规模化高效采矿地下无轨设备配套应用研究

成学东， 张永彬， 冯茂林， 商铁军， 苑 昆,

(1.安徽开发矿业有限公司， 安徽 237400； 2.北京科技大学机械工程学院， 北京 10083；3.北京安期生技术有限公司， 北京 10083)

规模化高效采矿地下无轨设备配套应用研究

成学东1， 张永彬1， 冯茂林2， 商铁军3， 苑 昆2,3

(1.安徽开发矿业有限公司， 安徽 237400； 2.北京科技大学机械工程学院， 北京 10083；3.北京安期生技术有限公司， 北京 10083)

铲装、运输是地下矿山高效开采的关键环节。本文就铲运机与卡车的合理配套问题进行研究，分析了多个型号铲运机的生产能力，以及运矿卡车与铲运机配合使用时的生产能力。针对矿山的产能需求及使用工况，给出了相应的配套方案。对采矿运输设备的选型具有一定的参考价值。

地下采矿； 地下铲运机； 地下运矿卡车； 生产能力

0 前言

虽然我国和世界已探明的矿产资源比较丰富，但随着人们长期大规模的开采，大型露天矿已所剩无几。露天矿山资源逐渐枯竭，露天采矿将逐渐向地下采矿发展已成必然趋势，或者露天开采的深度很大使地表遭受大面积破坏时，也必须采用地下开采。[1]随着我国经济的高速发展，矿产资源开发规模化、集约化程度将进一步提高，未来我国主体矿产资源将以地下和深部规模化开采为主。

1 地下无轨采矿设备

在地下金属矿山规模化开采中铲装、运输是地下矿山高效开采的关键环节。目前，我国地下矿山铲装、运输装备水平与发达国家相比差距较大，矿山生产效率非常低，传统采矿工艺和装备已无法实现扩大生产能力及规模化高效开采。因而，采用大规模综合强化开采新技术、新工艺、新装备，大力推广适合我国地下矿山采矿工艺的中、大型地下无轨采矿技术已势在必行。[2-3]

地下铲运机和地下运矿卡车是地下无轨采矿工艺的主体支撑设备，是实现地下无轨开采的主要铲装和运输的大型机械设备，具有机动、灵活、多能、经济的优点，广泛地用于条件适宜的各类地下矿山进行高效强化开采。地下铲运机和地下运矿卡车性能的优劣和合理的配置将直接影响到采矿生产效率和矿山的经济效益。[4]

地下无轨采矿设备的发展趋势始终围绕着提高效率、降低成本这一核心，纵观国内外地下无轨采矿设备的发展，都是随着矿山开采规模的扩大而向着大型化发展。我国地下铲运机经过50余年的发展，斗容3立方，载重6吨以下的小型铲运机已基本替代国外产品，且在我国中、小型地下金属矿山得到广泛应用，但斗容4立方以上的中、大型铲运机还多依赖进口，由于进口地下无轨采矿设备价格高昂，在很大程度上制约了我国地下采矿业的规模化发展，这与我国日益增长的矿产资源需求形成了矛盾。

2 铲装、运输设备的合理配套及解决方案

影响采矿企业采矿效率的一个重要因素就是铲装、运输设备的合理配套。配套使用铲运机的载重量、台数和运矿卡车载重量、台数，要根据矿山当前实际及发展需要的生产能力、达产要求进行合理配置。铲运机铲、装、运每斗所耗时间与装卸点之间的距离成正比，与铲运机行驶速度成反比。通常，铲运机在井下工作时，其行驶速度不会发生很大的改变，甚至可视为一定数，铲运机出矿能力可以近似看作只与铲运机斗容(载重)和运距有关。斗容越大，运矿量越多；运距越短，运矿量越多。但若为了增加出矿量而采用小吨位铲运机配用大吨位运矿卡车，或者采用大吨位铲运机配用小吨位运矿卡车，会因为铲装量与运输量的不协调，降低设备运行效率，不能真正实现高效开采。在文献[5]中谈到铲运机斗容与直接装石碴矿车容积的匹配问题，显示了合理配套的重要性。

