露天煤矿拉斗铲倒堆工艺应用浅析

2023-01-14刘洋

设备管理与维修 2022年14期

刘洋

（神华准格尔能源有限责任公司物资供应中心，内蒙古乌兰察布 012000）

0 引言

在很多欧美国家中，拉斗铲倒堆工艺是露天煤矿的不二之选。据数据统计，目前采用此项工艺所产出的产能约占全球总产量的40%以上。受经济、理念与技术等因素影响，拉斗铲倒堆工艺很难在我国本土进行大规模应用，也导致拉斗铲倒堆工艺在我国出现的时间较晚，直到2007 年一家企业才使用此项工艺。虽然近些年来国家和一些企业大力提倡使用拉斗铲倒堆工艺，但是很多人仍对此项技术抱有怀疑，认为陌生的技术并不能为中国露天采矿行业带来本质改变。由于上述种种原因，拉斗铲倒堆工艺很难被广泛推广。

目前国际采矿行业使用拉斗铲倒堆工艺已经刻不容缓，其效率和产能都远超传统工艺。本文汇集了现场技术人员近五年的研究和十余年的实践经验，探讨可行的解决方案，阐明未来道路，总结拉斗铲倒堆工艺在黑岱沟露天矿应用中出现的问题，为拉斗铲倒堆工艺在我国的研究提供参考。

1 国内拉斗铲倒堆工艺应用情况

拉斗铲倒堆工艺要求煤层几乎水平或略微倾斜，煤层结构简单不宜太多，煤层储量丰富，有足够的面积可以充分地建立工作线。我国已经充分开展了拉斗铲倒堆工艺应用要求的研究，结果显示在同等采矿条件下，拉斗铲倒堆工艺的经济效益远优于其他采矿法。

2007 年，神华准能黑岱沟矿首次采用拉斗铲倒堆工艺，6#煤层顶板上方35～55 m 厚的岩石用拉斗铲进行爆破和倾翻。黑岱沟露天矿是中国有史以来建成的效率最高、规模最大的现代化露天矿。黑岱沟露天矿分为两个矿区，相应的拉斗铲和一些原煤开采的设施设备主要由矿区的中心地带向两端进行推采，其中进行煤炭运输的通道位于堆场中心。在采煤区开采原煤时，上部上段进行预钻孔，原煤开采出来就可以进行相应的爆破工序。工作线每推进一次需要进行4 次抛爆，其中每一个区域进行2 次抛爆。当两个矿区都完成对于煤炭的卸料工作和具体对于原煤进行提取的工作后，相应的倒堆和采煤设施设备进行矿区的交换施工，拉斗铲绕过卸料点到达另一个矿区。

2 当前主要存在的问题

相比于国外，拉斗铲倒堆工艺在我国发展的时间仅为十多年，远比不上在国外的发展时间，而且拉斗铲在我国目前阶段很难被广泛使用。截至目前，我国本土仅有一家企业使用拉斗铲工艺，即黑岱沟露天煤矿。黑岱沟露天煤矿在发展过程中存在着许多问题，具体如下。

2.1 倒堆系统作业效率低下、成本偏高

据国外知名企业实践总结，在使用拉斗铲时一定要注意作业范围、地理环境、设备运行、作业时间等因素，一旦使用拉斗铲进行倒堆作业，有可能会因为微小原因而降低拉斗铲的运行效率，从而延误工期、降低产量、提升生产成本，这也是目前我国拉斗铲倒堆工艺面临的重要难题。根据统计数据显示，黑岱沟露天矿拉斗铲运行的成本是传统模式下的4/5，远高于国际水平。原因在于施工方案偏差，导致具体问题没有得到解决，因此拉斗铲运行效率过低。黑岱沟露天矿的地理结构是连续的而非旷阔的，因此拉斗铲作业时要高速推进，否则很难完成既定任务。这也从侧面拉低了拉斗铲作业的效率，加大了其运行成本。单台拉斗铲的能力是有限的，为了保证拉斗铲的前进速度，必须降低站立水平以减少爆破桩下层的横截面，反过来导致倒堆作业效率不断降低，成本大大增加。

2.2 拉斗铲生产能力严重偏低

据统计，拉斗铲的年生产能力近年来有所下降。根据计算，拉斗铲倒堆工艺总量约为1680 万立方米，仅为MIB 数据库高实践水平的59.34%。产量极低的主要原因有以下方面。

（1）拉斗铲实动率偏低。在海外拉斗铲应用较多的露天矿，实际动力率保持在0.83～0.93。但据黑岱沟露天矿统计，仅达到MIB 数据库平均水平的75%，而拉斗铲平均维修时间达到6.75 h/d（2464 h/a），即1.7～3 倍多于MIB 数据库的平均水平。

