龐龍

[摘 要]介紹了露天礦山穿孔、采裝、運輸、排巖設(shè)備配置的計算方法，例舉了工程實例的計算過程，對類似工程具有借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]露天礦山設(shè)備 配置計算 穿孔設(shè)備 挖掘機 自卸汽車 推土機 經(jīng)驗公式

中圖分類號：T025 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）10-0016-02

1.前言

設(shè)備是露天礦山采剝生產(chǎn)的基礎(chǔ)，礦山生產(chǎn)效率的提高、效益的增長絕大部分以設(shè)備的配備與使用為基礎(chǔ)，同時大型礦山設(shè)備的投資也是礦山企業(yè)投資的主要組成部分。設(shè)備配備不足或者配備不合理，就不能按照計劃完成礦巖采剝?nèi)蝿?wù)，滿足不了后續(xù)工作的正常進行，相反如果設(shè)備配備過多，又會造成資本浪費，因此如何合理選擇配備設(shè)備，一直是礦山生產(chǎn)企業(yè)管理的一項重要內(nèi)容。

2.設(shè)備配置計算

2.1 穿孔設(shè)備

穿孔工作是金屬礦露天開采的第一道工序，穿孔的效率會直接影響后續(xù)的爆破、采裝等工作，穿孔效率的提高，很大程度上依賴于設(shè)備的性能，所以穿孔設(shè)備的選擇要根據(jù)礦巖的物理機械特性、采剝總量、開采工藝、要求的爆破參數(shù)、裝載設(shè)備等工況進行。

2.1.1 牙輪鉆機

牙輪鉆機是近代比較先進的鉆孔設(shè)備，是利用旋轉(zhuǎn)沖擊破碎巖石形成鉆孔的，具有鉆孔效率高、作業(yè)成本低、安全可靠，適應(yīng)各種硬度礦巖（f=4～20）鉆孔作業(yè)等優(yōu)點，得以在露天礦山廣泛應(yīng)用。

（1）牙輪鉆機的臺班生產(chǎn)能力

牙輪鉆機的臺班生產(chǎn)能力是鉆機每臺班鉆進的米數(shù)，按照下式計算：式中A--牙輪鉆機臺班生產(chǎn)能力，m/（臺.班）；--牙輪鉆的鉆進速度，cm/min；--班工作小時數(shù)，h；--工作時間利用系數(shù)，一般按照0.4～0.5選取。牙輪鉆機的機械鉆進速度是牙輪鉆機的重要技術(shù)指標，它與鉆機的性能、鉆頭的形式、鉆孔的直徑、穿鑿礦巖的硬度等因素有關(guān)，可按照下述經(jīng)驗公式進行計算：式中P--軸壓，N；n--鉆具的轉(zhuǎn)速，r/min；D--鉆頭的直徑，cm；f--礦巖的硬度系數(shù)。

（2）牙輪鉆機配置數(shù)量計算

牙輪鉆機配置數(shù)量取決于礦山的設(shè)計年采剝總量、所選定鉆機的設(shè)計年穿孔效率及每米炮孔的爆破量，可按下式計算：

式中N--所需鉆機的數(shù)量，臺；Q--礦山設(shè)計年采剝總量，m3/a；L每臺牙輪鉆機的年穿孔效率，m/a； q--每米炮孔的爆破量，m3/m；e--費孔率，%。

2.1.2 潛孔鉆機

潛孔鉆機是利用嵌入孔底的沖擊器與鉆頭對巖石沖擊破碎形成鉆孔的機械，潛孔鉆具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，價格低，機動靈活，使用行走方便，鉆孔傾角可調(diào)等優(yōu)點。對于礦巖中硬的中小型礦山及有特殊要求，如打邊坡預(yù)裂孔、錨索孔、放水孔等選用潛孔鉆機更為合適。潛孔鉆機已經(jīng)不是露天礦山的主要穿孔生產(chǎn)設(shè)備，只用于輔助穿孔作業(yè)，生產(chǎn)能力主要取決于巖石性質(zhì)、工作風壓及鉆機性能，配備計算方法與牙輪鉆機相似。

2.2 挖掘機

挖掘機是露天采礦的重要設(shè)備，挖掘機生產(chǎn)能力是露天礦的重要技術(shù)經(jīng)濟指標，是確定采掘設(shè)備、運輸設(shè)備及其它設(shè)備數(shù)量的基礎(chǔ)，其在很大程度上影響著礦山生產(chǎn)能力和礦山的經(jīng)濟效益。單斗挖掘機是露天礦山的最常見的鏟裝設(shè)備，主要根據(jù)礦山規(guī)模、礦巖采剝總量、開采工藝、礦巖物理力學性質(zhì)、設(shè)備供應(yīng)情況進行選型。特大型露天礦山一般應(yīng)選用斗容不小于8～10？的挖掘機；大型露天礦山一般選擇4～10？的挖掘機；中型露天礦山一般選擇斗容為2～4？的挖掘機。采用汽車運輸是，挖掘機鏟斗容積與汽車載重量要匹配，一般一車要裝4～6斗。露天礦生產(chǎn)配備挖掘機數(shù)量一般不考慮備用數(shù)量，但不應(yīng)少于兩臺。

