黑岱沟露天煤矿轮斗系统连续开采工艺

张海旺

（神华准格尔能源有限公司黑岱沟露天煤矿 内蒙古鄂尔多斯）

一、引言

黑岱沟露天煤矿轮斗系统是从德国克虏伯公司引进的大型矿山挖掘设备，共有两套轮斗系统。主要设备包括紧凑型轮斗挖掘机4台，A皮带车4台，B皮带车2台，电缆/漏斗车4台，卸料车2台，排土机2台，以及与之相匹配的胶带运输机12条，（其中带宽1.4 m工作面胶带机4条，带宽1.8 m端帮胶带机6条，带宽1.8 m排土场胶带机6条）和轮斗集中控制系统。辅助设备包括2台履带搬运车及液压泵站等，承担黑岱沟露天煤矿上部黄土的剥离任务。

二、轮斗系统工艺特点

黑岱沟露天煤矿轮斗系统工艺为连续开采工艺，即采掘、运输及排弃为一体，它与间断工艺、半连续工艺相比有一些特殊的优缺点。

1.优点

（1）生产能力大、效率高。由于轮斗系统工艺，采掘、运输及排弃生产环节是连续作业，因此生产效率高，特别是在物料较好条件下，高效率的优点尤为明显。并适于大规模开采。

（2）切削力较大。轮斗挖掘机切削力较大，可以直接采掘褐煤，省掉钻孔、爆破等生产环节，生产工艺简化，成本降低。

（3）对复杂的煤层可以进行选采。对煤层中硬度不高的夹矸以及煤、岩分界处的采掘，都可用轮斗挖掘机进行选采，不仅提高了煤炭资源的回采率，而且提高了煤炭质量，减少了选煤工作量。

（4）胶带输送机提升角度大。胶带输送机一般工作角度在10°～18°，铁道运输允许工作坡度在 10‰～15‰，汽车运输允许工作坡度在6‰～10‰。可见胶带输送机输送物料的提升角度要比铁道运输和汽车运输大得多，因此采用胶带输送机系统输送物料可以大大缩短运输距离，与铁道运输相比，可节省大批钢轨。

（5）动力消耗低、操作简单维修方便。轮斗系统设备，采用电机驱动，单机操作多为按钮、手柄、操作灵活省力，劳动条件好，安全可靠，与汽车、机车（蒸汽车、内燃机车等）相比，动力消耗低、维修方便。

（6）容易实现现代化管理。轮斗挖掘机成套设备，多采用集中控制，和间断、半连续工艺相比机械化、自动化程度高，更容易实现现代化管理。

2.缺点

（1）设备初期投资高，对采掘物料的硬度有严格要求。

（2）专业性强，作业机动性差，要求系统有很高的可靠性，各环节之间需紧密配合。

（3）受地质条件、气候因素影响较大。

三、轮斗系统开采工艺流程

黑岱沟露天煤矿轮斗生产系统由外排Ⅰ系统和内排Ⅱ系统两套构成。

1.轮斗系统开采工艺流程

由轮斗挖掘机通过铲斗将工作面黄土物料切下，经轮斗挖掘机→A皮带车→电缆/漏斗车→1.4 m工作面胶带机→1.8 m端帮胶带机→1.8 m排土场胶带机→卸料车→排土机，排弃至排土场，完成采掘、运输、排弃流程。

2.轮斗系统集控室启、停机控制过程

启机过程：启动排土机、启动排土场胶带机、启动端帮胶带机、启动工作面胶带机、启动转载机（A皮带车）、启动轮斗挖掘机依次顺序启动，称为逆物料流启动。

停机过程。停止斗轮挖掘机、停止转载机（A皮带车）、停止工作面胶带机、停止端帮胶带机、停止排土场胶带机、停止排土机依次顺序停机，称为顺物料流停机。

四、轮斗系统生产运行时间的分析

黑岱沟露天煤矿轮斗系统中，每台轮斗挖掘机理论生产能力为3100 m3/h；每台排土机理论生产能力为6200 m3/h。截至2013年底，轮斗系统已累计剥离黄土1.289亿立方米，其中轮斗Ⅰ系统于1996年6月投入运行，轮斗Ⅰ系统排土机累计运行60 368 h，产量为6 428 208 m3；轮斗Ⅱ系统于2003年7月投入运行，轮斗Ⅱ系统排土机累计运行28 858 h，产量38 027 372 m3。

由于准格尔地区冬季温度低，受冬季气候影响，轮斗系统设备工作运行时间为9个月（每年3～12月初），轮斗系统工作运行天数约280 d，轮斗系统生产运行实行4班3倒制，每班工作8 h，每年可利用时间6720 h。根据2013年运行数据统计，轮斗Ⅰ系统实际生产运行时间为3981 h，产量为6 428 208 m3。影响生产运行时间的因素有5方面。

