任 鎖，張 飛，許文杰

（北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

國內(nèi)大型露天煤礦普遍采用電鏟進(jìn)行采裝作業(yè)，電鏟生產(chǎn)動(dòng)力來源是電力驅(qū)動(dòng)，電鏟與變電箱之間通過多根電纜順序相連，電鏟尾線電纜是由電鏟引出的1 根電纜。隨著采剝工作面推進(jìn)，電鏟位置不斷變動(dòng)，需要不斷增加或減少電纜數(shù)量，而電纜硬度大、單位長度質(zhì)量大、人力搬運(yùn)效率低，存在漏電傷人安全隱患[1-2]。電纜移設(shè)過程電鏟須停止作業(yè)，電纜移設(shè)效率直接影響電鏟有效作業(yè)時(shí)長，進(jìn)而影響電鏟生產(chǎn)效率。故解決電鏟移設(shè)效率已成為露天煤礦提高挖掘機(jī)生產(chǎn)效率的重要課題之一。以魏家峁露天煤礦為例，以尾線電纜為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)自動(dòng)收放車減少人員參與度，保障尾線電纜安全使用及電鏟的高效生產(chǎn)[3-5]。

1 魏家峁露天煤礦

魏家峁礦田面積52.593 2 km2，黃土高原沖溝多、梁峁多。礦田煤炭?jī)?chǔ)量豐富，資源可靠，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，資源總儲(chǔ)量9.77 億t，可采原煤儲(chǔ)量8.14 億t，煤層平均厚度為12.89 m，全礦平均剝采比為7.04 m3/t，按照6.0 Mt/a 規(guī)模開采，設(shè)計(jì)服務(wù)年限123.4 年。采用自營＋外委的剝離模式，上部黃土由外委剝離，下部巖石和煤由自營剝采，自營主要采裝設(shè)備是2 臺(tái)WK－35 電鏟匹配14 臺(tái)MT4400 自卸卡車，2 臺(tái)EX3600 液壓鏟匹配12 臺(tái)TR100 自卸卡車。

在露天煤礦作業(yè)過程中，主要采用3 種方式收放或移動(dòng)尾線電纜：①直接拖拽尾線電纜，電鏟鏟尖挑起尾線電纜，操作工把電纜卷放成“S”型，卷放過程需要3 人一同完成，耗費(fèi)人員多、強(qiáng)度大、用時(shí)長、自動(dòng)化程度低，影響電鏟采裝效率發(fā)揮，且存在漏電傷人的隱患；②后置爬犁存放電纜，電鏟鏟尖挑起電纜，操作工將電纜盤放在爬犁車上，走鏟時(shí)電鏟拖著爬犁車，此過程存在電鏟壓斷電纜、電纜漏電傷人等安全隱患，且自動(dòng)化程度低，影響電鏟生產(chǎn)效率；③后置式卷電纜，操作時(shí)離地面較低，容易剮蹭操作人員，機(jī)器容易漏電、動(dòng)力破損等。魏家峁露天煤礦WK35 電鏟采用第2 種方式存放電纜[6-7]。

2 電纜卷放車結(jié)構(gòu)

電鏟尾線電纜卷放車結(jié)構(gòu)圖如圖1。電纜卷放車由行走部分、安裝平臺(tái)、電動(dòng)卷纜裝置、電氣設(shè)施、控制系統(tǒng)等組成。尾線電纜卷放車質(zhì)量27 t，長6.8 m、寬3.3 m、高3.6 m，功率87 kW，電纜卷放線速度1.5 m/min，行走速度1.2 m/h，爬坡能力15°。

圖1 電鏟尾線電纜卷放車結(jié)構(gòu)圖

2.1 行走部分

行走總成由行走電機(jī)、行走減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪、履帶架、支重輪、履帶鏈、張緊總成、引導(dǎo)輪總成等部分組成。履帶板寬度500 mm，履帶接地長度大于4 m；速度范圍為0～1.2 km/h，爬坡角度大于15°，最小離地間隙不小于500 mm。行走電機(jī)通過行走減速機(jī)及驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)履帶鏈實(shí)現(xiàn)行走功能。行走電機(jī)帶制動(dòng)器，可手動(dòng)解除制動(dòng)，用于拖拽時(shí)使用。

2.2 安裝平臺(tái)

