现代化新技术在露天矿山的应用

吴子雍

（长春黄金设计院有限公司，吉林 长春 130000）

我国露天矿山在开采期间，以往多配合使用挖掘机和卡车，由于工艺单一，导致效率低下。新形势下，采用现代化新技术创新生产工艺，成为从业人员的关注要点。

1 露天矿山开采作业现状

（1）开采特点。露天矿山开采作业的特点如下：①资源友好，体现在回采率高，一般达到95%以上。②环境友好，开采后的土地可以复垦，实现生态环境保护的目标。③安全性高，相比于井下作业，露天开采环境更加安全，能保持常年作业零死亡率。④集中开采，由于生产规模大，采用集约化生产模式，能最大程度上降低生产成本。⑤机械化程度高，有利于开展现场管理工作。

（2）存在问题。我国露天矿山的赋存特点，是煤层多、煤层厚、覆盖层厚，开采作业中存在的问题主要有：①开采工艺单一，单纯依靠挖掘机采煤、卡车运煤，不仅开采效率低，而且成本较高，影响经济效益。②在环境保护方面有误区，不少矿山企业采用先破坏、后修复的理念，影响矿区可持续发展。③机械设备更新速度慢，日常维修养护不到位，甚至出现超期运行的情况，影响生产安全。

2 油电混合动力新技术的应用

结合当前的社会发展背景，为了响应国家提出的节能降耗号召，露天矿山开采作业应该推广使用现代化新技术。以机械设备为例，应该采用节能环保型设备，降低燃油成本；加大技术研发力度，使用国产设备取代进口设备，从而缩减养护成本；设备应向电气化、自动化发展，优先使用电能资源；还要降低设备排放量，减少对矿区环境的污染。以油电混合动力新技术为例，简要介绍如下：

（1）柴油机+电动机混合技术。该技术是使用内燃机、电动机，带动2套液压动力系统、1套执行系统。在油电转化上，不仅设计了互锁、互通、降压启动等功能，还设置了过载、过流、漏电保护等系统，同时采用电缆跟踪自动收放装置。该技术的应用优势如下：①和单独燃油相比，在作业效率相同的条件下，用电成本是用油成本的30%；②现场作业期间不仅噪声小，而且不会排放废气，可以保护矿区环境；③配置防爆电机和全封闭电器，具有良好的防火性能，提高开采安全性；④根据实际生产需求，可以配置计量器、作业计时器等元件，实现光、电、液的一体化。

（2）柴油机+电能混合技术。以电动轮卡车为例，当有电源供应时，此时采用辅助架线供电，柴油发动机怠速运行；当没有电源供应时，柴油发动机驱动运行。现场生产中，如果遇到下坡路段，车辆制动产生的电力，可以通过辅助架线传输至电网。该技术的应用优势如下：①大型机械上坡时，解决了柴油发动机动力不足的问题，可以提高运行速度；②减少了燃油消耗量，替代使用部分电能，可以减少废气排放量，从而保护生态环境；③对运输卡车的性能要求低，尤其是柴油发动机的功率可以适当减小。

（3）实际应用。第一，混合动力旋挖钻。在矿山爆破作业中，混合动力旋挖钻用于钻孔，采用柴油机+电动机混合技术，能适应我国大部分地区的土壤条件。结合实践，该设备一般配置液压履带式伸缩底盘、伸缩钻杆、可折叠钻桅，同时具备孔深显示系统，可对垂直度进行自动监测和调整，因此操作方便、人性化。第二，混合动力排土机。露天矿山开采作业中，混合动力排土机是成套设备的一个组成部分，采用柴油机+电能混合技术，和胶带输送机配合使用，可以对矿区内的物料进行堆放、排弃。相比于以往使用的机车，混合动力排土机的占地面积减少80%，自身重量减少54%，工作效率提高54%，投资成本降低50%。和汽车排土相比，占地面积、自身重量相近，但工作效率提高280%，投资成本降低31%。由此可见，该设备的使用，可以提高生产效率和经济效益。第三，混合动力拉斗铲。拉斗铲属于挖掘类机械，在铲斗、悬臂之间，使用钢丝绳进行连接，在露天矿区生产中用来采煤和装运。按照不同驱动方式，可以分为柴油驱动、纯电力驱动、柴油-电力混合驱动三种。混合动力拉斗铲的特点，是斗容量大，最大约为170m3；悬臂更长，最长约为160m；作业范围广，驱动总功率达到3.73万KW。第四，混合动力推土机。推土机可以独立完成挖土、运土、卸土等工作，不仅操作灵活，而且运行速度快，不需要占用较大工作面。在实际生产中，主要是对I-III类土进行浅挖、短运，从而平整场地、推筑路基等。在常规推土机的基础上，可以采用柴油机+电动机混合技术进行改造，也可以采用柴油机+电能混合技术进行改造，实现节能降耗的目标。

此外，还有混合动力电铲、混合动力矿卡、混合动力挖掘机、混合动力抓斗起重机等设备，此处不再一一介绍。从作业成本来看，混合动力设备的成本优势体现在三个方面：一是油电消耗成本低，混合动力设备的电耗成本，只有燃油成本的40%；二是维修保养成本低，传统设备会产生机油、冷却液、三滤更换等费用，而混合动力设备只需更换正常消耗的原件；三是使用场合广泛，露天矿山多位于高海拔地区，随着海拔升高，燃油发动机的效率会降低，导致油耗增加，但对混合动力设备的影响不大。

3 其他新技术在露天矿山开采中的应用

（1）可移式破碎钻。可移式破碎钻是由破碎机、运输机、汽车组成，露天矿山在开采过程中，随着开采深度增加，破碎机必须快速移动，确保汽车处于最佳运距以内。固定式破碎机不仅造价高，而且不能移动，拆装产生的费用大，难以满足生产需求。在此背景下，可移式破碎钻出现，在美国、加拿大、澳大利亚等国家的矿山中均得到普遍应用。在国内，鞍钢齐大山铁矿建成一套可移式破碎钻系统，主要用于陡坡铁路运输，不仅提高了铁路运输的坡度，而且增加了采深距离。

（2）大倾角运输机。在露天矿山中，大倾角运输机的使用具有诸多优势。在国外，美国研发出夹持式大倾角运输机，由2条胶带组成；英国将链板和胶带相组合，研发出大倾角运输机；瑞典则研发出袋式大倾角运输机，由2条胶带进行牵引。这些运输机的使用，其倾角均超过30°，能适应现场运输需求，减少汽车使用数量，并有效缩短运输距离，从而节约开采成本。在国内，马鞍山矿山和国外企业合作，研发具有中国特色的大倾角运输技术，并且建成了试验模型，模拟试验显示具有良好的效果，实现了运输作业的连续性、集中化。

4 结语

露天矿山是我国矿山的重要组成部分，露天开采具有诸多优势，但同时也存在一些问题。文中以油电混合动力新技术为主，介绍了柴油机+电动机混合技术、柴油机+电能混合技术的发展，以及可移式破碎钻、大倾角运输机在露天开采中的具体应用。希望为矿区生产提供经验借鉴，提高经济效益和生态效益，推动我国矿业可持续发展。