电铲尾线电缆收放车性能与效益分析

王治国，田 园，李在友，邢栓龙，靳海军，韩新平

（1.神华北电胜利能源有限公司，内蒙古 锡林浩特 026000；2.辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁 阜新 123000；3.辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心，辽宁 阜新 123000）

电铲是露天矿山采掘作业的主采设备之一[1]，在大型土木工程施工中，电铲也是常用设备。在露天矿山生产和土木施工工程中，电铲在作业和转场中尾线电缆的收放和移动，过程中，所使用的3 种常规方法都存在一定隐患：①后置卷缆装置：离地面低，行走和作业过程中极易发生刮碰从而造成动力破损、发生漏电等意外事故；②后置爬犁：电缆需由电铲齿尖挑起，人工辅助将之盘放在爬犁上，存在人员触电风险，效率低；③直接拖拽：电缆需由电铲齿尖挑起，人工辅助将电缆绕成“8”形或“L”形，拖拽时易出现电缆兜石刮伤破损而造成漏电，人工劳动强度大、作业人员多（一般需3 人同时作业），动用设备多，效率低，电缆寿命短。其中，以后2 种方式最为常见，均为电缆落地、地面拖拽电缆移动方式。

为有效解决上述问题，神华北电胜利能源有限公司与合作单位创新研发了首台套电铲尾线电缆收放车（以下简称电缆收放车），并且达到了减员、节能、增效和安全的经济与社会效益。该产品是露天矿山和大型土木工程施工采用包括电铲在内的以电力作为动力源的大型移动设备作业的配套辅助设备。

1 电铲作业平盘与生产条件

电铲作业平盘与生产基本条件见表1。

10 台电铲中，有6 台用于岩层剥离作业，3 台用于产煤作业，1 台大修。电铲作业条件良好。

表1 电铲作业平盘与生产基本条件

2 电缆收放车

电缆收放车适用于露天矿山配合电铲收放电缆作业，也可为其他大型设备提供移动高压供电使用。该设备集成现代设计理念，具有先进性、安全性、可靠性、实用性和简洁性，完全替代了前述电铲常用的3 种简陋落后电缆收放与移动方式。该设备完全依照国家和行业标准进行研发、设计和制造[2-7]。

电缆收放车包括：行走、平台、机房、安全围栏、收放线装置、电控系统、距离检测防拽器和、动力系统等主要部件组成。电铲尾线电缆收放车构成如图1。

图1 电铲尾线电缆收放车主视图

电缆收放车主要组件有如下4 部分：

1）履带式行走。针对露天煤矿软岩发育、且时常受水浸泡变得泥泞而设计。如果在其他硬岩发育作业场所，可采用胶轮式行走。

2）放收线装置。主要由卷筒机构和摆线导向装置组成。电缆缠卷于卷筒上，进行电缆的放开伸长与卷收缩短；摆线导向装置主要在卷收时使电缆能够依层顺次紧密地缠卷于卷筒上，不致相邻电缆段绞卷在一起而发生卡滞现象。放线总成如图2。

图2 放线总成

3）距离检测防拽器。主要用于保证电铲尾线电缆收放车和电铲之间的电缆不被拉扯。当电铲行走时，而电缆收放车未及时跟随，导致电铲和电缆收放车之间的距离超出预定距离，发生电缆拉扯、甚至扯断。此种情况下，距离检测防拽器的缓冲弹簧被压缩，缓冲器尾板触碰到行程开关，机房顶部的旋转式报警器报警，提示操作人员停止电铲行走或及时操作电缆收放车跟随行走，从而避免电缆拉扯现象发生，进而避免发生相应的事故。

4）电控系统。由电滑环、高压分线箱、高压开关柜、变压器柜、低压电控柜、遥控器、防爆电铃、防爆急停按钮、防爆组合声光报警器、防爆旋转式声光报警器、空调、各电机、各传感器等组成。行走及卷放缆有无线遥控与平台手柄2 种操作方式。