2.1 不同型号铲运机生产能力分析

生产能力是指地下铲运机单位时间内装载和运输矿石量的能力。

即：

(1)

式中Q铲—铲运机理论产能；M铲—每循环装矿吨数；t循—铲运机循环时间；t铲运—铲运机运输时间；t铲卸—铲运机卸矿时间；t铲装—铲运机铲装时间。

以北京安期生技术有限公司生产的ACY- 2(斗容：2立方；载重4 t)、ACY- 3(斗容：3立方；载重6t)、ACY- 4(斗容：4立方；载重10 t)三种铲运机为例进行生产能力分析如下，铲运机单程运距150 m向卡车装矿：

按每天3班、有效工作时间18 h，一年280天满负荷生产计算，每年有效工作时间为5 000 h，可得出三种型号的铲运机单台年出矿量，见表1。

表1 三种型号铲运机年生产能力

2.2 运矿卡车与铲运机配套使用时生产能力分析

地下铲运机和地下运矿卡车的选择要根据矿岩运输量、巷道断面尺寸、装车设备、运输距离、卸载要求等条件来确定。同时还应考虑能耗、备件供应、维修能力、环境保护以及管理水平等因素。通过技术经济比较后选择合理的车型。

一般要求在同一企业所选用的地下铲运机和地下运矿卡车型号尽可能少，最好选择同一型号的铲运机和卡车，便于操作、维修、备件供应和调度管理。

地下运矿卡车是在井下巷道内运输矿(岩)石，地下运矿卡车的外形尺寸受到运输巷道的限制，其宽度和高度必须满足巷道规格的要求；其外形尺寸与巷道支护之间的间隙不得小于0.6 m，人行道宽度不得小于1.2 m。

运矿卡车每小时产能计算如公式(2)所示。

(2)

斜坡道出矿时为满载上坡空载下坡；

时间系数取1.1。

(1)不同工况下，当ACY- 4与AJK- 20联合工作时每小时产能分析

根据北京安期生技术有限公司ACY- 4与AJK- 20两种设备技术参数分析如下：

表2 ACY- 4铲运机与AJK- 20运矿卡车联合工作

由公式(1)、公式(2)和表2参数可得图1的分析结果。

图1 ACY- 4与AJK- 20联合使用时产能

(2)不同工况下，当ACY- 3与AJK- 20联合工作时每小时产能分析

根据北京安期生技术有限公司ACY- 3与AJK- 20两种设备技术参数分析如下：

表3 ACY- 3铲运机与AJK- 20运矿卡车联合工作

由公式(1)、公式(2)和表3参数可得图2的分析结果。

图2 ACY- 3与AJK- 20 联合使用时产能

(3)不同工况下，当ACY- 3与AJK- 12联合工作时每小时产能分析

根据北京安期生技术有限公司ACY- 3与AJK- 12两种设备技术参数分析如下：

表4 ACY- 3铲运机与AJK- 12运矿卡车联合工作

由公式(1)、公式(2)和表4参数可得图3的分析结果。

图3 ACY- 3与AJK- 12联合使用时产能

(4)不同工况下，当ACY- 2与AJK- 12联合工作时每小时产能分析

根据北京安期生技术有限公司ACY- 2与AJK- 12两种设备技术参数分析如下：

表5 ACY- 2铲运机与AJK- 12运矿卡车联合工作时参数表

由公式(1)、公式(2)和表5参数可得图4的分析结果。

图4 ACY- 2与AJK- 12联合使用时产能

对比以上铲运机与运矿卡车的四种匹配使用情况分析结果，在相同工况条件下，AJK- 20型运矿卡车与ACY- 4型铲运机联合使用时，其产能最大。

2.3 年产能达200万t和300万t地下矿山无轨采矿设备配套方案分析

由2.1和2.2的分析，当16%斜坡道出矿；运距2 km；按每天3班，有效工作时间每年5 000 h计

算；年产能200万t、300万t的地下矿山无轨采矿设备配套方案分析如下：

按上述工况下，由年产能转为每小时产能得：

200万t/a=400 t/h。

300万t/a=600 t/h。

由表1及表6可知：

(1)年产能200万t时

①ACY- 2铲运机配套AJK- 12运矿卡车时：理论上需匹配11台ACY- 2铲运机；需AJK- 12运矿卡车34台，显然所配套卡车数量过多；此方案不合

表6 不同配套方案下卡车产能

适200万吨以上地下矿山开采设备选型；

②ACY- 3铲运机配套AJK- 20运矿卡车时：理论上需匹配7台ACY- 3铲运机；需AJK- 20运矿卡车13台；比方案①减少运矿卡车21台、减少铲运机4台；

