矿山开采过程中提高电铲生产能力的研究

董子强

摘要：该文主要介绍了从分析电铲生产能力的形成过程入手，全面分析影响电铲生产，针对目前电铲效率低下与现有生產能力要求之间的矛盾，从数理统计的角度进行电铲在不同时间段内装运时间统计，分析影响其生产能力的各种因素，并提出提高电铲生产能力的途径，创新生产管理模式，改变调车方式，改善爆破质量，合理控制铲车装车角度等提高矿山开采过程中提高电铲生产能力的措施。

关键词：矿山开采；提高电铲生产能力；研究

1.前言

经过几十年的发展，我国露天煤矿开采的整体技术水平与国际先进水平已较为接近，特别是一些大型的露天煤矿，与开采工艺相适应、配套的各类成套机械装备也实现了从无到有、从落后到先进、从小到大、从引进到国产化的发展。电铲是露天矿主要采掘设备，电铲生产能力是露天矿重要的经济技术指标，是确定运输设备及其它主要设备的数量的基础。提高电铲效率对改善矿山经济效益具有重要意义。

2.电铲生产能力

2.1电铲的理论生产能力

电铲的理论生产能力是指理想条件下，每勺斗恰好装满，装御不间断，没有故障的生产能力，理论生产能力只是和机械自身技术条件、规格等有关。

式中：E——勺斗的容积，m3；N——每分钟的采装勺斗数；TL——电铲完成一勺采装的理论周期时间，s。

2.2技术生产能力QJ

电铲技术生产能力是指在具体矿山条件下，电铲进行不间断作业所能达到的生产能力。

式中：Tj——电铲完成一勺采装的技术周期时间，s；Kw——挖掘系数，也叫实方满斗系数；Kf——电铲辅助操作系数。

2.3电铲实际生产能力QW

也称工作生产能力，是指具体矿山在某实际工作时间内，在各种技术和组织因素影响下，电铲所能达到的生产能力，是矿山制定挖掘计划的基础。其中：电铲台班能力QW为：

式中：T——电铲班工作时间，h；η——班工作时间利用系数，御装车时间与班工作时间之比，η=η0η1；η0——空车供应率；η1——电铲时间利用率；

tz——电铲装车时间；tr——电铲内外障时间；tq——电铲欠车时间；

2.4电铲年生产能力为Qwn

式中：MW——电铲年实际出勤班数，班；m——电铲年日历工作班数，班；ηw——电铲年出勤率。则电铲年实际生产能力Qwn为：

，m3/（台年）

公式中，电铲的斗容E、班工作时间T、日历工作天数m，以及采装的技术周期Tj是常数，我们要提高电铲生产能力应从可变参数入手。容易看出，电铲生产能力和Kw、Kf、η1、ηw、tz成正比关系，同（tz+tr+tq）成反比关系。由于一些参数的变化涉及到管理、技术、人员、环境等多方面的因素。

3.电铲能力测定及分析

采矿设备的生产能力是露天矿的重要经济指标，在很大程度上影响了矿山的生产能力和经济效益。大型露天矿山设备主要包括电铲和矿用卡车等设备。经过长期的现场观察，数据采集导致电铲的生产能力主要包括装载时间、装载斗数、装载旋转角度、待车时间、工作时间和非工作时间，以及物料对铲斗的影响。上述数据的收集为分析和比较大型设备的生产能力提供了基础。

根据实际统计数据，得到了不同条件下挖掘设备的实际生产能力和运输设备生产能力。挖掘机台班生产能力：Qw=60ETηKm/Kst

式中：Qw：挖掘机台班生产能力，m3/台班；E：铲斗容积，m3；T：班工作时间，h；η：班工作时间利用系数；Km：满斗系数；Ks：松散系数；t：单斗装车时间。从式中及表1可以得出，影响电铲设备生产效率的主要因素有如下几个方面：

3.1采矿卡车型号对电铲生产效率的影响。

3.2爆破效果对电铲生产效率的影响。

3.3装载旋转角度的大小也影响单斗加载时间，影响电铲的工作效率。

3.4电铲工作面的高度和卡车运输平盘的高度。

3.5采矿设计参数间接影响电铲采掘效率。

4.提高电铲能力优化措施

电铲生产能力的高低，不仅与电铲本身的操作有关，而且受电铲作业条件的影响，因此，为提高电铲的生产能力，可从以下几个方面着手。

4.1创新生产管理模式

经过精心挑选的经验丰富，技术熟练的操作人员和生产管理人员队伍。在设备管理方面，需要常态化维护和点检，建立科学的管理体系，对电铲设备运行情况进行归档，并对动态数据输入计算进行分析和管理。在设备维护方面，重点加强对清晨班次的双头检查（清晨班次和现场检查时间表），计划检修，设备同步维护和突发性紧急维修，并主动设备维修。对于强化点检质量，缩短检修时间，确保中，晚班设备状态良好。在制定月度生产计划之前，机电管理部门应根据电铲的使用时间和设备状况，提前对设备进行维护计划。然后，根据相关设备的条件，合理安排设备维护。并将该计划发送给生产技术部。生产技术部编制月度生产计划时，将考虑总体规划，合理规划设备的计划维修时间。