（1）挖掘機臺班生產(chǎn)能力計算

（2）設(shè)備配備數(shù)量計算

2.3 運輸車輛

因為礦用公路修筑快速便捷、礦用自卸汽車爬坡能力大、轉(zhuǎn)彎半徑小、機動性強、適應(yīng)裝載地點排棄點經(jīng)常變換等特點，所以公路汽車運輸是目前運用最廣的露天礦運輸方式。影響露天礦自卸汽車選型的主要因素有礦巖年產(chǎn)量、運距接挖掘機規(guī)格。對于年產(chǎn)量大、運距短的礦山，應(yīng)該選擇載重量大的汽車。一個礦選擇的車型不宜過多，盡可能選擇同一型號的汽車。

（1）汽車運輸能力計算

影響自卸車臺班運輸能力的主要因素是自卸車的載重量、運輸周期和臺班工作時間，自卸汽車的臺班運輸能力的計算公式：。；式中Qtb--自卸汽車的臺班生產(chǎn)能力，t/臺班；q--自卸汽車的載重量，t；Tb--汽車的班工作時間，h；t--汽車作業(yè)循環(huán)時間，min；k1--汽車載重利用系數(shù)，0.9～1.05；--汽車班工作時間利用系數(shù)，三班制取0.75、二班制取0.8、一班制取0.9。式中t包括裝車時間t1，卸車時間t2，汽車在道路上的往返時間t3，等待、入換停歇時間t4。

（2）汽車需用量計算

①按照班產(chǎn)量計算汽車的需要量：；式中Mb--工作汽車臺數(shù)；k--運輸不均衡系數(shù)，1.1～1.15；Ab--露天礦班產(chǎn)量，t/班；k2--汽車出車率，0.65～0.75。②按照挖掘機生產(chǎn)能力計算汽車需用量：；式中Nw--一臺挖掘機配車臺數(shù)；Wb--挖掘機平均臺班產(chǎn)量，t。其它符號意義相同。③道路通過能力計算：道路通過能力是指在單位時間內(nèi)通過某一區(qū)段的車輛數(shù)，其值大小主要取決于行車道數(shù)量、路面狀況、平均行車速度和安全行車間距，一般應(yīng)選擇車流集中地點進行計算（出入溝、交叉點等）。計算公式：；式中Nd--道路通過能力，量/h；v--汽車在計算區(qū)段平均行車速度，km/h；n--線路數(shù)目系數(shù)，單車道時0.5，雙車道時1；k--道路行車不均衡系數(shù)，一般0.5～0.7；s--同方向行駛汽車不追尾最小安全距離，即停車視距，m。（安全及道路驗算）

2.4 推土機

汽車—推土機排巖工藝是采用汽車運輸?shù)穆短斓V常用的排巖工藝，具有工序簡單、堆置高度達、充分利用排土場容積、基建和經(jīng)營費用少等優(yōu)點，因此的到了廣泛的應(yīng)用。推土機在排土場的工作主要包括兩部分：一是推排汽車翻卸后殘留在平臺上的巖土，二是整平下陷的排土場。推排巖土工作量一般占總排巖量的30%～50%，比例與汽車結(jié)構(gòu)、季節(jié)氣候、汽車司機作業(yè)水平有關(guān)。

（1）推土機設(shè)備選型

推土機的生產(chǎn)能力與推土距離、土巖性質(zhì)及推土機型號有關(guān)，推土機的選型應(yīng)考慮汽車載重、作業(yè)量等參數(shù)，可參考下述經(jīng)驗推薦表。

（2）推土機設(shè)備數(shù)量計算

推土機設(shè)備計算公式：；式中Vt--需要推土機推送巖土體積（實方），m3/臺班；ks--松散系數(shù)，1.3～1.5；kj--設(shè)備檢修系數(shù)，1.2～1.25；Qt--推土機班生產(chǎn)能力，m3/班。

3.工程實例

非洲某金屬露天礦山，設(shè)計2013年采剝量700萬m3，2014年以后年采剝量1100萬m3，設(shè)計段高15m，巖土容重2.65t/m3，普氏巖石硬度系數(shù)f=8～12，設(shè)計爆破量為采剝總量的60%，采用公路汽車運輸，推土機排巖，當?shù)貧夂驐l件分旱季與雨季兩個季節(jié)。機械配置時由于采購渠道和時間要求，前期只有4.3m3挖掘機可供選擇，經(jīng)過調(diào)研該礦山進行了如下設(shè)備配置。

3.1 穿孔設(shè)備的配置

根據(jù)設(shè)計采剝量及巖石硬度等因素，選擇穿孔設(shè)備為阿特拉斯DML內(nèi)燃牙輪鉆，鉆孔孔徑為250mm，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)及機械說明書提供的數(shù)據(jù)，該鉆機在巖石硬度f=12時，小時鉆進速度為35m/h。

