(jì)剝離黃土1.289億立方米，其中輪斗Ⅰ系統(tǒng)于1996年6月投入運(yùn)行，輪斗Ⅰ系統(tǒng)排土機(jī)累計(jì)運(yùn)行60 368 h，產(chǎn)量為6 428 208 m3；輪斗Ⅱ系統(tǒng)于2003年7月投入運(yùn)行，輪斗Ⅱ系統(tǒng)排土機(jī)累計(jì)運(yùn)行28 858 h，產(chǎn)量38 027 372 m3。

由于準(zhǔn)格爾地區(qū)冬季溫度低，受冬季氣候影響，輪斗系統(tǒng)設(shè)備工作運(yùn)行時(shí)間為9個(gè)月（每年3～12月初），輪斗系統(tǒng)工作運(yùn)行天數(shù)約280 d，輪斗系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)行4班3倒制，每班工作8 h，每年可利用時(shí)間6720 h。根據(jù)2013年運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，輪斗Ⅰ系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間為3981 h，產(chǎn)量為6 428 208 m3。影響生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間的因素有5方面。

（1）設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間。設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)包括日常維護(hù)保養(yǎng)和計(jì)劃性維護(hù)保養(yǎng)。設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)分為日檢、周檢、月檢、季檢、半年檢和年檢（在輪斗系統(tǒng)停止運(yùn)行后進(jìn)行）。輪斗Ⅰ系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間約為368 h。

（2）設(shè)備故障影響時(shí)間。輪斗Ⅰ系統(tǒng)設(shè)備故障平均影響時(shí)間為841 h。

（3）設(shè)備工藝影響時(shí)間。由于輪斗系統(tǒng)工作面的不斷推進(jìn)，膠帶需要進(jìn)行移設(shè)和拆除，輪斗Ⅰ系統(tǒng)損失時(shí)間為1050 h。

（4）氣候影響時(shí)間。由于受下雨等氣候影響，輪斗Ⅰ系統(tǒng)損失時(shí)間為329 h。

（5）供電影響時(shí)間。由于受供電線路春檢等影響，輪斗Ⅰ系統(tǒng)損失時(shí)間為151 h。

從以上影響因素可以看出，設(shè)備工藝影響時(shí)間多，主要原因是輪斗Ⅰ系統(tǒng)由于工藝要求，拆除了一條膠帶機(jī)，采掘工作面條件差，移設(shè)次數(shù)多。其次，由于輪斗系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備部件老化嚴(yán)重，設(shè)備故障多，影響設(shè)備運(yùn)行。另外，氣候影響也占很大的比例，原因是露天礦區(qū)雨水比往年偏多。一般情況下，輪斗系統(tǒng)每年平均工作小時(shí)應(yīng)在5200～5400 h。

五、輪斗系統(tǒng)開(kāi)采工藝的經(jīng)濟(jì)性分析

黑岱溝露天礦上部黃土的剝離，一般采取3種方式，一是外委承包剝離；二是單斗-卡車工藝剝離；三是輪斗系統(tǒng)剝離。

2013年露天礦輪斗Ⅰ系統(tǒng)黃土剝離量按600萬(wàn)立方米計(jì)算：輪斗Ⅰ系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用10.27元/m3（不包括折舊），總運(yùn)營(yíng)費(fèi)6162萬(wàn)元人民幣；采用外委承包剝離，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用11元/m3，總運(yùn)營(yíng)費(fèi)用6600萬(wàn)元；采用自營(yíng)單斗卡車工藝，運(yùn)距3 km左右，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用15.35元/m3，總運(yùn)營(yíng)費(fèi)用9210萬(wàn)元?？梢?jiàn)，輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝剝離黃土成本最低、經(jīng)濟(jì)性最好。

