周明安

(云南磷化集團(tuán)海口磷業(yè)有限公司)

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提高露天礦山挖掘機(jī)鏟裝效率的途徑

周明安

(云南磷化集團(tuán)?？诹讟I(yè)有限公司)

通過對(duì)某露天礦山挖掘機(jī)鏟裝效率影響因素分析，制定合理的開拓設(shè)計(jì)和生產(chǎn)組織計(jì)劃，采用合適的爆破方式及合理的車鏟匹配，提高挖掘機(jī)司機(jī)的安全意識(shí)、操作技能、職業(yè)素質(zhì)，維持挖掘機(jī)良好的技術(shù)狀況，從而大幅提高露天礦山挖掘機(jī)鏟裝效率，為完成生產(chǎn)任務(wù)、降本增效提供了保障。

挖掘機(jī) 鏟裝效率 爆破質(zhì)量 車鏟匹配

海口磷業(yè)有限公司是現(xiàn)代化露天磷礦采選企業(yè)，磷礦資源豐富，利用儲(chǔ)量為18 229.92萬t，礦區(qū)面積為12.74 km2，由4個(gè)采區(qū)組成，全區(qū)總剝離量為24 724.9萬m3，隨著生產(chǎn)量逐年加大，現(xiàn)生產(chǎn)剝離量為900萬m3/a，原礦開采能力為224萬t/a。磷礦層位于寒武系下統(tǒng)的底部，震旦系上統(tǒng)燈影組白云質(zhì)灰?guī)r之上，為一大型沉積層狀磷塊巖礦床，主要含磷層有2層，即上磷層和下磷層，其間有一夾層為含磷砂質(zhì)白云巖。生產(chǎn)工藝為穿孔爆破(對(duì)部分頁巖及原生礦)→采裝→運(yùn)輸→洗(選)加工→分級(jí)→運(yùn)輸，采用由上往下單壁溝開拓，沿走向水平分層剝離運(yùn)輸。鏟裝設(shè)備主要有2臺(tái)6.7 m3小松PC1250-7型反鏟挖掘機(jī)、各1臺(tái)4.1 m3的小松PC750-7型正、反鏟挖掘機(jī)、3臺(tái)4 m3的沃爾沃EC700BLC型反鏟挖掘機(jī)，用于上磷礦層上部白云巖、土層、上下磷層之間夾層的剝離和磷礦石的鏟裝。運(yùn)輸設(shè)備主要有30臺(tái)載重37～39 t沃爾沃A40D(E、F)型鉸接自卸車，用于剝離物和磷礦石的運(yùn)輸。在生產(chǎn)設(shè)備和地質(zhì)條件不變的情況下，通過對(duì)挖掘機(jī)鏟裝效率影響因素分析，制定提高挖掘機(jī)鏟裝效率的措施，多完成自主剝離量，降低生產(chǎn)成本，保證礦山可持續(xù)發(fā)展。

1 挖掘機(jī)鏟裝效率影響因素分析

挖掘機(jī)生產(chǎn)效率是指在單位時(shí)間內(nèi)挖掘機(jī)從工作面挖掘并裝到運(yùn)輸車或卸至土堆中以實(shí)方計(jì)的土方量Q，計(jì)算公式為

Q=qnKzKwKt/Ks,

(1)

式中,q為鏟斗容積,m3；Kz為鏟斗裝滿系數(shù),0.75～1.05)；Kw為土壤挖掘阻力系數(shù),0.65～1.0；Kt為時(shí)間利用系數(shù),0.7～0.85；Ks為土壤松散系數(shù),1.08～1.45；n為每小時(shí)理論工作循環(huán)次數(shù)，n=3 600/T，T=t1+t2+t3+t4+t5，T為每一工作循環(huán)時(shí)間,s，t1、t2、t3、t4、t5分別為挖掘時(shí)間、滿載斗回轉(zhuǎn)到卸載所需時(shí)間、卸載時(shí)間、空斗回轉(zhuǎn)到工作面的時(shí)間、鏟斗下降到工作面的時(shí)間,s[1]。