（1）设备维护保养时间。设备维护保养包括日常维护保养和计划性维护保养。设备维护保养分为日检、周检、月检、季检、半年检和年检（在轮斗系统停止运行后进行）。轮斗Ⅰ系统维护保养时间约为368 h。

（2）设备故障影响时间。轮斗Ⅰ系统设备故障平均影响时间为841 h。

（3）设备工艺影响时间。由于轮斗系统工作面的不断推进，胶带需要进行移设和拆除，轮斗Ⅰ系统损失时间为1050 h。

（4）气候影响时间。由于受下雨等气候影响，轮斗Ⅰ系统损失时间为329 h。

（5）供电影响时间。由于受供电线路春检等影响，轮斗Ⅰ系统损失时间为151 h。

从以上影响因素可以看出，设备工艺影响时间多，主要原因是轮斗Ⅰ系统由于工艺要求，拆除了一条胶带机，采掘工作面条件差，移设次数多。其次，由于轮斗系统设备运行时间长，设备部件老化严重，设备故障多，影响设备运行。另外，气候影响也占很大的比例，原因是露天矿区雨水比往年偏多。一般情况下，轮斗系统每年平均工作小时应在5200～5400 h。

五、轮斗系统开采工艺的经济性分析

黑岱沟露天矿上部黄土的剥离，一般采取3种方式，一是外委承包剥离；二是单斗-卡车工艺剥离；三是轮斗系统剥离。

2013年露天矿轮斗Ⅰ系统黄土剥离量按600万立方米计算：轮斗Ⅰ系统运营费用10.27元/m3（不包括折旧），总运营费6162万元人民币；采用外委承包剥离，运营费用11元/m3，总运营费用6600万元；采用自营单斗卡车工艺，运距3 km左右，运营费用15.35元/m3，总运营费用9210万元。可见，轮斗连续开采工艺剥离黄土成本最低、经济性最好。

按照黑岱沟露天煤矿转向过渡时期的规划，黑岱沟露天煤矿内排场空间严重不足，且无外排土场，必须对轮斗系统进行重新布置。综合考虑二条区工程位置（黑岱沟露天煤矿共有3个采区）、设备状态等因素的影响，需要对轮斗系统进行整体搬迁。使用轮斗系统虽然有优点，但由于此次搬迁费用高，回收效益较慢，而且存在几个具体问题。

（1）轮斗系统超前剥离3.5年，增加了近几年的生产剥采比，从而增加了生产成本，5年后一条区内排土场的覆土工作难以进行。

（2）轮斗系统端帮胶带经过的沟壑较深，填沟后难以保证其基础的稳定性。

（3）轮斗系统（折旧已提完）设备均已老化，继续使用每年将投入较大的维护费用；且还需购置新设备和配件。

（4）单斗系统内排空间不足。在不考虑黑岱沟露天矿剥离量进入哈尔乌素内排土场的情况下，内排土场需增高至1300 m水平。但由于排土场空间较小，外委施工单位无法增高至1300 m水平排弃，2015年300万立方米剥离量及2016年4106万立方米的剥离量无空间排弃。

（5）露天矿一条区东端帮供电线路，需要重新进行布设，费用约为100万元。

（6）此次轮斗系统搬迁后，只能维持5年，5年后轮斗系统还需进行大搬迁或停用。

综上所述，虽然轮斗系统在剥离黄土在成本上有很大的优势，但是，考虑到以上因素的影响，黑岱沟露天煤矿轮斗系统决定停止运行。

六、轮斗系统典型事故分析与预防措施

导致事故发生的因素有人的不安全行为，机的不安全状态，环境的不良影响和管理的欠缺。在事故原因构成中，人的不安全行为和物的不安全状态是造成事故的直接原因将近占95%左右。当人的不安全行为和物的不安全状态在一定时空发生交叉时，就是安全事故的触发点。每次事故的发生不仅会给生产运行带来影响，也会造成一定的经济损失。因此，在轮斗系统生产过程中，分析事故的产生的原因，采取有效措施，预防事故的发生，把事故隐患消灭在萌芽中，有效避免事故的发生。

1.胶带撕裂事故

（1）主要原因。在物料采掘中，由于大块物料如泥土、石块等砸向正在运转的胶带，砸伤部位被清扫器刮住或卡住，造成胶带撕裂。

轮斗系统设备钢结构件在胶带运行中脱落，在物料转载点处被卡住，造成胶带撕裂。胶带的托辊或滚筒等停止转动或断裂，受力卡住后，将胶带撕裂。在设备维护检修后，不慎将备件、工器具等遗留在胶带上，导致卡住胶带造成胶带撕裂。

胶带发生跑偏时未及时调整或胶带防跑偏开关失灵，而发生胶带撕裂。在胶带运转过程中，由于其他异物坠落在回程胶带上，被卡在胶带某个位置或胶带与滚筒间，都会造成胶带撕裂。

（2）预防措施。在轮斗挖掘机采掘物料时，操作人员要采用合理的切削方式，尽量减少大块物料的产生。加强对设备的日常点检和维护保养，检查设备转载点等重要部位，确保该部位的钢结构件(比如犁式清扫器等)未松动或损坏。