4.2改变调车方式

目前采场采取三种装卸方式：环形分流，单折分流和双回分流。但是，当操作电铲时，由于电缆的影响，只能实现环形调整和单次返回调整。对于电铲的分流模式，可以考虑引入电缆桥架来实现双折叠和分流。在实现双折叠和分流模式之前，应该在这个阶段主要采用环型分流。与之前的折返式分流模式相比，卡车更换的时间大大缩短。从相关时间的统计可以看出，环模式下平均切换时间为24s，单面折叠模式下的平均切换时间为32s。在工作面宽度在40m以上的前提下，其他因素保持不变，每个车辆的环形分流模式比单面折叠模式节省8s。当工作面足够宽时，矿车采用环型分流代替现有的单面折叠模式分流，车辆更换时间节省8s/次。根据目前日均300辆的装车量，每车装车时间120s，节约的时间不能完全用于装车，利用系数为0.5，则实际用于装车时间为0.335小时（0.67×0.5），增加挖掘量（0.335×3600/120）×32=322m3/台天。

4.3改善爆破质量

4.3.1合理控制爆堆宽度

突發宽度对电铲效率影响很大。根据实测电铲效率和爆破宽度，二者具有倒U型曲线，即爆破宽度越大，铲的效率越高。当突发宽度超过一定值时，电铲效率开始下降。因此，有必要控制爆破面的宽度并提高爆破面前部电铲的装载效率。爆破时，可以减少前排的电荷量或使用隔垫电荷结构来实现。

4.3.2提高电铲装车效率

爆破作业是露天开采的重要组成部分。爆破质量直接影响挖掘机和其他设备的挖掘效率，并且最大限度地减少爆破后产生的根部和大块。大量的地基和大块不仅增加了装载电铲的周期时间和每辆车的装载数量，而且增加了设备故障和部件磨损并降低了设备利用率。采矿技术人员根据现场地质情况及时调整孔网爆破参数，并对不同爆破区域进行爆破试验。统计不同爆破效果，不同天气条件，不同时间段的两个35m3电铲，统计结果得出，爆破效果直接影响铲的正常挖掘和装载时间。据数理统计，一般情况下，电铲3-4铲斗装一车，而当爆破效果好的时候，每斗挖掘时间提升10秒，每天铲装车时间可以增加300×10/3600=0.83小时，增加挖掘量（0.83×3600/120）×32=797m3/台.天，当不考虑电铲故障等因素，每台卡车每班电铲生产能力提高265.7m3。

4.4加强工序质量协调与工序质量管理

特别注意穿孔工艺质量与爆破工艺质量之间的协调，降低了爆破大块率和潜在的作业现象，加强了对工作表面平整度的管理，提高了工作面和运输道路的合格率，从而改进了电铲的工作效率。

4.5要有合理的松散系统

一般来说，爆破面越松散，电铲的挖掘效果越好，而装满卡车所需铲斗数越少。但是，松散系数不应超过一定值，否则装车的效率会降低。由于影响电铲生产能力的因素很多，且它们之间的相互作用较为复杂，如增加挖掘系数涉及爆破质量，驱动器的技术水平以及工艺参数。为提高电铲的使用效率，有必要将矿山的实践经验与综合分析决定电铲生产能力的数学公式结合起来，掌握影响电铲发挥能力的关键因素角色。整体管理是提高电铲生产能力的有效途径。只有这样才能最大限度地发挥电铲的生产能力，增加矿山的经济效益。

4.6合理控制铲车装车角度

要求爆堆应相对集中，并配备相应能力的推土机，及时推进爆破面并及时清理采场工作面，以减少铲斗的辅助工作时间。据统计，每次装载角度增加45°时，单斗挖掘时间增加2s。应尽可能将加载角度控制在45°～90°之间，可以在一定程度上提高装载效率。每辆车可节省8s/次，节省时间8×300/3600=0.67小时，装车角度控制在45°-90°的前提条件是使用电缆桥实现双侧调车，考虑电缆桥的使用会增加卡车入换时间，增大电铲举铲待车时间，节约时间利用系数为0.3，则实际用于装车的时间为0.201小时（0.67×0.3），增加挖掘量（0.201×3600/120）×32=192m3/台天。

4.7提高各设备操作人员的操作技术

为保证满斗率，同时电铲，卡车，推土机等良好协调；改变交班方式，缩短轮班和班级的午餐时间，提高电铲的有效利用率；加强对电铲等设备的维护和保养。有效提高电铲工作的质量和矿用卡车的运输能力。工作表面的平整度直接影响电铲的效率。当岩体的爆破效果差时，会发生拉底等现象，导致电铲在爆破面上的直接力减小，铲斗的有效容积减小，严重影响铲斗的生产能力。

5.结束语

对电铲不同时段不同天气状态下电铲的装车时间、装车斗数、装车旋转角度、待车时间、工作时间等时间的统计，对其生产能力进行相应分析得出，矿用卡车调车方式，矿岩的爆破效果、电铲装车角度及运输路面质量等因素为影响电铲生产效率的主要因素。采取改变调车方式措施，将原有的单侧折返式或双侧折返式改变成环形调车，电铲的生产效率得到了明显改善，通过优化爆破参数设计，爆破块度及集中度得到明显改善，对原有采场运输道路宽度进行优化，道宽度原有设计40m扩展至50m，卡车周转时间明显缩短，对铲车装车角度进行合理优化，尽量要求将装车角度控制在45°-90°之间，可明显提高电铲的生产效率。

参考文献：

[1]彭德力，张卫兵.露天矿山卡车优化设计[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2016，28（4）：780-784.

[2]李坊文.浅谈提高大型电铲生产能力的途径[J].铜业工程，2016，3（10）：41-43.