伊敏露天矿挖掘机在特殊环境下的作业方式

2023-01-03刘金强张中一李智明宋伟豪

露天采矿技术 2022年5期

刘金强，张中一，李智明，宋伟豪

（华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天矿，内蒙古呼伦贝尔 021134）

挖掘机在采装作业过程中，可遇见不同的气候、岩质和工作环境，对不同的工作面条件，采取更加合理的挖掘方法，是保证挖掘机安全生产高效运行的重要一环。然而，挖掘机的作业环境、物料性质也是复杂多样的，甚至存在特别复杂的特殊环境。为保证露天矿采区的正常推进，生产的正常接续，挖掘机在特殊环境下的作业是不可避免的[1-2]。

1 伊敏露天矿水文概况

伊敏露天矿位于内蒙古呼伦贝尔市鄂温克族自治旗伊敏河镇境内，东经119°39′02″～119°45′52″，北距海拉尔区78 km。矿区所在地属中温带大陆性季风气候，寒冷期漫长，夏季温凉短促，春秋气温变化急促，无霜期短，每年、日温差较大，光照充足。年平均气温－1.9 ℃，极端最高气温36.8 ℃，极端最低气温－48.5 ℃；年均降水量323.9 mm；无霜期为119 d；冻冰期为9 月下旬到翌年4 月下旬，平均结冰日数223.4 d，当平均气温下降到0 ℃以下时，暴露的岩层开始冻结，随着气温的降低冻结深度也加深，平均结冰深度为3.235 m[3]。

2 挖掘机的特殊环境作业方式

2.1 低温作业

根据地质变化，台阶间的物料情况差别较大，物料硬度、含水性、密度将直接影响挖掘机采掘效率。伊敏露天矿的低温存在季节性冻层，造成泥岩、红泥、水沙层等物料冻结成块，需进行爆破后方可进行采掘，而地表上部台阶沙土工作面渗水少的情况下可正常挖掘作业。根据工作帮冻深情况布置钻孔爆破，避免工作面拉底挖掘机采掘困难；工作面形成冻顶时，根据冻层深度选择合理的钻孔参数，保证爆破效果，避免发生挖掘机挖掘受阻、斗杆断裂、边减打齿、提升推压齿轮的损坏、提升钢丝绳使用寿命缩短等不利于安全生产的情况。

1）台阶冻顶和大块。由于气温低，台阶形成冻顶、冻帮，采掘时铲斗不能一次将上部冻层挑落，因此挖掘机采掘后出现伞檐或大块，在挖掘过程中台阶上部边缘大块易滚落下来，磕碰挖掘机，造成设备损坏，所以挖掘机司机在作业过程中要积极采取必要的安全措施。应将挖掘机停在工作区域中心线的位置上，履带中心线垂直于工作面，利用斗齿控制伞檐、冻顶或大块；采用选点挖掘的方式，先挖掘下部区域，然后用勺斗引导上部大块平稳防落至地面。如挖掘机作业过程中，斗齿碰不到上部冻顶、大块的情况下，必须采取安全措施，挖掘机司机要时刻监视工作面的变化情况，如有下滑或有片帮现象时，立即停止装车并给待装车辆驶出信号，防止大块损坏运输车辆，然后用铲斗缓迎下滑大块，不可冲击。如遇有特别危险时，在时间允许情况下，使挖掘机离开大块的下落范围，履带则始终垂直工作面。挖掘机遇有大块时，先采用单侧装车，驾驶室朝外侧装车或履带板前用物料垫起，使挖掘机抬头作业来增加采挖高度，先用铲斗将工作面上部伞檐、冻顶、大块挑下，确保设备和人身安全。

2）特硬岩拉底。如遇花岗岩、红泥、大粒岩、永冻层或爆破质量差的特殊工作面。将直接影响挖掘机的作业效率，增加材料消耗，同时，易造成挖掘机各部零件的破损、疲劳和断裂，增加挖掘机的故障率，缩短了设备的使用寿命。在挖掘机遇到硬、特硬岩、拉底情况时，应当控制挖掘机挖掘角度、切削深度和升降功率等。铲斗插入工作面的切削深度要均匀，保证挖掘机接近工作面，充分发挥提升力和推压力的效能。如果出现拉底，台阶的坡底处很硬，尽量靠近台阶，发挥最大的推压力作用，并改进斗齿插入方式；但在挖掘时应避免推压力过大动臂支起损坏设备，保证挖掘机的作业安全[4]。

