劉 洋

（神華準(zhǔn)格爾能源有限責(zé)任公司物資供應(yīng)中心，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000）

0 引言

在很多歐美國家中，拉斗鏟倒堆工藝是露天煤礦的不二之選。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前采用此項工藝所產(chǎn)出的產(chǎn)能約占全球總產(chǎn)量的40%以上。受經(jīng)濟、理念與技術(shù)等因素影響，拉斗鏟倒堆工藝很難在我國本土進行大規(guī)模應(yīng)用，也導(dǎo)致拉斗鏟倒堆工藝在我國出現(xiàn)的時間較晚，直到2007 年一家企業(yè)才使用此項工藝。雖然近些年來國家和一些企業(yè)大力提倡使用拉斗鏟倒堆工藝，但是很多人仍對此項技術(shù)抱有懷疑，認為陌生的技術(shù)并不能為中國露天采礦行業(yè)帶來本質(zhì)改變。由于上述種種原因，拉斗鏟倒堆工藝很難被廣泛推廣。

目前國際采礦行業(yè)使用拉斗鏟倒堆工藝已經(jīng)刻不容緩，其效率和產(chǎn)能都遠超傳統(tǒng)工藝。本文匯集了現(xiàn)場技術(shù)人員近五年的研究和十余年的實踐經(jīng)驗，探討可行的解決方案，闡明未來道路，總結(jié)拉斗鏟倒堆工藝在黑岱溝露天礦應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，為拉斗鏟倒堆工藝在我國的研究提供參考。

1 國內(nèi)拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用情況

拉斗鏟倒堆工藝要求煤層幾乎水平或略微傾斜，煤層結(jié)構(gòu)簡單不宜太多，煤層儲量豐富，有足夠的面積可以充分地建立工作線。我國已經(jīng)充分開展了拉斗鏟倒堆工藝應(yīng)用要求的研究，結(jié)果顯示在同等采礦條件下，拉斗鏟倒堆工藝的經(jīng)濟效益遠優(yōu)于其他采礦法。

2007 年，神華準(zhǔn)能黑岱溝礦首次采用拉斗鏟倒堆工藝，6#煤層頂板上方35～55 m 厚的巖石用拉斗鏟進行爆破和傾翻。黑岱溝露天礦是中國有史以來建成的效率最高、規(guī)模最大的現(xiàn)代化露天礦。黑岱溝露天礦分為兩個礦區(qū)，相應(yīng)的拉斗鏟和一些原煤開采的設(shè)施設(shè)備主要由礦區(qū)的中心地帶向兩端進行推采，其中進行煤炭運輸?shù)耐ǖ牢挥诙褕鲋行?。在采煤區(qū)開采原煤時，上部上段進行預(yù)鉆孔，原煤開采出來就可以進行相應(yīng)的爆破工序。工作線每推進一次需要進行4 次拋爆，其中每一個區(qū)域進行2 次拋爆。當(dāng)兩個礦區(qū)都完成對于煤炭的卸料工作和具體對于原煤進行提取的工作后，相應(yīng)的倒堆和采煤設(shè)施設(shè)備進行礦區(qū)的交換施工，拉斗鏟繞過卸料點到達另一個礦區(qū)。

2 當(dāng)前主要存在的問題

相比于國外，拉斗鏟倒堆工藝在我國發(fā)展的時間僅為十多年，遠比不上在國外的發(fā)展時間，而且拉斗鏟在我國目前階段很難被廣泛使用。截至目前，我國本土僅有一家企業(yè)使用拉斗鏟工藝，即黑岱溝露天煤礦。黑岱溝露天煤礦在發(fā)展過程中存在著許多問題，具體如下。

2.1 倒堆系統(tǒng)作業(yè)效率低下、成本偏高

據(jù)國外知名企業(yè)實踐總結(jié)，在使用拉斗鏟時一定要注意作業(yè)范圍、地理環(huán)境、設(shè)備運行、作業(yè)時間等因素，一旦使用拉斗鏟進行倒堆作業(yè)，有可能會因為微小原因而降低拉斗鏟的運行效率，從而延誤工期、降低產(chǎn)量、提升生產(chǎn)成本，這也是目前我國拉斗鏟倒堆工藝面臨的重要難題。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，黑岱溝露天礦拉斗鏟運行的成本是傳統(tǒng)模式下的4/5，遠高于國際水平。原因在于施工方案偏差，導(dǎo)致具體問題沒有得到解決，因此拉斗鏟運行效率過低。黑岱溝露天礦的地理結(jié)構(gòu)是連續(xù)的而非曠闊的，因此拉斗鏟作業(yè)時要高速推進，否則很難完成既定任務(wù)。這也從側(cè)面拉低了拉斗鏟作業(yè)的效率，加大了其運行成本。單臺拉斗鏟的能力是有限的，為了保證拉斗鏟的前進速度，必須降低站立水平以減少爆破樁下層的橫截面，反過來導(dǎo)致倒堆作業(yè)效率不斷降低，成本大大增加。