（2）倒堆作业时间有效利用率及小时效率偏低。拉斗铲在进行倒堆的作业过程中，其具体由相关的倒堆时间和整个系统程序的延时部分组成。而相应的拉斗铲倒堆作业时间的有效控制，能够极大提升现场开采的相关组织管理能力和开采效能。据黑岱沟统计，2014—2016 年，拉斗铲倒堆过程实际工时约4600 h，程序延迟时间约1400 h，挖掘机有效利用率仅为0.76。

根据上述数据来看，黑岱沟露天煤矿在效率方面确实存在着很多问题，其3 项关键指标均未达到国外水平，也因此最终导致年产能严重偏低。

3 工艺优化方向及重点问题分析

3.1 拉斗铲倒堆综合开采工艺设计案优化

（1）国内外应用条件对比分析。与国外拉斗铲的应用情况相比，采用拉斗铲倒堆工艺的1000 万吨露天矿，通常具有挖掘机多台、作业线长（4 km 以上只有1 条挖掘作业线）、多个矿区和多个采矿作业等特点。从国外的很多实践经验中总结出，拉斗铲是一种非常大、速度慢的机械设备，对作业条件要求很高，适合在固定位置连续作业，必须为其创造出合理的作业条件，才能最大限度发挥拉铲能力大和低成本等优势。而我国黑岱沟露天矿的特点是推进力大、采区单一、作业线窄，拉斗铲必须保证很高的行驶速度，不能在固定位置长时间连续工作，这对挖掘机的效率乃至整个采矿过程系统的效率和稳定性都极为不利。所以不能抄袭国外思想，要针对目前情况进行调整。

（2）拉斗铲短工作线作业方式研究。目前国内对黑岱沟露天矿拉斗铲倒堆工艺优化的研究，本质上都是基于旧有思路，并没有过多修改，没有真正认识到问题的本质，优化收益不显著。考虑到拉斗铲作业次数减少、输煤管道占比部分等因素，倒堆工作线长度越长越好。然而在黑岱沟目前的高推进条件下，单拉斗铲的产能严重不足。为保持全倒堆理念，倒堆各环节效率低、成本高，且牵引频繁、效率低下，最终导致拉斗铲的效益大打折扣。因此，有必要讨论分区倒堆的可行性。

（3）拉斗铲倒堆作业方式及倒堆程序优化设计。根据其相应的工作位置和工作台面的形状，拉斗铲的倒堆过程可分为“站在工作台面上和站在与倒堆相连的工作面上”两大类。黑岱沟露天矿目前的工作方式是拉斗铲搁置在工作台面上，这种作业的缺陷就是容易受到其直立工作位置的限制，导致整体工作空间不足，二次倒堆较高。在澳大利亚的实际案例中，由于爆破效果更好，几乎不需要加长挖掘机的站立台阶。同时，这种开采方式在排土场的一侧留有通道，拉斗铲可以在不离开通信通道的情况下调整矿区，大大简化了规划。拉斗铲在做短作业时，还需要对拉斗铲作业时间、爆破、成本等问题进行具体分析，以达到最优化的系统成本控制和开采目的。

3.2 设计、施工管理与设备维护检修的信息化

（1）设计与施工管理的信息化。我国对拉斗铲的施工研究多还停留在相应的剖面施工水平，相应的工艺也较为笼统；仍依靠传统手段对设备进行管理，既浪费了人力、财力、物力，又得不到实际成效，反而加长了工期，提高了成本。先进的信息方法，如毫米波雷达和基于激光雷达的地形数字测绘和建模，已被广泛应用在倒堆作业上，再搭配成熟的工艺设计优化软件，能够很好地满足拉斗铲倒堆过程的精准化控制。

（2）设备维护检修的信息化。近年来，大型设备的维护检修一直是首要问题。拉斗铲主要延续了前苏联的预防性维护策略，当设备使用到一定阶段，即使内部或总体上没有出现可查觉的损坏，或没有达到检修维护标准，但是为了预防未来会出现问题，仍对设备进行维护审查。这样做一方面可以做到无差错运行设备，后果便是维护成本高，并严重影响拉斗铲使用效率。过度维护也导致成本直线上升，效率依旧。据数据显示，我国在计划内的维修时间比海外国家足足多出5 倍，在计划内的审查时间也是较海外水平高得多，显示出我国在设备维护等方面相比海外有明显差距。其原因在于不能科学预测设备的检修时间，追根溯源是在大型设备维护检修的信息化程度上不如国外。在澳大利亚等海外国家已经形成成熟的维修论和检修理论等信息化体系，这是我国在使用拉斗铲技术时需要掌握的，也是企业在未来很长一段时间需要注重的问题。