2.2 积水工作面

1）端帮渗水及降雨后积水工作面。工作面底盘不稳定时易造成陷车、陷铲，严重影响挖掘机的采装效率和正常生产秩序。采用反铲在出水工作面上部掘沟的方式，将水线截断，使水尽量少流入挖掘机工作面；工程机械采用堆坝的方法，将水围堵在工作面根部；通过埋设涵管方法，将水引到下一台阶或再下一台阶的煤工作面进行扩散。通过调节采掘带宽度，采取“窄幅采掘，快速推进”的方式，使挖掘机快速采过，避免长时间停留陷铲，提高挖掘机效率。

2）底板涌水工作面。为了保证底板煤的快速回收，释放内排土场空间，底板水位直接影响挖掘机的作业效率，水位过高将造成底盘不稳，发生陷车、陷铲，不利于安全生产。在煤层底板采用反铲掘出间距50 m 的“网格”式水沟，通过明沟的方式将底板水集中涌入疏干井内，明沟疏水较煤层渗流更快。挖掘机可根据底板倾向布置，由高向低采掘，确保水位始终处于低处、挖掘机始终在高处，保证了挖掘机底盘、运输道路的稳定，确保挖掘机的作业效率。

3）含水工作面。挖掘机作业时要时刻注意底盘松软、积水情况，当遇有底盘松软、平盘积水时，应该轻挖、薄采，减少铲斗在挖掘时履带对地面的压力。挖掘机作业时，两侧履带中间应稍低于两侧履带的站立位置水平，防止掌子滚块、片帮，减少或避免退铲；挖掘机前方存水时，利用物料将前方积水围堵至根部，采用2∶1 的干湿物料比，将其混合装运走；如需前行走铲时，应先用铲斗的底部将履带前进方向平整夯实，在用铲斗按压地表时切忌支起大臂。确认地表平整后，一次性调整到位，不要扭铲，减少对地表的摩擦[5-6]。

2.3 淤泥工作面

伊敏露天矿在2001 年开采境界内的伊和诺尔湖，湖底有0～20 m 厚的淤泥层，淤泥的流塑性较强，给矿山开采带来诸多困难，易出现滑坡事故、陷车、陷铲事故。针对淤泥水文地质条件和淤泥滑坡特性，选择合理的开采作业方式是非常重要的。

1）工作面布置。结合生产现场实际情况，淤泥区成锅底状，中间深四周潜，采用先采掘外围潜泥区，随着滑落，外围采掘完后，中心深区淤泥的厚度自然降低，再进行采掘。根据淤泥区的台阶高度情况，挖掘机作业采用尽头式工作面布置方式，“直采直退”的锯齿形推进方案。挖掘机作业时履带要垂直于工作帮，保证随时撤离工作面和避免一侧履带陷入淤泥中，减少陷铲的发生。由于挖掘机装车回转角度由90°增加到180°，增加回转时间，挖掘机在淤泥采装效率仅达到正常作业时的60%。

2）站立水平和段高的选择。挖掘机在采掘过程中，淤泥处于不断滑落状态，总是存在1 个自由面，在淤泥深度达到20 m 左右时，挖掘机正前方的淤泥台阶高度总是不超过10 m。为保证挖掘机和卡车的安全作业，必须在硬岩上布置工作平盘，将挖掘机底盘和运输平盘建立在硬岩上，外侧平盘标高随淤泥的降深而不断降深，结合底盘情况挖掘机每次降深1.0～2.0 m，幅度不应过大，降深平盘宽度应大于50 m，保证挖掘机作业安全。

3）推进方式。挖掘机采用反复推进的作业方式，淤泥大面积滑落后，挖掘机不断向前推进，当淤泥台阶达到一定高度且坡面较陡后，形成新的1 次滑坡，挖掘机退回后再重新推进，如此反复推进[7]。