由此得出露天礦山挖掘機(jī)鏟裝效率影響的因素：①每小時(shí)工作循環(huán)次數(shù)n，其值與挖掘機(jī)技術(shù)性能、挖掘機(jī)司機(jī)的操作水平、爆破效果、礦巖或土壤的性質(zhì)、車鏟匹配、挖掘機(jī)裝車方式等有關(guān)；②鏟斗裝滿系數(shù)Kz,為鏟斗內(nèi)松散礦巖的體積與斗容之比，其與司機(jī)的操作技術(shù)水平、爆破效果、礦巖或土壤的性質(zhì)有關(guān)；③土壤挖掘阻力系數(shù)Kw,考慮土壤挖掘阻力對(duì)工作循環(huán)次數(shù)的影響，其與爆破效果、礦巖或土壤的性質(zhì)、鏟斗的構(gòu)造形式、挖掘軌跡、切削的形狀等有關(guān)；④時(shí)間利用系數(shù)Kt,考慮設(shè)備的保養(yǎng)、維修和在工作面中移動(dòng)所損失的時(shí)間；⑤土壤松散系數(shù)Ks，指物料在挖松以后的體積與原來密實(shí)的體積之比，與物料等級(jí)和鏟斗容積有關(guān)。地質(zhì)條件(礦床構(gòu)造、礦巖或土壤的性質(zhì))和挖掘機(jī)參數(shù)是客觀的，無法改變，而生產(chǎn)組織管理即露天開采工藝、開拓工作面參數(shù)設(shè)置(其中作業(yè)臺(tái)階高度過高或過低都會(huì)影響鏟裝效率，尤其是作業(yè)臺(tái)階高度過低會(huì)使采裝效率降低15%～30%)[2]、作業(yè)場(chǎng)地布置、裝車方式影響挖掘機(jī)鏟裝效率；爆破效果不好，塊度不均勻，爆堆分散，大塊和根底較多增加挖掘裝車時(shí)間，降低滿斗系數(shù)，增加土壤挖掘阻力系數(shù)等；車鏟匹配不合理(車不足)，出現(xiàn)挖掘機(jī)等車現(xiàn)象，增加循環(huán)時(shí)間；挖掘機(jī)司機(jī)的操作水平不同，在同樣的設(shè)備和類似的鏟裝條件下，裝車速度、時(shí)間不同，每小時(shí)工作循環(huán)次數(shù)、鏟斗裝滿系數(shù)、土壤挖掘阻力系數(shù)、時(shí)間利用系數(shù)不同，完成的生產(chǎn)量卻差別很大；挖掘機(jī)的技術(shù)狀況對(duì)生產(chǎn)率有較大影響，如發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，液壓系統(tǒng)壓力下降，造成挖掘機(jī)工作無力，挖掘機(jī)作業(yè)循環(huán)時(shí)間增加，斗齒發(fā)生磨損，增大土壤挖掘阻力系數(shù)，鏟斗切削阻力將增加60%[3]，增加挖掘裝車時(shí)間。綜上所述，生產(chǎn)組織管理、爆破效果、車鏟匹配、挖掘機(jī)司機(jī)的操作水平、挖掘機(jī)的技術(shù)狀況及維修質(zhì)量等是影響挖掘機(jī)鏟裝效率的主要因素。