③ACY- 4铲运机配套AJK- 20运矿卡车时：理论上需匹配5台ACY- 4铲运机；需AJK- 20运矿卡车11台；比方案①减少运矿卡车23台、减少铲运机6台。

(2)年产能300万t时

①ACY- 3铲运机配套AJK- 20运矿卡车时：理论上需匹配10台ACY- 3铲运机；需AJK- 20运矿卡车19台。

②ACY- 4铲运机配套AJK- 20运矿卡车时：理论上需匹配8台ACY- 4铲运机；或7台ACY- 4铲运机，剩余产能可匹配1台ACY- 3铲运机。需AJK- 20运矿卡车17台；比方案①减少运矿卡车2台、减少铲运机2台。

3 结论

根据矿山的采矿工艺及出矿情况，采用ACY- 4型地下铲运机(斗容4立方，载重10吨)匹配AJK- 20型运矿卡车(车厢容积10立方，载重20吨)将是国内产能200万吨及以上矿山企业进行规模化高效开采的最佳更新换代产品和配套方案。该方案可以减少铲运机和运矿卡车应用数量，不仅可为企业节约设备购置费用，而且也可减少相应的设备维护和能源供给费用。与国外同类、同级别产品相比，具有性价比高、售后服务完善等优势。配套方案对采矿运输设备的选用具有一定的参考价值。

[1] 古德生，李夕兵.有色金属深井采矿研究现状与科学前沿[J].矿业研究与开发，2003，S1：1-5.

[2] 战凯.地下金属矿山无轨采矿装备发展趋势[J].采矿技术.2006，6(3)：34-38.

[3] 张木毅.凡口铅锌矿采矿技术的创新与发展[J].采矿技术，2010，10(3)：6-9.

[4] 秦茂林，盛建龙，曹冬.地下矿铲运机选型优化建模简述[J].有色金属(矿山部分).2009，61(3)：63-65.

[5] 于光增，耿秀红，逯永田.选择合适斗容提高铲运机效率[J].矿山机械，2001，(9)：84-85.

西乌旗推进兴安铜锌冶炼二期及昊融镍冶炼项目竣工

2015年，西乌旗扎实推进“煤—电—粉煤灰(建材)”和“煤—电—冶炼”两个产业链建设，提高资源综合开发利用和产品深加工水平，今年全力推进80万t高精铝板带项目一期40万t及配套机组、吉林昊融自备电厂项目前期工作。完成内蒙古兴安铜锌冶炼10万吨锌冶炼(二期)项目及机组、吉林昊融10万t镍冶炼(一期)项目竣工生产。探索分步式发电模式,完成浙江日兆一期2万千瓦光伏发电项目电站建设、中电(天津)新能源5万千瓦光热发电项目前期工作、华扬一期4.95万千瓦风电和大唐华银欣正二期4.95万千瓦风电项目建设，形成“项目促发展，发展促产业”的项目投入建设格局。

Combination Study on Underground Trackless Equipments for Efficient Mining

CHENG Xue-dong， ZHANG Yong-bin， FENG Mao-lin， SHANG Tie-jun， YUAN Kun

Load and transportation is a key link in the process of high efficiency mining of underground mines. The paper researches reasonable matching of the LHD and dump truck, analyzes the production capacity of variety models LHD and the production capacity of variety models dump truck when used with LHD. The corresponding matching scheme is given for mining capacity requirements and operating conditions. This work has a certain reference value for selection of mining equipments.

underground mining； LHD； dump truck； production capacity

2015-03-09

成学东(1975-)，男，内蒙古呼和浩特人，机械工程师，大学本科，主要从事机械设备管理、备品备件计划及采购工作。

TD525

B

1003-8884(2015)03-0041-04