2.2 拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴(yán)重偏低

據(jù)統(tǒng)計，拉斗鏟的年生產(chǎn)能力近年來有所下降。根據(jù)計算，拉斗鏟倒堆工藝總量約為1680 萬立方米，僅為MIB 數(shù)據(jù)庫高實踐水平的59.34%。產(chǎn)量極低的主要原因有以下方面。

（1）拉斗鏟實動率偏低。在海外拉斗鏟應(yīng)用較多的露天礦，實際動力率保持在0.83～0.93。但據(jù)黑岱溝露天礦統(tǒng)計，僅達到MIB 數(shù)據(jù)庫平均水平的75%，而拉斗鏟平均維修時間達到6.75 h/d（2464 h/a），即1.7～3 倍多于MIB 數(shù)據(jù)庫的平均水平。

（2）倒堆作業(yè)時間有效利用率及小時效率偏低。拉斗鏟在進行倒堆的作業(yè)過程中，其具體由相關(guān)的倒堆時間和整個系統(tǒng)程序的延時部分組成。而相應(yīng)的拉斗鏟倒堆作業(yè)時間的有效控制，能夠極大提升現(xiàn)場開采的相關(guān)組織管理能力和開采效能。據(jù)黑岱溝統(tǒng)計，2014—2016 年，拉斗鏟倒堆過程實際工時約4600 h，程序延遲時間約1400 h，挖掘機有效利用率僅為0.76。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)來看，黑岱溝露天煤礦在效率方面確實存在著很多問題，其3 項關(guān)鍵指標(biāo)均未達到國外水平，也因此最終導(dǎo)致年產(chǎn)能嚴(yán)重偏低。

3 工藝優(yōu)化方向及重點問題分析

3.1 拉斗鏟倒堆綜合開采工藝設(shè)計案優(yōu)化

（1）國內(nèi)外應(yīng)用條件對比分析。與國外拉斗鏟的應(yīng)用情況相比，采用拉斗鏟倒堆工藝的1000 萬噸露天礦，通常具有挖掘機多臺、作業(yè)線長（4 km 以上只有1 條挖掘作業(yè)線）、多個礦區(qū)和多個采礦作業(yè)等特點。從國外的很多實踐經(jīng)驗中總結(jié)出，拉斗鏟是一種非常大、速度慢的機械設(shè)備，對作業(yè)條件要求很高，適合在固定位置連續(xù)作業(yè)，必須為其創(chuàng)造出合理的作業(yè)條件，才能最大限度發(fā)揮拉鏟能力大和低成本等優(yōu)勢。而我國黑岱溝露天礦的特點是推進力大、采區(qū)單一、作業(yè)線窄，拉斗鏟必須保證很高的行駛速度，不能在固定位置長時間連續(xù)工作，這對挖掘機的效率乃至整個采礦過程系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性都極為不利。所以不能抄襲國外思想，要針對目前情況進行調(diào)整。

（2）拉斗鏟短工作線作業(yè)方式研究。目前國內(nèi)對黑岱溝露天礦拉斗鏟倒堆工藝優(yōu)化的研究，本質(zhì)上都是基于舊有思路，并沒有過多修改，沒有真正認識到問題的本質(zhì)，優(yōu)化收益不顯著。考慮到拉斗鏟作業(yè)次數(shù)減少、輸煤管道占比部分等因素，倒堆工作線長度越長越好。然而在黑岱溝目前的高推進條件下，單拉斗鏟的產(chǎn)能嚴(yán)重不足。為保持全倒堆理念，倒堆各環(huán)節(jié)效率低、成本高，且牽引頻繁、效率低下，最終導(dǎo)致拉斗鏟的效益大打折扣。因此，有必要討論分區(qū)倒堆的可行性。

