电铲采掘操作标准研究与应用

张 楠， 何铁牛， 王晋岩

(太原钢铁(集团)有限公司矿业分公司 峨口铁矿， 山西 代县 034207)

0 前言

峨口铁矿是太钢集团主要铁矿粉原料基地，采矿厂分为南西、南东、北西、北东四个采场，相距7～10 km，电铲是采矿主要设备，它属于矿用机械正铲式单斗挖掘机，主要用来采掘剥离经过爆破后的岩石和矿石，也被广泛用于大型水利建筑工程中土石方的挖掘工作。峨口铁矿用10台型号为WK- 4B的电铲，担负900万t/a铁矿石，3 000万t/a废石采掘铲装任务，因此电铲是废石及铁矿石采掘主要设备，而电铲管理的关键任务是如何降低司机现场采掘操作故障，杜绝野蛮和过载操作，充分发挥电铲采掘铲装效率和作业率，而电铲司机现场采掘操作故障占电铲总故障48.5%左右，总成本37.8%左右是由操作使用消耗的成本，通过对电铲现场操作标准化研究可以提高电铲关键部件的使用寿命，降低电铲的运行故障和采掘成本，现在电铲使用效率(采掘铲装量)为218万t/a，作业率62.86%，在国内矿山行业属于较高水平。

1 峨口铁矿电铲简介

峨口铁矿电铲型号为WK- 4B，铲斗容量为5 m3，铲斗最大提升力450 kN，提升速度0.885 m/s，最大推压力225 kN，推压速度 0.53 m/s，最大爬坡角度12°，行走速度0.43 km/h，履带最大牵引力785 kN，回转角度90°，卸载的工作循环时间25 s，理论生产率(β=90°时)720 m3/h，使用三相交流电源电压3 000/6 000 V，主交流电动机功率250 kW，机器自重208.5 t。

WK- 4B电铲是多电机独立驱动的单斗正铲式机械挖掘机，采用单梁挺杆式起重臂，双斗杆齿条推压机构和少支点的履带行走机构。由工作装置、上部机构、回转支承和行走机构等部分组成。靠电气控制系统和气压操纵系统完成整机的各种运动并实现采掘及装载作业。其中推压、提升、回转和行走机构的传动部分均采用渐开线圆柱齿轮、圆锥齿轮和齿条传动。除了推压机构的第一级传动齿轮付和推压小齿轮、齿条；提升卷筒齿轮付、回转机构的末级传动齿轮付以及底架梁内的行走机构齿轮付均为开式齿轮传动外，其余各传动齿轮均置于密闭减速箱体内。

电铲主要的传动齿轮和轴类采用高强度的铬锰硅钼合金铸钢和铬锰硅钼合金锻钢，在部分零件中还使用了镍合金。减速机的箱体、箱盖、支架等零件均采用高强度炭素铸钢、球墨铸铁或焊接结构。所有焊接结构件中的主要零件均采用焊接性能良好的16Mn或A633D等低合金高强度钢板制造。环形轨道、行走伞齿轮、推压大齿轮、提升卷筒大齿轮等都采用了中频淬火的热处理工艺，以便得到较深的淬硬层来提高使用寿命。斗齿、斗前壁、斗底弯梁、斗提梁、履带板等易磨损的零件均采用经过水韧处理的高锰钢铸件，各种配件均立足于国内生产。

2 电铲采掘操作标准应用与研究

2.1 电铲采掘现场启动操作标准

(1)采掘前电铲启动标准：启动前准备，司机按点检表项目点检确认无误后,在《电铲司机岗位一表化》规范填写点检记录，更换、包扎、倒电缆时必须作相序试验方可启动。

(2)合上高压隔离开关电源，使副变压器得电；合上各控制柜的自动空气开关电源，接通各控制回路；合总励磁开关电源，将SA1、SA2、SA3置于合闸位置，启动电铲顶棚通风机，空压机，集中润滑泵等辅助设备。

(3)按下SBS1、SBS2起动高压真空接触器电源开关，主变压器电源；观察左右操作台指示灯，提升、推压、回转/行走启动停止信号灯为红色(即停止状态)和报警灯是否闪烁;鸣笛后启动主电机，按下SBS3启动直流回路电源开关，数字电铲启动高压电源，直流电源及各励磁开关电源。