按照黑岱溝露天煤礦轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)期的規(guī)劃，黑岱溝露天煤礦內(nèi)排場(chǎng)空間嚴(yán)重不足，且無(wú)外排土場(chǎng)，必須對(duì)輪斗系統(tǒng)進(jìn)行重新布置。綜合考慮二條區(qū)工程位置（黑岱溝露天煤礦共有3個(gè)采區(qū)）、設(shè)備狀態(tài)等因素的影響，需要對(duì)輪斗系統(tǒng)進(jìn)行整體搬遷。使用輪斗系統(tǒng)雖然有優(yōu)點(diǎn)，但由于此次搬遷費(fèi)用高，回收效益較慢，而且存在幾個(gè)具體問(wèn)題。

（1）輪斗系統(tǒng)超前剝離3.5年，增加了近幾年的生產(chǎn)剝采比，從而增加了生產(chǎn)成本，5年后一條區(qū)內(nèi)排土場(chǎng)的覆土工作難以進(jìn)行。

（2）輪斗系統(tǒng)端幫膠帶經(jīng)過(guò)的溝壑較深，填溝后難以保證其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

（3）輪斗系統(tǒng)（折舊已提完）設(shè)備均已老化，繼續(xù)使用每年將投入較大的維護(hù)費(fèi)用；且還需購(gòu)置新設(shè)備和配件。

（4）單斗系統(tǒng)內(nèi)排空間不足。在不考慮黑岱溝露天礦剝離量進(jìn)入哈爾烏素內(nèi)排土場(chǎng)的情況下，內(nèi)排土場(chǎng)需增高至1300 m水平。但由于排土場(chǎng)空間較小，外委施工單位無(wú)法增高至1300 m水平排棄，2015年300萬(wàn)立方米剝離量及2016年4106萬(wàn)立方米的剝離量無(wú)空間排棄。

（5）露天礦一條區(qū)東端幫供電線路，需要重新進(jìn)行布設(shè)，費(fèi)用約為100萬(wàn)元。

（6）此次輪斗系統(tǒng)搬遷后，只能維持5年，5年后輪斗系統(tǒng)還需進(jìn)行大搬遷或停用。

綜上所述，雖然輪斗系統(tǒng)在剝離黃土在成本上有很大的優(yōu)勢(shì)，但是，考慮到以上因素的影響，黑岱溝露天煤礦輪斗系統(tǒng)決定停止運(yùn)行。

六、輪斗系統(tǒng)典型事故分析與預(yù)防措施

導(dǎo)致事故發(fā)生的因素有人的不安全行為，機(jī)的不安全狀態(tài)，環(huán)境的不良影響和管理的欠缺。在事故原因構(gòu)成中，人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)是造成事故的直接原因?qū)⒔?5%左右。當(dāng)人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)在一定時(shí)空發(fā)生交叉時(shí)，就是安全事故的觸發(fā)點(diǎn)。每次事故的發(fā)生不僅會(huì)給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)影響，也會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在輪斗系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中，分析事故的產(chǎn)生的原因，采取有效措施，預(yù)防事故的發(fā)生，把事故隱患消滅在萌芽中，有效避免事故的發(fā)生。

1.膠帶撕裂事故

（1）主要原因。在物料采掘中，由于大塊物料如泥土、石塊等砸向正在運(yùn)轉(zhuǎn)的膠帶，砸傷部位被清掃器刮住或卡住，造成膠帶撕裂。

輪斗系統(tǒng)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)件在膠帶運(yùn)行中脫落，在物料轉(zhuǎn)載點(diǎn)處被卡住，造成膠帶撕裂。膠帶的托輥或滾筒等停止轉(zhuǎn)動(dòng)或斷裂，受力卡住后，將膠帶撕裂。在設(shè)備維護(hù)檢修后，不慎將備件、工器具等遺留在膠帶上，導(dǎo)致卡住膠帶造成膠帶撕裂。

膠帶發(fā)生跑偏時(shí)未及時(shí)調(diào)整或膠帶防跑偏開(kāi)關(guān)失靈，而發(fā)生膠帶撕裂。在膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于其他異物墜落在回程膠帶上，被卡在膠帶某個(gè)位置或膠帶與滾筒間，都會(huì)造成膠帶撕裂。