（3）拉斗鏟倒堆作業(yè)方式及倒堆程序優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)其相應(yīng)的工作位置和工作臺面的形狀，拉斗鏟的倒堆過程可分為“站在工作臺面上和站在與倒堆相連的工作面上”兩大類。黑岱溝露天礦目前的工作方式是拉斗鏟擱置在工作臺面上，這種作業(yè)的缺陷就是容易受到其直立工作位置的限制，導(dǎo)致整體工作空間不足，二次倒堆較高。在澳大利亞的實際案例中，由于爆破效果更好，幾乎不需要加長挖掘機的站立臺階。同時，這種開采方式在排土場的一側(cè)留有通道，拉斗鏟可以在不離開通信通道的情況下調(diào)整礦區(qū)，大大簡化了規(guī)劃。拉斗鏟在做短作業(yè)時，還需要對拉斗鏟作業(yè)時間、爆破、成本等問題進行具體分析，以達到最優(yōu)化的系統(tǒng)成本控制和開采目的。

3.2 設(shè)計、施工管理與設(shè)備維護檢修的信息化

（1）設(shè)計與施工管理的信息化。我國對拉斗鏟的施工研究多還停留在相應(yīng)的剖面施工水平，相應(yīng)的工藝也較為籠統(tǒng)；仍依靠傳統(tǒng)手段對設(shè)備進行管理，既浪費了人力、財力、物力，又得不到實際成效，反而加長了工期，提高了成本。先進的信息方法，如毫米波雷達和基于激光雷達的地形數(shù)字測繪和建模，已被廣泛應(yīng)用在倒堆作業(yè)上，再搭配成熟的工藝設(shè)計優(yōu)化軟件，能夠很好地滿足拉斗鏟倒堆過程的精準(zhǔn)化控制。

（2）設(shè)備維護檢修的信息化。近年來，大型設(shè)備的維護檢修一直是首要問題。拉斗鏟主要延續(xù)了前蘇聯(lián)的預(yù)防性維護策略，當(dāng)設(shè)備使用到一定階段，即使內(nèi)部或總體上沒有出現(xiàn)可查覺的損壞，或沒有達到檢修維護標(biāo)準(zhǔn)，但是為了預(yù)防未來會出現(xiàn)問題，仍對設(shè)備進行維護審查。這樣做一方面可以做到無差錯運行設(shè)備，后果便是維護成本高，并嚴(yán)重影響拉斗鏟使用效率。過度維護也導(dǎo)致成本直線上升，效率依舊。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國在計劃內(nèi)的維修時間比海外國家足足多出5 倍，在計劃內(nèi)的審查時間也是較海外水平高得多，顯示出我國在設(shè)備維護等方面相比海外有明顯差距。其原因在于不能科學(xué)預(yù)測設(shè)備的檢修時間，追根溯源是在大型設(shè)備維護檢修的信息化程度上不如國外。在澳大利亞等海外國家已經(jīng)形成成熟的維修論和檢修理論等信息化體系，這是我國在使用拉斗鏟技術(shù)時需要掌握的，也是企業(yè)在未來很長一段時間需要注重的問題。

4 結(jié)論

（1）近年來，我國拉斗鏟倒堆工藝對比國外明顯存在很多問題。具體聚焦于效率低下，拉斗鏟生產(chǎn)能力嚴(yán)重偏低，成本越來越高。拉斗鏟實動率偏低，倒堆時間利用率低下，原因為設(shè)計不當(dāng)、技術(shù)不夠、監(jiān)管不力等。

（2）在拉斗鏟倒堆工藝中，國外已經(jīng)具備了高度的信息化水平。國內(nèi)與海外相比有明顯差距，無論在設(shè)備管理和維護等方面，均需要較大的提升才能加快發(fā)展速度，以達到國際平均水平。這也是未來要著重研究的方面。

（3）國外使用拉斗鏟倒堆工藝時，具有與當(dāng)?shù)芈短烀旱V相符合的自然條件與地理環(huán)境，再加上長線使用拉斗鏟使效率提升到最大，成本控制在很小。國內(nèi)使用拉斗鏟倒堆工藝時，不能盲目跟從國外的使用方法，否則只會加大成本、降低拉斗鏟的效率。

（4）黑岱溝露天礦的單一拉斗鏟目前已不能滿足需求，應(yīng)對倒堆方案進行更改以提高效率。要正視與國外同行業(yè)的差距，努力提升技術(shù)，以實現(xiàn)拉斗鏟倒堆工藝在我國的蓬勃發(fā)展。