許盛林
(江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦,江西 德興 334224)
江銅集團(tuán)是江西省唯一一家世界500強(qiáng)企業(yè),德興銅礦是江銅集團(tuán)旗下的主力礦山,是亞洲最大的露天銅礦,也是中國(guó)第一、世界第二。由于社會(huì)高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,對(duì)于礦產(chǎn)資源的依賴(lài)性使用和需求量越來(lái)越高。對(duì)于開(kāi)采難度也越來(lái)越大,所以露天開(kāi)采設(shè)備的穩(wěn)定性能、生產(chǎn)效率以及節(jié)能減排都越來(lái)越重視。
隨著礦山開(kāi)采不斷擴(kuò)大,運(yùn)輸難度和開(kāi)采成本也相應(yīng)增加,以德興銅礦采礦場(chǎng)礦石運(yùn)輸電動(dòng)輪自卸卡車(chē)為例,從108t至220t載重量逐步更新,設(shè)備實(shí)現(xiàn)大型化規(guī)模的轉(zhuǎn)變。設(shè)備的大型化后故障率越來(lái)越低穩(wěn)定性和安全性提高,設(shè)備可持續(xù)利用率提高,大大提高了生產(chǎn)效率和有效控制生產(chǎn)成本。
我國(guó)目前正處在高速發(fā)展中,是一個(gè)能源消耗大國(guó),各種礦產(chǎn)資源的需求量非常大,然而落后的開(kāi)采技術(shù)、老套的開(kāi)采設(shè)備,已經(jīng)嚴(yán)重影響了礦產(chǎn)開(kāi)采效率。傳統(tǒng)的掘進(jìn)開(kāi)采方法還存在很多的施工缺陷,比如很容易受到開(kāi)采空間的限制,相關(guān)的開(kāi)采設(shè)備作用也得不到充分的發(fā)揮。而露天開(kāi)采模式不僅開(kāi)采效率高、開(kāi)采設(shè)備的運(yùn)用空間大,而且安全性能也相對(duì)比較高,只有提升設(shè)備的性能,才能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和滿(mǎn)足生產(chǎn),資源才能最大限度的開(kāi)采出來(lái),提高資源綜合利用率。
德興銅礦采礦場(chǎng)礦石采剝量13萬(wàn)t/日的開(kāi)采規(guī)模,采礦設(shè)備和成本投入也大。全年采礦成本9.823億元(2017年數(shù)據(jù)為例),主要有以下:爆破炸藥成本、電動(dòng)輪自卸卡車(chē)運(yùn)輸成本、電鏟和牙輪鉆成本、養(yǎng)路工程設(shè)備成本、大修成本、其他輔助成本。其中電動(dòng)輪自卸卡車(chē)運(yùn)輸全年成本4.750億元占比48.35%,柴油消耗和輪胎消耗占電動(dòng)輪主要成本,全年分別為2.178億元、2.235億元,分別占比46%、47%。隨著采區(qū)深度開(kāi)采和運(yùn)距的增長(zhǎng)電動(dòng)輪自卸卡車(chē)的柴油成本按每年2.1%幅度增加,所以現(xiàn)在的采礦設(shè)備需要向高性能和低能耗方向發(fā)展。
露天采區(qū)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣和復(fù)雜的環(huán)境是影響運(yùn)輸過(guò)程中最大的因數(shù),也額外增加了運(yùn)輸成本,只有不斷提高設(shè)備的質(zhì)量和性能才能降低成本和減少能耗。以德興銅礦電動(dòng)輪自卸卡車(chē)的使用過(guò)程和噸位大概分類(lèi)為例:日本小松630E和美國(guó)尤克里德R170載重154t;日本日立EH3500、美國(guó)尤克里德R190、日本小松730E、國(guó)產(chǎn)北重NTE200載重185t;日本小松830E、國(guó)產(chǎn)中冶MCC400A載重220t。時(shí)間寬度從1995年至2018年,近年來(lái),我礦采礦運(yùn)輸設(shè)備重點(diǎn)向優(yōu)質(zhì)和大型化方向發(fā)展,隨著國(guó)產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)力提高和生產(chǎn)技術(shù)提升,為降低成本逐步使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備,目前采礦場(chǎng)51臺(tái)電動(dòng)輪國(guó)產(chǎn)車(chē)占15臺(tái),明年將繼續(xù)增加8臺(tái)。