由于明清两朝时代接近，《四库全书总目》(以下简称《四库》)著录明代别集的数量最多，“远远超过了之前各个朝代文献数量的总和”[1]，正印证了别集小序所说的“有明以后，篇章弥富”[2]12。虽然《四库》是一部官家的目录学代表作，却也涉及到文学批评的范畴；不过鉴于其官学及政治背景，提要中反映出的文学评价仍有许多问题值得探讨，而以晚明文学最为突出。

2.4 复合煤层工作面

遇有夹矸层数多、厚度大1 复杂性强的煤层时，采用大型设备开采将会混入大量矸石，造成煤炭资源的贫化与损失，为提高煤矿的经济效益，增加开采分层，适度降低生产效率的方式进行选采。

1）煤（或夹矸）层厚度达到2 m 以上，倾角在挖掘机设备参数范围内，由挖掘机配合卡车进行选采。

2）煤（或夹矸）层厚度达到2 m 以上，部分倾角在挖掘机作业范围之内、部分倾角在反铲作业范围之内，按地质变化情况由推土机配合挖掘机选采。

3）煤（或夹矸）层厚度2 m 以下，利用推土机马力大、破碎能力强的特点，对硬度不大的、厚度较薄的煤层（或夹矸层）进行攒堆；对硬度相对较大的薄煤层（或夹矸层）可使用松土犁进行松动，松动后的物料，采用推土机“分层扒皮”、集中攒堆的方式配合挖掘机选采。

3 挖掘机特殊环境下作业的安全技术措施

1）低温作业安全技术措施。进入低温后，剥离工作面逐渐形成冻顶，为保证挖掘机作业安全，严禁挖掘机超高作业。挖掘机在采掘时，要及时处理因冻顶形成的伞檐，防止因伞檐过大滑落砸铲。当冻顶较厚影响挖掘机正常采掘作业时，应采用犁松或爆破的方式配合处理，确保挖掘机作业安全。处理工作面冻顶时，首先调整采掘位置和距离，采用选点挖掘或阶梯挖掘的方法用勺杆把冻顶大块挖掘下来进行处理，再选用选点挖掘或交叉挖掘的方法进行装车作业。发现上部浮块出现晃动时，应立即停止作业，退出工作面。

2）积水工作面安全技术措施。可能造成挖掘机下沉或掘沟遇水有可能被淹时，应及时将挖掘机开到安全地带。挖掘机的作业角度不易过大。雨季在底部挖沟时，要根据天气的变化及时调整。在满载铲斗回转状态时，要平稳加减速和停止，不要过急顶电。加强对挖掘机采掘过后的生产区域或装车位置，回填泥岩夯实，装车位前低后高，防止卡车因装车位泥泞无法驶出。

3）淤泥工作面安全技术措施。挖掘机采用尽头式的作业方式，单向反复推进，保障挖掘机的作业安全。挖掘机选取砂岩层、泥岩层或煤层顶板等稳定的地面，防止陷铲。当遇片帮严重的工作面时，加强观察，及时把挖掘机及其他设备撤离危险区域。加强观察、瞭望，调整采掘作业方式和位置，以确保人员和设备安全。对于不易流动的淤泥开采区域，挖掘机作业时，操纵挖掘机的勺斗控制切削角度，使挖掘机的地盘逐渐抬起，避免底盘下陷，以便下次挖掘机对位时底盘超高或不变采掘作业，控制采掘高度（在8～10 m 之间），对地盘及时回填泥岩或沙子，保证挖掘机底盘平整。采淤泥工作面时，挖掘时要选择好切削厚度，尽量薄挖，必要时可以从下至上不挖满勺为宜，保证连续作业即可，防止因底盘软而下沉。工作帮不准留有伞檐和活动大块，将工作帮和端工作帮滑落下来的淤泥和大块，采用依次排勺挖掘或选点挖掘的操作方法，及时操纵挖掘机进行清淤装车作业，以防止大面积淤泥存积影响正常生产。