(4)启动提升系统电源开关，将1QC由左30°转向中间位置，启动1KM1提升主接触器电源，提升启动停止信号灯为绿色；再将1QC由中间位右转30°打开提升电磁阀电源，提升电动机即可在主令的控制下运行。

(5)启动推压系统电源开关，将2QC由左30°转向中间位置，启动2KM1推压主接触器电源，推压启动停止信号灯为绿色；再将2QC由中间位右转30°打开推压电磁阀电源，推压电动机即可在主令的控制下运行。

(6)启动回转/行走系统电源开关，将3QC由中间位置向右30°选择回转，启动回转直流接触器KMD1电源，1.5 s后回转/行走主接触器启动，回转/行走启动停止信号灯显示为绿色；再将3QC向右转30°打开回转电磁阀电源，回转电动机在主令的控制下运行；同样行走系统：将3QC由中间位置向左转30°选择行走，启动行走直流接触器KMD2和行走电机励磁接触器KMD3电源，1.5 s后回转/行走接触器3KMA1启动，1.5 s后将3QC再向左30°打开行走电磁阀电源，行走电动机在主令的控制下运行。现场操作时，严禁打反车。

(7)确认左右控制器手柄在零位、提升、推压、回转/行走各部开关在零位、并与电铲上下所有人联系呼喊应答、确认具备启铲条件，鸣笛提起铲斗试装。

(8)检查各电机无冒火现象。检查风路、油路无泄露。检查各部抱闸灵敏可靠。运转各部无异响。检查完毕，填写采掘前岗位点检记录。

2.2 电铲采掘现场操作标准

(1)采掘现场操作安全标准：按标准接班后观察爆堆顶部有无大块，作业掌子面是否坚硬平整，回转半径内有无障碍，天轮与高压线安全距离是否大于2 m，电铲与台阶边缘安全距离是否大于3 m，电铲后部摆放电缆至少要有10 m可退距离。(爆堆顶部有大块执行电铲防砸预案，地形松软执行电铲防陷预案)。

(2)电铲设备功能精度标准，按照当班点检项目完成设备点检内容，确认电铲正常。

(3)电铲司机按标准配戴防尘口罩，持证方可操作设备，徒工必须在师傅的监护下操作，严禁徒工单人上岗，铲装操作前把窗户关好。

(4)电铲司机鸣笛示意后启动电铲，铲斗离开地面后，铲杆水平伸出，打开斗底门、鸣笛作360°回转。电铲回转时，配重箱圆弧顶点与运矿车或工作面的距离大于1 m。电铲履带与掌子面接触面要平整，避免三条腿采掘，避免底部挖空。采掘时，方轴对着采掘面作业。同时应将拨叉离合器打到履带架一边(备注：在坡道上工作时不得采用此法)。

(5)先闭合斗底门，同时操作推压提升机构使铲杆垂直地面，推压回零位，操作提升机构使提梁与大绳成一条直线，准备切入爆堆采掘。

(6)采掘时先操作提升机构至铲斗牙尖底部与地面平行，再缓慢操作推压机构，斗齿尖以标准点为基准水平切入爆堆，推压提升配合以提升操作为主，推压根据矿石实际情况伴随跟进，直至铲斗挖满。

(7)待铲斗离开矿堆，开始操作推压，继续操作提升使大绳提梁与地面垂直为止。

(8)装大车时，铲杆水平伸出、铲斗悬停在车道中，为大车指明倒车位置。回转至车厢尾部，回转减速后铲斗从大车内侧上面至车厢中心，铲斗底门下降至车箱底高度0.5 m时，边推压、边拉开斗底门，将矿石卸在车厢中部。装车时，第一斗不装大块，不够回转半径不装车，不碰撞大车，不扒压大车箱帮，铲斗不逾越大车司机室。

(9)矿石爆堆粒度较大时，先扫清表面浮石，多方位反复试铲，寻找容易切入的部位，将矿石爆堆松动后，排齿采掘。采掘中不深啃硬挖，堵转不超3 s，不撞保险牙、不撞缓冲器、不撞掌子面、不支大架子、不横扫大块。将矿石大块堆放在不影响电铲、大车作业的另一侧。

(10)电矿采掘操作过程中，清空铲下大块矿石。

2.3 电铲现场最佳采掘宽度研究

根据电铲现场采掘计算公式(1)，推算出电铲采用端面和双侧铲装的情况下，电铲铲装效率最高，采掘带宽度Bd由以下公式计算：

Bd=Rmax×(1+sin(α-π/2))