（2）預(yù)防措施。在輪斗挖掘機(jī)采掘物料時(shí)，操作人員要采用合理的切削方式，盡量減少大塊物料的產(chǎn)生。加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的日常點(diǎn)檢和維護(hù)保養(yǎng)，檢查設(shè)備轉(zhuǎn)載點(diǎn)等重要部位，確保該部位的鋼結(jié)構(gòu)件(比如犁式清掃器等)未松動(dòng)或損壞。

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)膠帶的巡視檢查，發(fā)現(xiàn)托輥及滾筒等回轉(zhuǎn)部件不運(yùn)轉(zhuǎn)或損壞，及時(shí)進(jìn)行停機(jī)處理。檢修設(shè)備完畢后，要認(rèn)真清理檢修現(xiàn)場(chǎng)，確保膠帶上無(wú)遺留工器具或備件等。

保證膠帶防跑偏開(kāi)關(guān)等安全裝置的有效可靠，以便膠帶跑偏后自行保護(hù)停機(jī)，同時(shí)要隨時(shí)觀察膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)情況，若膠帶跑偏撒料嚴(yán)重，及時(shí)對(duì)膠帶進(jìn)行調(diào)整。

按檢修工藝要求，經(jīng)常調(diào)整膠帶滾筒清掃器，保證良好的清掃效果，發(fā)現(xiàn)異物及時(shí)清理。要不定期地檢查膠帶的接頭，以防出現(xiàn)起皮、鼓包等異常情況，若發(fā)生要及時(shí)進(jìn)行處理或者重新硫化膠帶接頭。

2.輪斗挖掘機(jī)（皮帶車A、排土機(jī)）履帶脫軌事故

（1）主要原因。地面指揮人員監(jiān)護(hù)不到位，操作人員與指揮人員配合不夠、呼喚應(yīng)答不準(zhǔn)確。一次扭車角度大，設(shè)備在短距離行走范圍內(nèi)頻繁扭車（履帶板斷原因）。地面指揮人員所處位置不合適。地面平整不及時(shí)或地面橫向坡度大。安全保護(hù)裝置失效。履帶張緊度未達(dá)到要求。

（2）預(yù)防措施。加強(qiáng)地面監(jiān)護(hù)，地面指揮與操作人員要默契配合。每次扭車角度＜5°，特殊情況應(yīng)選擇更小的角度。

指揮人員應(yīng)站立合適位置進(jìn)行指揮，同時(shí)要清楚本班安全重點(diǎn)部位。保持地面平整；確保地面橫向坡度＜3%。加強(qiáng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，確保安全保護(hù)裝置齊全有效。按照技術(shù)要求張緊履帶裝置。

3.膠帶火災(zāi)事故

（1）主要原因。膠帶機(jī)膠帶跑偏開(kāi)關(guān)、膠帶打滑監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)等失靈。滾筒、托輥等轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸承損壞，造成筒體溫度升高而引燃膠帶。膠帶局部跑偏，摩擦膠帶機(jī)架引燃膠帶。外部明火，如檢修人員檢修時(shí)產(chǎn)生的焊渣或未滅的煙頭等引燃膠帶附近的易燃物。

（2）預(yù)防措施。加強(qiáng)日常檢查，保證設(shè)備的安全保護(hù)裝置齊全可靠。膠帶運(yùn)行中，加強(qiáng)對(duì)膠帶的巡查，發(fā)現(xiàn)滾筒、托輥等轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸承發(fā)熱，及時(shí)采取相應(yīng)措施處理。及時(shí)調(diào)整跑偏膠帶。檢修人員檢修完設(shè)備后，要及時(shí)清理檢修現(xiàn)場(chǎng)，嚴(yán)禁煙火。配備足夠的滅火器等消防器材，并經(jīng)常檢查確保其有效。