加強(qiáng)人員管理和提高操作水平,保證電動(dòng)輪自卸卡車(chē)平穩(wěn)運(yùn)行。充分發(fā)揮GPS卡車(chē)調(diào)度系統(tǒng),根據(jù)電鏟裝車(chē)速度和運(yùn)輸路線的距離合理搭配電動(dòng)輪的裝車(chē)數(shù)量,避免電動(dòng)輪裝車(chē)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng),發(fā)動(dòng)機(jī)空耗造成柴油浪費(fèi);根據(jù)電鏟的故障修理時(shí)間和運(yùn)行狀況合理調(diào)配車(chē)輛,減少電動(dòng)輪自卸卡車(chē)空跑造成設(shè)備和柴油的異常損耗。目前德興銅礦采礦場(chǎng)采礦技術(shù)和礦石運(yùn)輸?shù)墓芾?,在?guó)內(nèi)一直比較先進(jìn),可以助于推進(jìn)我國(guó)采礦向先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,正在逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。
采礦運(yùn)輸設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)控電動(dòng)輪運(yùn)行狀態(tài),并提供相應(yīng)的維護(hù)信息。主要包括裝載運(yùn)輸量計(jì)算、無(wú)線電交流聯(lián)系、車(chē)輛調(diào)配、電動(dòng)輪運(yùn)行記錄和360°實(shí)時(shí)監(jiān)控、胎壓檢測(cè)、故障監(jiān)控,通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)發(fā)送到采礦場(chǎng)中央計(jì)算機(jī),對(duì)電動(dòng)輪卡車(chē)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)生產(chǎn)和管理帶來(lái)很大幫助,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)通知維修人員進(jìn)行處理,提高了運(yùn)行效率和降低了維修成本,較少了柴油等不必要的浪費(fèi)。隨著技術(shù)的發(fā)展,該系統(tǒng)還可以繼續(xù)增加功能,為采礦帶來(lái)更大的效率。
故障監(jiān)控功能是德興銅礦與其他單位合作,通過(guò)卡車(chē)自帶的發(fā)動(dòng)機(jī)和電氣故障監(jiān)控程序和液壓報(bào)警裝置鏈接;裝載量運(yùn)輸計(jì)算直接可以計(jì)算出實(shí)時(shí)和累計(jì)裝載作業(yè)量、運(yùn)輸公里數(shù),從而計(jì)算出駕駛員的勞動(dòng)報(bào)酬。
因?yàn)椴傻V行業(yè)的發(fā)展和需求裝載設(shè)備容量越來(lái)越大,隨著礦藏水平面下降采區(qū)往下開(kāi)采,電動(dòng)輪汽車(chē)的重車(chē)爬坡動(dòng)力和下坡制動(dòng)要求越來(lái)越高。目前主力機(jī)臺(tái)只有國(guó)產(chǎn)北重NTE200、日本小松730E額定載重185t;日本小松830E、國(guó)產(chǎn)中冶MCC400A額定載重220t,其它設(shè)備因?yàn)槟晗藓凸收下矢邎?bào)廢不再使用。采礦設(shè)備不斷更新?lián)Q代,使用大噸位電動(dòng)輪,給礦山采礦生產(chǎn)帶來(lái)了高效率。
“安全第一、預(yù)防為主”一直是安全生產(chǎn)宗旨,為此電動(dòng)輪設(shè)備主要部件都配有自動(dòng)滅火裝置。特別是駕駛室采用防翻滾設(shè)計(jì),它由12根120mm X 120mm的方鋼框架結(jié)構(gòu)立體包圍著,當(dāng)車(chē)輛一旦出現(xiàn)意外時(shí),可以保障駕駛室牢固不變形確保駕駛員人身安全。隨著礦山采區(qū)深度不斷深入推進(jìn),電動(dòng)輪卡車(chē)長(zhǎng)距離上、下坡,在滿(mǎn)載和高速運(yùn)行時(shí)可以產(chǎn)生很大的動(dòng)能。當(dāng)車(chē)輛出現(xiàn)故障或者道路出現(xiàn)突發(fā)狀況下,電動(dòng)輪大車(chē)必須在最短的距離停止作業(yè)。以MCC400A為例,電動(dòng)輪車(chē)輛車(chē)身自重185t,標(biāo)準(zhǔn)載重220t,正常運(yùn)行速度32km/h,最高速度可以達(dá)到64km/h。我們?cè)陔妱?dòng)輪制動(dòng)系統(tǒng)中采用的是前后輪液壓緊急制動(dòng)裝置,一共6塊制動(dòng)盤(pán)和12組制動(dòng)器,連帶電制動(dòng)一并投入,有效的保證了車(chē)輛的安全停車(chē)。即使是在下坡出現(xiàn)異常問(wèn)題,也能避免給人員和設(shè)備帶來(lái)的損傷。