3 电缆收放车作业准备和作业流程

1）电缆收放车作业前的作业准备有：①电缆收放车行走至作业平盘，停置于作业电铲后方约100 m处预定位置；②电缆收放车电缆接口与电铲接通高压供电电源；③作业前调试、查看电缆收放车是否处于正常状态；④电铲开始作业。

2）作业流程。①电铲基本呈定点状态在平盘1个作业面（点）作业3 h、以约0°～180°转动挖掘装载，此时，电缆收放车原地不动；②完成1 个作业面点的挖掘装载，电铲移动行驶至与之相邻的作业面（点），依作业情况，电缆收放车可跟随收放或不做收放动作，亦置于其后；③电铲与电缆收放车重复步骤①的作业流程，直至完成本作业面（点）的作业；④电铲与电缆收放车重复步骤②的作业程序，直至完成本平盘的作业；⑤电铲转场，电缆收放车收卷电缆、跟随电铲行走，到达新的作业平盘；⑥电铲与电缆收放车重复上述作业流程，直至完成新平盘的作业。

4 收放电缆与移动转场操作

电铲尾线电缆收放和电缆收放车行走，有无线遥控和平台有线手柄2 种操作方式，系统默认为遥控操作方式。长按3 s 电缆收放车上操作手柄的启动按钮，可转换操作方式。

4.1 收放电缆

1）电缆收放车通电后，首先启动电铲车上2 号遥控器，由“OFF”拨至“ON”档，之后拨至“START”档1 s，当见黄灯闪烁，松开即可。之后启动车下手持1号遥控器（启动方式与2 号遥控器相同）此时绿灯（车顶指示灯）闪烁，响铃5 s，示意卷缆车可以作业。

2）当所收放电缆较长时，可1 s 内双击2 次收缆按钮或放缆按钮，此时电缆收放为锁定状态，一直执行收或放电缆动作，再次按压后可解除。如电缆收放距离较短，使用点动收放，长按收缆按钮或放缆按钮，收放电缆动作为点动，松开即停止。

4.2 移动转场

1）前进→左转弯→右转弯→前进。向前行走时，先将电缆放下，此时只需按下前进按钮1 次后，电缆收放车以定速向前行进。按下左转弯键，指令电缆收放车向左转。完成左转后，松开左转弯键电缆收放车向前行进。若需回到原行走路线，则需按下右转弯键，电缆收放车向右转，当回到原行走路线后，松开右转弯键，电缆收放车回到原行驶路线继续行驶。

2）前进→右转弯→左转弯→前进。操作方式与上基本类似，只需左右转弯键先后顺序调整，即先右后左即可。当电缆收放车行驶到目的地之后，只需再次按压1 次前进按键，即停止前进，此时应立即停止放缆动作。

3）后退→左转弯→右转弯→后退。向后收缆时，需要先将电缆收起，此时只需按下后退按钮1 次后，双电机反转启动，电缆收放车以定速向后行驶。因电缆此时正在电缆收放车后方，切不可碾压电缆，因电缆带电，如碾压会造成高压电短路，接地事故。

4）后退→右转弯→左转弯→后退。在后退模式下，电缆收放车右后转弯和返回原行走路线（左转），操作方式。右后转向完成后，只需松开右转弯键即可后退行驶。当后退到目的地后，只需再次按压一次后退按键后，电缆收放车后退行驶动作即停止，此时应立即停止收揽动作。

5 性能与效益

经生产实验，完全实现了电缆收放车的各项设计参数指标、并符合生产要求和技术规范。在设计参数指标和产品性能得到现场生产实际验证的同时，也获得了理想的效益。

5.1 性 能

1）使用环境条件与工作性能。①海拔高度不大于2 000 m；②环境温度为-40～40 ℃；③坡度不大于14°（露天煤矿规定不大于8°）；④露天矿作业地表面凹凸不平、多尘或泥泞的非等级道路；⑤风力低于7 级；⑥行走速度1 km/h，转向与后退自如；⑦电缆收放顺畅，无卡滞现象，收卷电缆在滚筒上层序（纵向）和顺序（横向）规整。