2 提高鏟裝效率的措施

2.1 組織管理

強(qiáng)化管理人員的素質(zhì),提高組織管理水平，優(yōu)化采礦方案。按高程水平劃分臺(tái)階，設(shè)計(jì)高度為10 m，采幅寬8～10 m，最小工作平盤寬20 m，采場(chǎng)靠幫時(shí)每個(gè)臺(tái)階留6 m寬安全平臺(tái)，每隔2～3個(gè)臺(tái)階留8 m寬清掃平臺(tái)，休止臺(tái)階坡面角為65°。小松PC1250-7型反鏟挖掘機(jī)最大挖掘深度為7.9 m，與挖掘機(jī)配套的沃爾沃A40D(E、F)型鉸接自卸車貨箱高3.55 m。根據(jù)開采參數(shù)，分2次開拓，每次開拓臺(tái)階高度為5 m。自卸車裝車方式：①單車裝車法，受采場(chǎng)裝載地點(diǎn)限制，一輛車裝滿后駛出，另一輛車開進(jìn)或倒車至地點(diǎn)裝車；②雙車裝車法，當(dāng)其中一輛車裝土?xí)r，另一輛車同時(shí)開進(jìn)或倒車至地點(diǎn)；③雙放裝車法，2輛自卸車分別停放在挖掘機(jī)鏟斗卸土所能及的圓弧線上，挖掘機(jī)裝滿一輛，緊接著又裝下一輛[4]。挖掘機(jī)裝車方式：①平地裝車,挖掘機(jī)和自卸車停在同一水平地面上作業(yè)，挖掘機(jī)司機(jī)不一定能看到自卸車車廂情況，容易裝偏；②平(高)臺(tái)裝車,挖掘機(jī)停在高處，自卸車停在低處，按照土方量、臺(tái)階設(shè)計(jì)高度來確定挖掘機(jī)停放的平(高)臺(tái)高度(5 m)，隨時(shí)調(diào)整挖掘機(jī)的位置，設(shè)置兩車道，一輛車剛裝滿可以接著裝下一輛車。實(shí)測(cè)2#小松PC1250-7型反鏟挖掘機(jī)裝載沃爾沃A40型鉸接自卸車的方式及效率見表1，2臺(tái)PC1250-7型反鏟挖掘機(jī)作業(yè)效率及剝離量見表2?？梢钥闯觯孩匐p放裝車法比雙車裝車法效率高，雙車裝車法比單車裝車法效率高；②平(高)臺(tái)裝車比平地裝車效率高；③挖掘機(jī)小回轉(zhuǎn)角度比大回轉(zhuǎn)角度效率高；④挖掘機(jī)短工作循環(huán)時(shí)間比長(zhǎng)工作循環(huán)時(shí)間效率高。因此，提高露天礦山挖掘機(jī)鏟裝效率的有效途徑：①滿載，提高滿斗程度；②在保證工作安全的條件下，車輛停放的位置應(yīng)有利于縮短工作循環(huán)時(shí)間(挖掘機(jī)挖掘、鏟斗轉(zhuǎn)向卸載點(diǎn)、鏟斗對(duì)位和卸載以及空斗轉(zhuǎn)回工作面至挖掘點(diǎn)4項(xiàng)工序時(shí)間)，充分利用等車間隙做好裝車前的準(zhǔn)備工作(松動(dòng)、倒堆和清理工作面的礦巖，挑選不合適的大塊等)，將工作面的礦巖倒至靠近汽車停放的位置，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)角度不大于90°，減小挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)角度;③減少非工作時(shí)間，提高時(shí)間利用率;④制定合理的開拓設(shè)計(jì)和生產(chǎn)組織，設(shè)置合適的平(高)臺(tái)高度，盡量采用平(高)臺(tái)雙放裝車法。

表1 小松PC1250型挖掘機(jī)裝載沃爾沃A40型鉸接自卸車的方式及效率

表2 2016年3—5月2臺(tái)PC1250型挖掘機(jī)作業(yè)效率及剝離量

2.2 合適的爆破方式

選擇合適的爆破參數(shù)；合理選擇起爆位置；采用多點(diǎn)起爆，增大爆炸應(yīng)力波參數(shù)，提高巖石的破碎度；采用分段裝藥，使臺(tái)階中、上部礦巖也能受到不同程度的破碎，減少塌落形成的大塊；采用微差爆破，減少對(duì)未爆巖體的破壞，降低大塊率和炸藥單耗，使爆堆的形狀和尺寸有利于挖掘機(jī)安全高效作業(yè)，提高鏟裝、運(yùn)輸設(shè)備效率約10%～15%[5];另外，足夠的爆破量是保證挖掘機(jī)發(fā)揮最大效率的另一個(gè)重要方面。