设备运转过程中，加强对胶带的巡视检查，发现托辊及滚筒等回转部件不运转或损坏，及时进行停机处理。检修设备完毕后，要认真清理检修现场，确保胶带上无遗留工器具或备件等。

保证胶带防跑偏开关等安全装置的有效可靠，以便胶带跑偏后自行保护停机，同时要随时观察胶带运转情况，若胶带跑偏撒料严重，及时对胶带进行调整。

按检修工艺要求，经常调整胶带滚筒清扫器，保证良好的清扫效果，发现异物及时清理。要不定期地检查胶带的接头，以防出现起皮、鼓包等异常情况，若发生要及时进行处理或者重新硫化胶带接头。

2.轮斗挖掘机（皮带车A、排土机）履带脱轨事故

（1）主要原因。地面指挥人员监护不到位，操作人员与指挥人员配合不够、呼唤应答不准确。一次扭车角度大，设备在短距离行走范围内频繁扭车（履带板断原因）。地面指挥人员所处位置不合适。地面平整不及时或地面横向坡度大。安全保护装置失效。履带张紧度未达到要求。

（2）预防措施。加强地面监护，地面指挥与操作人员要默契配合。每次扭车角度＜5°，特殊情况应选择更小的角度。

指挥人员应站立合适位置进行指挥，同时要清楚本班安全重点部位。保持地面平整；确保地面横向坡度＜3%。加强对设备进行检查，确保安全保护装置齐全有效。按照技术要求张紧履带装置。

3.胶带火灾事故

（1）主要原因。胶带机胶带跑偏开关、胶带打滑监测开关等失灵。滚筒、托辊等转动部件的轴承损坏，造成筒体温度升高而引燃胶带。胶带局部跑偏，摩擦胶带机架引燃胶带。外部明火，如检修人员检修时产生的焊渣或未灭的烟头等引燃胶带附近的易燃物。

（2）预防措施。加强日常检查，保证设备的安全保护装置齐全可靠。胶带运行中，加强对胶带的巡查，发现滚筒、托辊等转动部件的轴承发热，及时采取相应措施处理。及时调整跑偏胶带。检修人员检修完设备后，要及时清理检修现场，严禁烟火。配备足够的灭火器等消防器材，并经常检查确保其有效。

七、轮斗系统胶带机的移设

随着采掘工作面和排土场位置的不断推进与改变，工作面胶带机和排土场胶带机需进行移设，以满足采掘和排弃的要求。工作面胶带机移设的天数一般为5 d，排土场胶带机移设的天数一般为7 d。胶带机移设情况的好坏，会直接影响胶带机的运行，从而降低轮斗系统效率。

1.胶带机移设前的工程技术要求

胶带机移设前，要认真做好移设前工程准备工作，胶带移设前需完成胶带机移设工作面的平整工作，工作面平整度要求沿采掘带（或排土场带）横向坡度＜2.5%，纵向坡度＜4%，工程质量的好坏，直接影响胶带机移设的质量。

2.胶带机的移设操作与技术要求

移设期间设一名现场总指挥，负责现场设备的统一协调与调度。移设前应作好切口，排空设备上的物料，将轮斗挖掘机、皮带车A、电缆/漏斗车及排土机走到指定位置。松开胶带张紧装置、制动器，设备断电，并做好电缆耦合器保护，揭开头尾站锚固。平整移设工作面，平整程度以移设机能均匀移设为标准。测量并表处胶带机的最终位置，按胶带机基础标准进行平整，基础做好后侧出胶带机移设的最终位置。

根据胶带机移设的最终位置，确定滑撬漏斗及皮带车B的位置。工作面胶带机移设步局在0.5～0.8 m。

电缆/漏斗车、卸料车行走曲率半径≥120 m。由现场总指挥指定专人指挥移设机，并观察钢轨、鱼尾板、中间架和电缆。移设到位后，按要求对胶带机进行调直、调平，并进行试运行。

八、轮斗系统开采工艺的改造

随着石油、轮胎价格的不断上涨，露天矿开采成本也随着增加，由于受生产技术要求和其他客观因素的影响，轮斗Ⅰ系统于2013年12月停止运行，轮斗Ⅱ系统于2011年12月停止运行。为了盘活轮斗系统闲置设备，降低露天开采成本，可以将轮斗连续开采工艺改造为自移式破碎机半连续工艺。

自移式破碎机半连续工艺可以用于采煤及剥离岩石，实现了以电带油，用胶带输送机代替卡车，可以节省为卡车道路维护的设备和人员，还减少了卡车尾气的排放及扬尘，改善矿山环境，符合国家节能减排的方针政策。自移式破碎机半连续工艺综合了间断工艺的广泛适应性和连续工艺高效率等优点，但此工艺对穿爆质量要求较高，还需增加物料的破碎环节。