七、輪斗系統(tǒng)膠帶機(jī)的移設(shè)

隨著采掘工作面和排土場(chǎng)位置的不斷推進(jìn)與改變，工作面膠帶機(jī)和排土場(chǎng)膠帶機(jī)需進(jìn)行移設(shè)，以滿足采掘和排棄的要求。工作面膠帶機(jī)移設(shè)的天數(shù)一般為5 d，排土場(chǎng)膠帶機(jī)移設(shè)的天數(shù)一般為7 d。膠帶機(jī)移設(shè)情況的好壞，會(huì)直接影響膠帶機(jī)的運(yùn)行，從而降低輪斗系統(tǒng)效率。

1.膠帶機(jī)移設(shè)前的工程技術(shù)要求

膠帶機(jī)移設(shè)前，要認(rèn)真做好移設(shè)前工程準(zhǔn)備工作，膠帶移設(shè)前需完成膠帶機(jī)移設(shè)工作面的平整工作，工作面平整度要求沿采掘帶（或排土場(chǎng)帶）橫向坡度＜2.5%，縱向坡度＜4%，工程質(zhì)量的好壞，直接影響膠帶機(jī)移設(shè)的質(zhì)量。

2.膠帶機(jī)的移設(shè)操作與技術(shù)要求

移設(shè)期間設(shè)一名現(xiàn)場(chǎng)總指揮，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與調(diào)度。移設(shè)前應(yīng)作好切口，排空設(shè)備上的物料，將輪斗挖掘機(jī)、皮帶車A、電纜/漏斗車及排土機(jī)走到指定位置。松開(kāi)膠帶張緊裝置、制動(dòng)器，設(shè)備斷電，并做好電纜耦合器保護(hù)，揭開(kāi)頭尾站錨固。平整移設(shè)工作面，平整程度以移設(shè)機(jī)能均勻移設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量并表處膠帶機(jī)的最終位置，按膠帶機(jī)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平整，基礎(chǔ)做好后側(cè)出膠帶機(jī)移設(shè)的最終位置。

根據(jù)膠帶機(jī)移設(shè)的最終位置，確定滑撬漏斗及皮帶車B的位置。工作面膠帶機(jī)移設(shè)步局在0.5～0.8 m。

電纜/漏斗車、卸料車行走曲率半徑≥120 m。由現(xiàn)場(chǎng)總指揮指定專人指揮移設(shè)機(jī)，并觀察鋼軌、魚(yú)尾板、中間架和電纜。移設(shè)到位后，按要求對(duì)膠帶機(jī)進(jìn)行調(diào)直、調(diào)平，并進(jìn)行試運(yùn)行。

八、輪斗系統(tǒng)開(kāi)采工藝的改造

隨著石油、輪胎價(jià)格的不斷上漲，露天礦開(kāi)采成本也隨著增加，由于受生產(chǎn)技術(shù)要求和其他客觀因素的影響，輪斗Ⅰ系統(tǒng)于2013年12月停止運(yùn)行，輪斗Ⅱ系統(tǒng)于2011年12月停止運(yùn)行。為了盤(pán)活輪斗系統(tǒng)閑置設(shè)備，降低露天開(kāi)采成本，可以將輪斗連續(xù)開(kāi)采工藝改造為自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝。

自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝可以用于采煤及剝離巖石，實(shí)現(xiàn)了以電帶油，用膠帶輸送機(jī)代替卡車，可以節(jié)省為卡車道路維護(hù)的設(shè)備和人員，還減少了卡車尾氣的排放及揚(yáng)塵，改善礦山環(huán)境，符合國(guó)家節(jié)能減排的方針政策。自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝綜合了間斷工藝的廣泛適應(yīng)性和連續(xù)工藝高效率等優(yōu)點(diǎn)，但此工藝對(duì)穿爆質(zhì)量要求較高，還需增加物料的破碎環(huán)節(jié)。