2）安全保护。①启动报警装置和前后照明灯；②电铲车上留有紧急停车遥控器；③电缆收放车与电铲极限距离报警和电缆防拽保护装置；④行走制动保护装置；⑤紧急停车装置。

5.2 效 益

5.2.1 经济效益

1）提高生产效率和增值降耗。按原方式，WK-35电铲每班跟进电缆至少需15 min，每天3 个班则需45 min 时间来移动尾线电缆。采用该装置后不需额外时间来移动尾线电缆，电铲实现连续工作。WK-35 电铲平均生产能力为1 700 m3/h，每年除去雨季和冬季停机时间，有效工作时间为10 个月。投入该装置后，每台电铲每年可增加382 500 m3剥离量[8]。

2）减少作业人员。电铲车作业需配置2 人，即1名正司机和1 名副司机。按原方式，每班日3 次移动电缆时，需额外再增加1 人辅助作业，才可完成电缆的移动。而采用电缆收放车则由副司机1 人即可完成，其可在电铲车上或车下任一合适位置控制电缆收放车进行电缆收放和移动。减少作业人员的同时，降低了人工成本。

3）提高电缆使用寿命和降低损耗。具不完全统计，一般露天煤矿每年因移动电铲尾线电缆造成的电缆损失平均约为4 万元，投用该装置后，基本杜绝了尾线电缆的损伤。

5.2.2 安全效益

1）有效地保证生产作业安全。彻底摈弃了存在安全隐患的“三接触式”电缆移动作业方式，即电铲齿尖与带电电缆接触、作业人员与带电电缆接触和移动拖拽地面与带电电缆接触。消除了电铲齿尖和拖拽对电缆的损伤漏电所造成的触电伤亡事故，保障了电缆移动作业的安全。

2）最大限度地降低工人劳动强度。无需人工助力移动电缆，减少作业人数，保障人员安全，同时也降低了工人劳动强度。

5.2.3 社会效益

1）为其他矿山的安全、高效生产提供先进经验。该装置为全国首台套履带式尾线电缆卷放装置，经过现场使用证明，可有效杜绝电铲在作业过程中使用铲斗悬挂绳索拖拽电缆现象，延长电缆使用寿命，保证人员安全，同时能避免使用“爬犁”造成的磕碰等情况，提高电铲工作效率。

2）具有多型号广适性用途。此电缆收放车是针对露天煤矿研制的电铲辅助作业设备，采取履带式行走方式。该型电缆收放车完全可以衍生出多种型号，以适应大型土木工程施工、采用高压电作为动力源的大型移动设备，以及采用胶轮式行走方式。该类型产品系列化开发，形成产业链。

6 结语

1）履带式行走可适应露天煤矿地面的非平整和泥泞状况，最大行走速度1 km/h，收放电缆长度300 m。

2）设备行走和电缆收放为无线遥控与手柄2 种操作方式，遥控器控制范围100 m，可保证电铲正常安全作业。因全程机械作业，避免了触电风险，降低了作业人数与劳动强度，电缆收放和移动操作人员由原来的3 人减少到1 人。无需电铲齿尖挑动和地面拖拽，尾线电缆使用寿命提高1 倍以上。完全与电铲作业同步进行电缆的收放和移动，电铲效率提高14.28%。

3）全方位行走流畅，电缆收放层次规整。电铲与电缆收放车之间的距离检测防拽器，可保证电缆不被拉扯和拉断，具有安全性和作业顺畅性。

4）设有行走电机超温报警（＞135 ℃）、收放电缆卡滞报警，保证设备安全可靠。

5）在超低温环境及坡度不大于14°的露天矿工作面均可使用。

6）单独的行走系统。若电缆收放车高、低压或卷缆出现故障，可立即将电缆收放车短接，利用外接380 kV 电源驱动该装置行走到不影响电铲工作的地方进行维修，保证正常生产。