鉆機臺班產(chǎn)量：=35×8×0.5=140m；年鉆孔量=3×140×300×0.8=100800m，式中d為年工作時間取300天，一天工作三個臺班，出車率按照0.8考慮。

鉆機需要數(shù)量計算：考慮鉆機訂貨周期、運輸周期較長，配備時按照年采剝量1100萬m3配置，爆破參數(shù)按照8m×7m布孔，孔深15m，超轉(zhuǎn)2m，則每米爆破方量q=49.4m3。年爆破量為660萬m3，費孔率按照5%考慮，則需要鉆機數(shù)量：

==1.4臺，取整配置2臺。

考慮礦山邊坡預(yù)裂、緩沖爆破和二次破碎等其它技術(shù)措施，還配置了2臺阿特拉斯D55潛孔鉆，最大孔徑152mm。

3.2 挖掘機配備計算

根據(jù)招標工程量和工期要求，開工前無法購到大型挖掘機。經(jīng)與供貨商接洽，前期年產(chǎn)700萬3時，可購置到的設(shè)備是CAT4.3m3液壓挖掘機。臺班采裝能力計算按式計算，需要臺數(shù)按照式計算，并考慮挖掘機的出勤率，則得出附表3挖掘機計算表：

2014年產(chǎn)量增加到1100萬3，這時經(jīng)過洽談、定制設(shè)備供應(yīng)商可生產(chǎn)并在2014年3月出廠103液壓鏟，則對又有如下計算表。

通過上述計算該礦山在2014年前，配置6臺CAT4.3挖掘機進行采裝，2臺CAT1.2挖掘機進行輔助作業(yè)，2014年后到場2臺CAT10挖掘機。經(jīng)實踐能夠很好的完成采裝任務(wù)。

3.3 運輸車輛計算

考慮當?shù)赜昙据^長及礦山的地質(zhì)情況，考慮設(shè)備使用周期并兼顧后續(xù)工程量，擬選擇沃爾沃A40F鉸接卡車（有效載重40t）和北方重工TR100（有效載重90t）礦山自卸車。

設(shè)備能力按式計算：

（1）循環(huán)時間t的計算

①裝車時間t1

工作面入換時間根據(jù)經(jīng)驗所得，一般情況下入換距離為10～15m，大型車輛進入工作面時間稍長。

②卸車時間t2：卸車時間包括汽車駛?cè)胄遁d點所消耗的時間、車廂舉升時間、車廂降落時間和汽車駛出卸載點時間。本案例沃爾沃A40F取1.0min，TR100取1.5min。

③汽車往返時間t3：按照平均運距和平均速度計算，--平均運距，km；v--平均速度，km/h。根據(jù)設(shè)計平均運距為2.5km，考慮安全運輸要求，平均速度限制取20km/h，則t3=15min。

④汽車等待、停歇及入換時間t4：與生產(chǎn)組織、采場情況及司機操作水平、車輛型號等因素有關(guān)，一般取2～6min，本案沃爾沃A40F取2min，TR100取3min。

（2）卡車運輸能力計算

（3）自卸汽車需用量計算

先期按照年產(chǎn)700萬3配置設(shè)備，根據(jù)考察需要沃爾沃A40F運輸?shù)牡V巖占總體的30%，則可以計算出沃爾沃自卸車班產(chǎn)量為5621t，TR100自卸車班產(chǎn)量為13116t。則按照式來配備車輛，需要A40F臺數(shù)M1=10臺，需要TR100臺數(shù)M2=14臺。產(chǎn)量提升到1100萬m3時，增加的礦巖考慮全部用TR100進行運輸，則需要增配車輛數(shù)M3=10臺。最終該礦通過分期配置車輛，最終具有A40F鉸接式卡車10臺，TR100自卸車24臺，能夠較好完成生產(chǎn)任務(wù)，但是由于受前期挖掘機的采購（4.3m3挖掘機較小）影響，TR100自卸車的效率發(fā)揮受到限制。

3.3 推土機配備計算

推土機按照年產(chǎn)1100萬m3一次配備，選用國產(chǎn)SD320推土機。計算公式：

推土機出勤率按照75%考慮。該礦山考慮修筑道路、采場平整、爆破臺階平整等其它工作，該礦山配備5臺推土機，經(jīng)過實踐證明這樣配置合理。

4.結(jié)束語

大型露天礦山的穿孔、采裝、運輸、排巖等工序，都是依靠大型設(shè)備來完成，在礦山項目開工前期，采剝工程的管理者一定要認真考察、仔細計算，才能達到優(yōu)化設(shè)備配置的目的，從而減少重復(fù)投資造成的損失。只有設(shè)備配備合理才能最大的發(fā)揮每臺設(shè)備的技術(shù)性能，最大限度地發(fā)揮其效率，達到效益最大化的目的。