平臺(tái)總成位于行走總成上部，承載滾筒及電控裝置。機(jī)房分高壓室、低壓室和制動(dòng)電阻室，其中高壓室內(nèi)安裝變壓器和高壓開關(guān)柜，相對(duì)位置設(shè)有獨(dú)立的變壓器檢修門和高壓開關(guān)柜操作門；低壓室內(nèi)安裝PLC 控制器、液晶觸摸顯示屏、變頻器、低壓開關(guān)和繼電器等，并設(shè)獨(dú)立開門，低壓室內(nèi)側(cè)墻體和頂棚加裝保溫板，并安裝帶輔熱功能的空調(diào)機(jī)，在機(jī)棚外明顯位置安裝整機(jī)上電指示燈和主機(jī)啟動(dòng)指示燈，便于司機(jī)觀察。電纜卷筒處配有照明裝置，平臺(tái)兩側(cè)安裝緊急停車按鈕。

2.3 電動(dòng)卷纜裝置

1）電動(dòng)卷纜裝置工作原理。在電纜車的前部靠近電鏟側(cè)安裝補(bǔ)償卷筒，可收納直徑為57～60 mm，長度≥100 m 的橡套電纜在電纜車的后部靠近供電側(cè)安裝主電纜卷筒，可收納直徑為57～60 mm，長度≥300 m 的橡套電纜。當(dāng)電纜車前進(jìn)時(shí)，前卷筒拉力降低，卷筒電機(jī)的保持力矩大于電纜拉力對(duì)卷筒的力矩，卷筒主動(dòng)收回電纜，當(dāng)電纜車前進(jìn)時(shí)，后卷筒的電纜拉力加大，卷筒電機(jī)的保持力矩小于電纜拉力對(duì)卷筒的力矩時(shí)，卷筒被電纜拉到轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒被動(dòng)放出電纜。當(dāng)電纜車后退時(shí)反之，后卷筒主動(dòng)收電纜，前卷筒被動(dòng)放電纜。同理，電鏟前進(jìn)時(shí)電纜拉力增大，補(bǔ)償卷筒被動(dòng)放電纜，電鏟后退時(shí)電纜拉力減小，補(bǔ)償卷筒主動(dòng)收電纜。

2）主電纜卷放系統(tǒng)。主電纜卷放系統(tǒng)，由主電纜卷筒、電機(jī)、減速機(jī)、內(nèi)置高壓集電環(huán)、自動(dòng)排線裝置等組成。主電纜卷筒，可卷多于300 m 外徑為60 mm的礦用電纜。驅(qū)動(dòng)形式為變頻調(diào)速電機(jī)連接減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，電纜卷筒內(nèi)部安裝有高壓集電環(huán)和電纜耦合器接口，以便于電纜更換，卷筒上的電纜接入口為防水結(jié)構(gòu)。卷筒一端設(shè)有4 個(gè)人孔，供檢修人員進(jìn)出，人孔設(shè)有密封防水的人孔蓋。在平臺(tái)后端的主卷筒下面安裝可180°旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)電纜支臂，同時(shí)具有鎖定措施，當(dāng)調(diào)節(jié)到兩側(cè)時(shí)最遠(yuǎn)位置距離履帶不少于2 m。電纜支臂前端安裝有電纜導(dǎo)向輥支架。自動(dòng)排線裝置由立柱、伺服電機(jī)、減速機(jī)、絲杠、導(dǎo)杠、排線器、傳感器、PLC 控制器等部件組成，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排放電纜。自動(dòng)排線裝置采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由安裝在卷筒上的傳感器信號(hào)通過PLC 控制排線電機(jī)與卷筒電機(jī)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)自動(dòng)排線。

3）補(bǔ)償卷筒系統(tǒng)。補(bǔ)償卷筒系統(tǒng)由補(bǔ)償卷筒、電機(jī)、減速機(jī)、自動(dòng)排線系統(tǒng)和外置高壓集電環(huán)柜組成。補(bǔ)償卷筒可卷100 m 外徑為60 mm 的礦用電纜。驅(qū)動(dòng)形式為伺服電機(jī)連接減速機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)電纜始終處于拉緊狀態(tài)，當(dāng)電鏟前進(jìn)時(shí)，電纜拉力大于堵轉(zhuǎn)力矩時(shí)自動(dòng)放電纜，當(dāng)電鏟后退時(shí)，電纜拉力小于堵轉(zhuǎn)力矩時(shí)自動(dòng)收電纜，確保電纜始終保持拉緊并接近懸浮狀態(tài)，所以不會(huì)被電纜車自身或電鏟壓到，因此不需要電纜托架將電纜挑起并放到車的側(cè)面。當(dāng)電鏟前進(jìn)到卷筒上剩余電纜少于設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警提示司機(jī)停止前進(jìn)。

2.4 電氣設(shè)施和控制系統(tǒng)

電氣設(shè)施主要包括變壓器、高壓開關(guān)柜變壓器、高壓分線箱、低壓供電柜、低壓控制柜等，低壓供電柜內(nèi)安裝供電轉(zhuǎn)換閘機(jī)，2 臺(tái)行走變頻器和2 臺(tái)卷筒變頻器；低壓控制柜內(nèi)安裝PLC 控制器、液晶觸摸顯示屏、低壓開關(guān)、繼電器、伺服控制器和遙控接收器等。