(1)

式中Bd—采掘带宽度，m，计算确定；

Rmax—站立水平最大挖掘半径，m，计算确定为Rmax=14.3 m；

α—电铲双侧装车合理旋转角度，130～150°，可计算确定。

综上所述，电铲在双侧装车效率最高，根据公式(1)计算，最终确定电铲的最佳采掘带宽度为Bd=35 m。

2.4 电铲现场铲装操作标准最佳采掘宽度研究

(1)电铲装车，要求车厢三面不流矿，前面填平(车厢齐平)中间冒尖。

(2)按GPS操作标准进行自动计量操作，发现GPS故障汇报作业区值班干部，由值班干部协调处理或暂时使用手动计量单计量。

(3)严格执行矿部配矿制度，遵循先上部后下部的铲装顺序，严禁在悬浮物下采掘。

(4)矿岩交界处，电铲司机鸣号严格执行“一声矿、二声岩、三声车位不当”的信息指令。

(5)矿岩上下分层时，使用液压挖掘机将上部岩石清理后，再正常铲装下部矿石。

(6)矿岩混杂采区，铲装矿石时遇到岩石，先把岩石堆放一边，以减少矿石贫化；铲装岩石时遇到矿石，先把矿石堆放一边，以减少矿石损失。

(7)严禁铲装大块，冻皮下面的矿石。铲装中难以鉴别矿岩时，借助磁铁鉴别并汇报值班技术员鉴定。铲装遇采场爆破放炮时，按时避炮。

2.5 电铲采掘停机操作标准：

(1)电铲停止采掘时间(班前半小时内停止采掘作业即甲班7:30、乙班15:30、丙班23:30)

(2)将电铲退出掌子面10 m以外。如掌子面超12 m、爆堆顶有滚石危险及溜槽下采掘时，将电铲退出15 m以外的平坦位置。

(3)电铲铲斗插销底部与牙尖同时接触地面放在地下，斗底门关闭，提梁保持水平。

(4)控制器手柄放在零位，关闭各主令开关电源。

(5)关闭直流电源，关闭主电机电源(全数字电铲关闭高压电源)。

(6)关闭集中润滑、空压机和机棚通风机电源。

(7)依次关闭各空气开关电源:380、220、170 V电源及风机、直流、拉门、润滑开关等电源。

(8)将电铲设备运行情况和点检记录登记在《电铲司机原始记录工作日志》上，并将设备缺陷用手机反馈给设备点检员，落实材料、备件情况。

3 电铲异常情况操作标准

(1)发现电铲回转半径内有人和设备活动时，立即停止采掘操作,待人或设备撤离后方可操作。电铲采掘过程中如需人员上下电铲，须与司机联系，确认电铲关闭各部励磁后方可上下人员。

(2)矿堆有冻皮或大块严禁横扫操作，采取措施变换铲装方位避开石块滚道。严禁用铲斗接滚落的大块或冻皮，需将铲斗前壁靠近大块或冻皮，缓慢下放。工作面冻结层不准伸出1 m以上，当工作面冻结层悬浮有塌落危险时，严禁电铲继续在该部位采掘作业。

(3)电铲出现故障5 min内汇报调度协调处理。如电铲高压电源接地时，立即停止操作，拉下电铲的隔离开关与调度联系 并通知其他人员禁止靠近电铲，铲上人员禁止下铲，故障排除后方可采掘操作。

4 结语

电铲是采掘及铲装操作的核心设备，电铲司机每天对电铲进行标准操作，精心点检，定期维护，才能降低电铲故障和采掘成本，延长关键部件(如斗齿、齿轮、铲杆及钢丝绳等)使用寿命；如因电铲司机野蛮操作，过载使用，造成电铲斗齿或钢丝绳断裂，铲杆及齿轮开裂，按照采掘操作标准要严肃考核操作人员；如因电铲司机点检质量、点检缺失、点检不真实等原因造成电铲故障，按照点检管理制度考核电铲司机；通过对电铲采掘操作标准研究与应用，提高采掘效率，消除电铲操作故障，杜绝电铲过载及野蛮操作责任事故发生，减少维护费用、运行成本，延长电铲关键部件使用寿命。