目前我們富家塢采區(qū)現(xiàn)場(chǎng)最長(zhǎng)坡道約2km,坡度30°,車(chē)輛滿(mǎn)載下坡速度必須控制19km/h之內(nèi)才能安全平穩(wěn)運(yùn)行。因?yàn)榇藭r(shí)電動(dòng)輪卡車(chē)兩臺(tái)馬達(dá)相當(dāng)于發(fā)電機(jī),將卡車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能,然后將產(chǎn)生的電流通過(guò)制動(dòng)電阻柵發(fā)熱轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉,達(dá)到電制動(dòng)減速的最佳效果,電制動(dòng)過(guò)程中單邊馬達(dá)產(chǎn)生的最大制動(dòng)扭矩可達(dá)到15000N/m,并且不會(huì)給設(shè)備帶來(lái)?yè)p耗。
電鏟在開(kāi)溝作業(yè)時(shí)坡度可以達(dá)到40°,對(duì)于電動(dòng)輪的爬坡要求高,我們選用的發(fā)動(dòng)機(jī)輸入功率可以達(dá)到2540匹馬力,在很惡劣的條件下依然保持動(dòng)力強(qiáng)勁、安全行駛,不易出現(xiàn)陷車(chē)或因動(dòng)力不足發(fā)生意外的狀況。提高運(yùn)行性和保證生產(chǎn)效率。
十幾年前的電動(dòng)輪上下坡時(shí),經(jīng)常因?yàn)檩嗰R達(dá)電機(jī)電流過(guò)大,出現(xiàn)碳刷與電機(jī)轉(zhuǎn)子間環(huán)火現(xiàn)象輪馬達(dá)燒壞,這些車(chē)輛目前只能安排到平路作業(yè)。現(xiàn)在新進(jìn)的車(chē)輛逐步采用交流電機(jī),大大的提高了電動(dòng)輪整車(chē)安全性,同時(shí)也減少了出現(xiàn)故障的概率。
電動(dòng)輪自卸卡車(chē)運(yùn)行廢氣的排放環(huán)境帶來(lái)了很大的污染,現(xiàn)在選型的發(fā)動(dòng)機(jī)都是達(dá)到國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)排放,電子控制燃油系統(tǒng)根據(jù)工況控制燃油量噴射量,使用渦輪增壓進(jìn)氣,逐步增加到雙渦輪增壓器的趨勢(shì)發(fā)展,保證燃油更充分的燃燒,節(jié)約能耗和降低排放污染。
維修更換下的廢液壓油、機(jī)油都按環(huán)保要求收集處理,嚴(yán)禁遺留到野外造成環(huán)境污染、破壞生態(tài)平衡。關(guān)鍵部分潤(rùn)滑情況根據(jù)需求調(diào)整潤(rùn)滑油大小,既能保護(hù)好設(shè)備不出現(xiàn)異常磨損,又不造成潤(rùn)滑油過(guò)多掉野外,造成環(huán)境污染和節(jié)約成本。
電動(dòng)輪自卸卡車(chē)從采購(gòu)過(guò)程中就充分考慮到對(duì)人性化要求,對(duì)人性化越來(lái)越重視。對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷的優(yōu)化。駕駛室本身安全可靠給駕駛員駕駛時(shí)帶來(lái)了安全感,內(nèi)部冷暖空調(diào)、無(wú)線電通訊、音樂(lè)播放、充氣式座椅、儀表盤(pán)參數(shù)及報(bào)警裝置易懂等都考慮到給駕駛過(guò)程的舒適性和安全性。油水觀察方便及添加簡(jiǎn)單和安全;樓梯底部采用軟梯,作業(yè)時(shí)防刮又方便駕駛員上下;前后4根活塞式油氣混合懸掛在起伏路面車(chē)輛可以保持平穩(wěn)運(yùn)行。
我國(guó)自主設(shè)計(jì)研發(fā)的國(guó)產(chǎn)電動(dòng)輪中冶MCC400A汲取了進(jìn)口電動(dòng)輪先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),又根據(jù)德興銅礦采礦場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境條件下進(jìn)行改進(jìn),其前懸掛采用的是雙橫臂獨(dú)立懸掛,在起伏和波浪型路面高速行駛,駕駛室依然保持平穩(wěn),駕駛舒適對(duì)設(shè)備也有效的保護(hù),降低了設(shè)備的異常故障,提高了電動(dòng)輪自卸卡車(chē)的工作效率。國(guó)產(chǎn)電動(dòng)輪通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)增加適用性,改進(jìn)后相比其他車(chē)輛駕駛室噪音小和振動(dòng)強(qiáng)烈感下降,深得駕駛員的好評(píng)和喜歡。設(shè)備的人性化提高了駕駛的舒適性,就有效緩解了疲勞程度,使駕駛員精力充沛駕駛,減少了安全事故的發(fā)生,進(jìn)一步確保人員和設(shè)備財(cái)產(chǎn)的安全。國(guó)產(chǎn)自主設(shè)計(jì)的電動(dòng)輪更人性化設(shè)計(jì),贏得市場(chǎng)和更好的為露天采礦運(yùn)輸服務(wù)。