控制系統(tǒng)由1 臺(tái)PLC 控制器來完成：行走電機(jī)由PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速和轉(zhuǎn)向控制；卷筒收放由PLC 控制變頻器實(shí)現(xiàn)力矩模式控制卷筒收放電纜，自動(dòng)排線是由PLC 根據(jù)讀取卷筒轉(zhuǎn)數(shù)傳感器信號(hào)控制自動(dòng)排線的伺服電機(jī)完成。在低壓控制柜的柜門上置配備觸摸屏，觸摸屏具有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示功能，設(shè)備操作參數(shù)設(shè)定功能和設(shè)備基本參數(shù)設(shè)定功能。

整車操作方式分為遙控控制和手動(dòng)控制，遙控控制可以在電鏟上或地面通過遙控器控制運(yùn)行；手動(dòng)線控操作手柄設(shè)置在電纜收放裝置控制平臺(tái)。在電鏟駕駛室內(nèi)配置無線遙控互保開關(guān)，在尾線電纜收放車操作平臺(tái)配置互保解除開關(guān)，無線互保開關(guān)切換時(shí)間小于20 ms。

3 電纜卷放車工作原理

露天電動(dòng)采掘設(shè)備尾線電纜自動(dòng)收放裝置用于露天煤礦采掘場(chǎng)電纜鋪設(shè)、收線和電纜上擋墻工作，并可完成電纜運(yùn)輸。電纜卷放裝置為電動(dòng)履帶行走，行走、卷纜動(dòng)作具有遙控控制和車上有線手柄操作兩種操作方式。具有卷纜裝置與電鏟極限距離報(bào)警和電纜防拽保護(hù)、行走制動(dòng)保護(hù)、緊急停車等保護(hù)設(shè)置。

工作時(shí)，補(bǔ)償卷筒的電纜與電鏟連接的部分始終處于懸浮拉緊狀態(tài)；當(dāng)電鏟前進(jìn)時(shí)，拉緊力大于卷筒電機(jī)的堵轉(zhuǎn)力矩，卷筒自動(dòng)放出電纜；當(dāng)電鏟后退時(shí)，拉緊力小于卷筒電機(jī)的堵轉(zhuǎn)力矩，卷筒自動(dòng)收回電纜；當(dāng)電纜卷筒上剩余電纜到警戒指示，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示司機(jī)停止走鏟。

4 效益

尾線電纜卷放車減少了電纜移設(shè)時(shí)間，增加了電鏟有效作業(yè)時(shí)長。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，每個(gè)月移設(shè)尾線電纜耗時(shí)15 h，1 年移設(shè)電纜所耗時(shí)長180 h，因電纜移設(shè)每年影響電鏟有效作業(yè)時(shí)長180 h，WK－35 電鏟每小時(shí)生產(chǎn)能力為1 700 m3。增設(shè)電纜收放車可提高電鏟生產(chǎn)能力30.6 萬m3/a。采裝設(shè)備生產(chǎn)費(fèi)用約1.3 元/m3，所以直接經(jīng)濟(jì)效益39.78 萬元。尾線電纜卷放裝置自身能耗費(fèi)用0.94 萬元，可得出WK－35 電鏟使用電鏟尾線電纜收放裝置后，每年可節(jié)約成本38.84 萬元。

尾線電纜卷放車降低了電纜操作工工作強(qiáng)度，每臺(tái)WK－35 電鏟配正、負(fù)司機(jī)各1 名，移設(shè)電纜時(shí)需要電纜操作工配合。增設(shè)電纜收放車，每年可減少電纜操作工移設(shè)電纜時(shí)長180 h。

尾線電纜卷放車使用后，提高了電纜卷放的自動(dòng)化程度，提高了電纜移設(shè)效率。不需要在地面拖拽電纜，降低電纜損耗，提高設(shè)備實(shí)動(dòng)率。不需要電鏟齒尖接觸帶電電纜，減少了電鏟壓斷電纜的次數(shù)，通過搖控操作，解決了采掘設(shè)備尾線的拖拽過程中人與電纜直接接觸、電纜在地上盤放等安全隱患。

5 結(jié)語

分析了尾線電纜傳統(tǒng)卷放方式，介紹了魏家峁露天煤礦電鏟尾線電纜卷放車結(jié)構(gòu)組成和工作原理,計(jì)算了電纜卷放車帶來的經(jīng)濟(jì)效益。電鏟尾線電纜卷放車的應(yīng)用,每年可節(jié)約生產(chǎn)成本38.84 萬元，避免了移動(dòng)尾線電纜時(shí)的觸電事故，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。