2.3 車鏟匹配

車鏟匹配是自卸汽車車箱容積與挖掘機(jī)鏟斗容積的匹配，露天礦確定車、鏟的原則是以鏟為中心，自卸車的容量應(yīng)為挖掘機(jī)的鏟斗容量的整數(shù)倍[4]。該礦外部排土距離為1.5～2 km，內(nèi)部排土距離為0.5～1 km，小松PC1250-7型反鏟挖掘機(jī)斗容為6.7 m3，正常裝載容積為5.7 m3，沃爾沃A40F 鉸接自卸車載重為39 t，車箱正常裝載容積為17 m3，采用平(高)臺(tái)雙放裝車法。當(dāng)距離為1.5～2 km，按自卸車運(yùn)行循環(huán)時(shí)間11.3～14.4 min/趟，挖掘機(jī)以3斗裝滿自卸車，配置5臺(tái)自卸車最合理；當(dāng)距離為0.5～1 km，按自卸車運(yùn)行循環(huán)時(shí)間6.9～8.4 min/趟，挖掘機(jī)以3斗裝滿自卸車，配置4臺(tái)自卸車最合理，引導(dǎo)自卸車至挖掘機(jī)鏟斗易翻轉(zhuǎn)的位置，縮短挖掘機(jī)等車時(shí)間，提高挖掘機(jī)有效作業(yè)時(shí)間，充分發(fā)揮挖掘機(jī)和自卸車能力。

2.4 安全教育及技能培訓(xùn)

首先強(qiáng)化安全培訓(xùn)，加強(qiáng)“三級(jí)”安全教育和崗位安全教育，提高挖掘機(jī)司機(jī)的安全意識(shí)。其次，針對(duì)挖掘機(jī)司機(jī)進(jìn)行日常的專業(yè)技能培訓(xùn)、崗位練兵、技能競(jìng)賽，使挖掘機(jī)司機(jī)熟練掌握設(shè)備操作技能，不斷提高司機(jī)的操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮設(shè)備能力；最后對(duì)挖掘機(jī)司機(jī)進(jìn)行經(jīng)常性的思想教育和職業(yè)道德培訓(xùn)，開展定期崗位評(píng)價(jià)、末位淘汰機(jī)制，加強(qiáng)工作責(zé)任心，充分發(fā)揮司機(jī)的積極性和創(chuàng)造性。

2.5 挖掘機(jī)維護(hù)

設(shè)備故障是影響生產(chǎn)效率的主要因素之一，日常維修工作做到點(diǎn)檢到位、及時(shí)維護(hù)、實(shí)時(shí)保養(yǎng)，保證故障維修質(zhì)量；通過設(shè)備運(yùn)行狀況分析，提出維修預(yù)警，有針對(duì)性地預(yù)防性檢修，從而降低維修成本；加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，保證設(shè)備各部分性能良好，提高設(shè)備完好率。

3 結(jié) 語

通過對(duì)挖掘機(jī)鏟裝效率的影響因素分析，在生產(chǎn)設(shè)備和地質(zhì)條件不變的情況下，加強(qiáng)各工藝組織、配合、管理，充分發(fā)揮自有人員及設(shè)備能力，采用平(高)臺(tái)雙放裝車法及合適的爆破方式，合理匹配車鏟，強(qiáng)化挖掘機(jī)司機(jī)的安全教育及技能培訓(xùn)，加強(qiáng)挖掘機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，以提高露天礦山挖掘機(jī)鏟裝效率。作為生產(chǎn)、設(shè)備的管理者，需要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的管理理念、管理經(jīng)驗(yàn)和管理技巧，及時(shí)了解設(shè)備,掌握設(shè)備動(dòng)態(tài)，并且深入生產(chǎn)一線發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,才能真正使設(shè)備發(fā)揮最大能力，為礦山降本增效提供有力支持。

[1] 武漢水利電力學(xué)院， 華北水利電力學(xué)院.工程機(jī)械使用手冊(cè)[M].北京：電力工業(yè)出版社，1980.

[2] 汪為平.論臺(tái)階高度對(duì)露天礦經(jīng)濟(jì)效益的影響[J].金屬礦山，1994(10)：8-9.

[3] 黃紹威.提高采場(chǎng)鏟裝、運(yùn)輸效率的途徑初探[J].酒鋼科技，2013(2)：113-117.

[4] 李 宏.挖掘機(jī)操作與維護(hù)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2004.

2016-07-28)

周明安(1966—)，男，工程師，650113 云南省昆明市西山區(qū)海口桃樹箐。