對(duì)于礦產(chǎn)資源的開(kāi)采,安全本擺在首位,所以對(duì)設(shè)備的依賴(lài)越來(lái)越大。只有不斷提高技術(shù)水平和設(shè)計(jì)創(chuàng)新,設(shè)備性能和效率才可以得到了很大的提升和完善,才可以滿(mǎn)足采礦工作的順利實(shí)施。保證我國(guó)礦產(chǎn)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展,從而推動(dòng)整個(gè)國(guó)家的全面發(fā)展。
采礦是以礦產(chǎn)資源為中心,在同一礦脈上資源分布不一樣,在邊角或底部的品位可能又更低,對(duì)于開(kāi)采難度大,如果不開(kāi)采將是對(duì)資源的一種很大浪費(fèi),采礦設(shè)備是采礦最有利的工具,只有提高設(shè)備性能才能把難和險(xiǎn)的資源利用起來(lái)[1]。
研發(fā)人員在設(shè)備的改革和更新方面起著不可磨滅的作用,礦產(chǎn)的開(kāi)采由露天到井下,由陸地到海洋,環(huán)境越惡劣開(kāi)采越艱難,但是生產(chǎn)能力還得保持穩(wěn)定,除了管理因素外,采礦設(shè)備的要求需更高技術(shù)越先進(jìn)。設(shè)備需要更好更快的研發(fā)出來(lái),就要加大投入,同時(shí)也要對(duì)研發(fā)人員的重視,提高研發(fā)人員的素質(zhì)水平,使工作的質(zhì)量和效率的提高,更好的滿(mǎn)足現(xiàn)在資源的開(kāi)發(fā)[2]。
首先要滿(mǎn)足提升研發(fā)人員的待遇,在待遇方面的滿(mǎn)足感可以提升工作積極性,在研發(fā)過(guò)程中都起到了不可估量的促進(jìn)作用,也可以吸引大量高水平的研發(fā)人員。其次研發(fā)人員要進(jìn)行定期的學(xué)習(xí)培訓(xùn),這樣可以提升研發(fā)人員的技術(shù)水平和思想轉(zhuǎn)變,可以更新思想,在研發(fā)過(guò)程中有創(chuàng)新的模式和想法有助于行業(yè)發(fā)展。
目前礦石運(yùn)輸是靠電動(dòng)輪自卸卡車(chē)完成,隨著采區(qū)往下開(kāi)采,卡車(chē)重車(chē)上坡速度降下降,影響了生產(chǎn)效率和柴油單耗增加,導(dǎo)致每噸運(yùn)輸成本提高,而且發(fā)動(dòng)機(jī)的排放會(huì)在露天礦坑內(nèi)造成嚴(yán)重空氣污染。目前德興采礦場(chǎng)電動(dòng)輪自卸卡車(chē)運(yùn)距和提升高度持續(xù)上升,成本持續(xù)增加[3]。面對(duì)高效率、易操作、低能耗這些嚴(yán)重的問(wèn)題,德興銅礦采礦場(chǎng)未來(lái)可以采用較靈活性的電動(dòng)輪自卸卡車(chē)架線輔助改造方式,和較經(jīng)濟(jì)性的破碎——礦石膠帶運(yùn)輸方式,通過(guò)降低柴油消耗和設(shè)備損耗成本提高經(jīng)濟(jì)效益。
4.2.1 采用電動(dòng)輪自卸卡車(chē)架線輔助改造方式優(yōu)勢(shì)
卡車(chē)采用架線輔助供電時(shí)動(dòng)力提升,上坡運(yùn)行速度更快生產(chǎn)率最大化,加快往返作業(yè)循環(huán)次數(shù)還可以減少車(chē)輛,并且耗電的費(fèi)用比柴油費(fèi)用低[5]。
改造后爬坡不再由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力決定,而靠外部供電決定,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)、輪馬達(dá)等負(fù)荷,減少卡車(chē)的維修保養(yǎng)費(fèi)用,延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。架線輔助供電時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)基本處于怠速狀態(tài),廢氣排放和噪音都明顯減少,減少了對(duì)環(huán)境的污染[5]。
4.2.2 采用破碎—礦石膠帶運(yùn)輸方式優(yōu)勢(shì)
德興銅礦采礦場(chǎng)富家塢采區(qū)廢石剝離最高點(diǎn)為海拔550m,目前開(kāi)挖到最低點(diǎn)海拔135廢石排土場(chǎng)最低海拔為265m,根據(jù)勘探礦石儲(chǔ)存最低為海拔負(fù)200m左右。采區(qū)落差巨大和運(yùn)輸距離遠(yuǎn),在未來(lái)采礦可以考慮改用破碎——膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)[3]。在中間設(shè)置相應(yīng)的中轉(zhuǎn)站,再通過(guò)膠帶運(yùn)輸方式把礦石運(yùn)到目的地,達(dá)到降低成本。
其優(yōu)點(diǎn)不受霧大影響駕駛員視線避免了安全隱患,不受道路影響給設(shè)備帶來(lái)是損壞,電耗的成本對(duì)于柴油消耗成本,成本預(yù)算及可控性高。
江銅戰(zhàn)略資源越來(lái)越多,為保證露天開(kāi)采的效率和水平,可以采礦設(shè)備上逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、國(guó)產(chǎn)化,達(dá)到減少人員使用和降本增效的目的。
現(xiàn)代科技的發(fā)展,采礦設(shè)備不斷與計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)進(jìn)行結(jié)合,采礦設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)了遙控和自動(dòng)控制技術(shù),提高了生產(chǎn)效率,增加了設(shè)備安全性降低了生產(chǎn)成本,對(duì)有危險(xiǎn)的作業(yè)具有更大的優(yōu)越性。
井下采礦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鏟運(yùn)機(jī)遙控作業(yè)技術(shù),未來(lái)露天礦山電鏟也可實(shí)現(xiàn)遙控裝車(chē)技術(shù)。小松公司電動(dòng)輪無(wú)人駕駛自卸卡車(chē)正在研發(fā),在成功之后,應(yīng)用到礦山實(shí)際中,解決人員不足和易疲勞等因素,提高露天礦區(qū)采礦的效率具有很大的促進(jìn)作用。
將電子信息技術(shù)融入到采礦設(shè)備中,使采礦設(shè)備智能化[4]。設(shè)備智能化減少無(wú)功損耗,一旦發(fā)生故障便會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào),相關(guān)的工作人員便會(huì)第一時(shí)間進(jìn)行故障排除,大大提高了開(kāi)采效率。除此之外,可以提醒操作人員定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行一定的維護(hù)和保養(yǎng),有效延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。在很大程度上提高設(shè)備的使用效率和使用時(shí)間。
現(xiàn)代化技術(shù)必將推動(dòng),未來(lái)將逐步把智能化和自動(dòng)化應(yīng)用到露天采礦實(shí)踐中,采礦設(shè)備管理越來(lái)越系統(tǒng)和完善,提高設(shè)備使用的效率,對(duì)礦業(yè)企業(yè)帶來(lái)了突破性的發(fā)展。
采礦設(shè)備受外國(guó)廠商在關(guān)鍵備件的技術(shù)壟斷和溢價(jià),額外增加了成本,備件到貨時(shí)間長(zhǎng),也影響了采礦設(shè)備的有效利用率。江銅集團(tuán)近今年已大力推動(dòng)設(shè)備和備件國(guó)產(chǎn)化,同時(shí)與國(guó)內(nèi)大的設(shè)備生產(chǎn)制造廠商簽訂長(zhǎng)期協(xié)議,建立長(zhǎng)期合作機(jī)制和雙方信用合作的橋梁實(shí)現(xiàn)互利互贏。
國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目推動(dòng)帶來(lái)以下效果:縮短采購(gòu)周期降低庫(kù)存,國(guó)產(chǎn)備件可以試驗(yàn)合格后付款,在一定周期內(nèi)緩解成本壓力。合理使用好國(guó)產(chǎn)化備件成本降低30% ~40%,對(duì)于降本增效工作效果顯著,而且國(guó)產(chǎn)化有效打壓了進(jìn)口備件的價(jià)格。由此可以看出,采礦設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展將成為設(shè)備的一個(gè)重要發(fā)展方向。
綜上所述,隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展,露天采礦工藝和設(shè)備也在不斷更新?lián)Q代,大大提高工作效率和產(chǎn)量,從而有效地促進(jìn)礦業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通過(guò)對(duì)露天采礦工藝技術(shù)的創(chuàng)新和高科技發(fā)展下,我國(guó)采礦技術(shù)及采礦設(shè)備的發(fā)展有了很大進(jìn)步,有效地促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高,拉近我國(guó)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的距離。