电铲挖坑填石防陷操作原理及应用

卜维平

（马钢矿业资源集团南山矿业公司）

1 陷铲情况

4 m3电铲在我国露天矿山生产建设中被广泛应用，迄今已有半个多世纪的历程，具有灵活性强、挖掘性能好、能适应各种复杂地质环境的优点。但在新矿山的开拓、斜坡路施工以及扩帮作业中，经常会遇到地质松软、渗水湿地或烂泥区段，在这种复杂困难的环境中作业，常常由于司机对作业环境重视不够或操作不慎造成陷铲。生产单位为了尽快处理好陷铲，需要投入较大的人力、物力，并耽误施工工期，给生产造成很大的损失。

如何有效地防止陷铲，避免因陷铲造成人力、物力以及停产的损失，这需要把防止陷铲的措施做在陷铲之前，防患于未然。通过多次对陷铲的分析和观察，主要原因一般都是在渗水的湿地作业时，地面对电铲的支承力小于2.1 kg/cm2。长期以来，由于在防陷铲方法上没有一个规范，以至于司机在遇到易陷铲作业环境时，无法高效率处理。各司机根据个人习惯采取传统的双拱形路基防陷、铲斗压实路基防陷以及石块铺垫压实防陷等，防陷效果无法得到保证［1-5］。

基于这样的状况，必须要有一个规范性的防陷铲方法，让司机在易陷区域作业时能够顺利、有效地防止陷铲。通过多年的实践探讨，确立了挖坑填石防陷法。

2 挖坑填石防陷法操作程序

挖坑填石防陷法首先需要调度汽车运输大块碎石卸在电铲挖掘半径以内，然后操作电铲完成下列4步程序。

（1）用铲斗挖去两侧履带前的湿泥后，继续下挖一个深约1 m 的坑，宽度以铲斗为准，坚硬一侧可以减少挖坑深度。

（2）先后用铲斗挑出2 个大块（1.5 m 左右的方形大块最佳）分别填在坑内，与轨板中心线对齐、摆平、压实。

（3）大块上层铺垫1 层细碎石（厚度为10～20 cm），偏软的一侧应高出地面20～30 cm。

（4）最后在电铲两履带中间挖沟槽，深度为20～30 cm，铲斗放在沟槽内开动行走，轨板主动轮压在大块中心位置后，就可以正常进行挖货装车作业。

全部程序简单、操作方便，且处理后的工作面坚实可靠。挖坑填石防陷的4 个步骤可以总结为：挖坑、填石、铺垫、行走。电铲每次向前移动之前，必须完成以上4步骤操作。具体效果如图1所示。

3 挖坑填石防陷法的原理

电铲挖掘作业时要求地面支承能力需要达到电铲静态压力的2 倍以上（WK-4A 型电铲单位地面承受压力为2.4 kg/cm2，WK-4 电铲为2.11 kg/cm2）。当电铲开近渗水的湿地或烂泥区之后，用铲斗对地面挖掘和挤压，土壤受到挤压后下沉一定的深度，几乎没有支承能力。当挖去表层湿润土壤后（厚度为1 m左右），地面支撑力明显提高，到达具有支承力的基层。但是该层处于水位浸润线以下，受到荷载后依然会转化为易陷土质，所以，这要求填充物要有抗渗能力。岩石大块不仅体积、硬度较大，且能够克服渗水浸泡软化作用，垫在履带板下足以支承电铲190 t的质量和挖货产生的作用力，提高了土壤对挤压的阻力。地面支承电铲移动和挖掘取决于土壤对挤压的比阻力系数P0。

式中，P为电铲的比压力，kg/cm2；h为沉陷深度，cm。

对于WK-4 型电铲，当允许沉陷为10 cm 时，分别计算出电铲移动和挖掘时的阻力系数分别是0.211 和0.422。土壤对挤压的比阻力系数P0越大，地面对电铲支承能力越强，沉陷越少。当电铲履带的支承面被填充大块后，地面允许沉陷深度极大降低，地面支承能力会远远超出电铲挖掘时所需要的支承能力4.22 kg/cm2。因为大块的硬度一般在10左右时，单位压力也在10 kg/cm2左右，考虑大块受压时沉陷10～20 cm 于湿土中，此时仍可以满足支承力的要求。由此可见，垫了大块的支承面，完全可以满足电铲挖掘时所需要的支承能力。而在实际的湿地进行挖掘时，电铲所挖掘的对象大概率也是松的含水湿土，挖掘阻力达不到电铲自重，换算成质量为40～50 t，所以，挖坑填石防陷法是坚实可靠的防陷方法。

4 挖坑填石防陷法应用

挖坑填石防陷法主要适用于地质环境为渗水湿地、烂泥、松软土岩以及土壤P0≤0.2的区域，这样的地质环境一般在华东地区居多。南山矿业公司和尚桥采场和高村三期的开拓工作面就是这样的地质环境。

4.1 水平面作业防陷铲

（1）准备工作。电铲司机在电铲进入作业区之前，必须随生产管理部门一同前往察看地质水情，了解作业路线，确定防陷铲所用的石块取料之处，检查电源线路并整改行走线路的缺陷和隐患。

（2）开进、防陷工作。电铲在准备工作做好之后，在专人指挥下由电铲司机操作电铲开进作业区，边开边对正前进方向。行走时主动轮在前、方轴在后，以便迅速后退。当电铲开进易陷作业区之后，第一步工作就是挖坑填石防陷操作。

（3）装车作业。与不陷铲环境装车作业不同，易陷区域需要采用稳、慢、少的操作方法。稳是指操作提升、推压和回转的配合动作要稳，过程中不碰撞、不抖闪、不摇晃；慢是指铲斗挖货速度、回转速度要慢，降低电铲负荷运转时产生的下压力；少是指装车要少，因为汽车路基是用碎石铺垫，不够坚实。装车第一斗要挖比较干的泥土卸在车箱后部，之后再挖稀泥卸在车箱前部以被干土挡住，不至于在汽车爬坡时洒落，造成后续汽车轮胎打滑，影响生产安全。

当工作面经过一段时间的装车作业之后，物料被采空，电铲需要向前移动。在移动之前，电铲必须重复挖坑填石防陷操作程序，将路基垫好之后，才可以向前移动电铲，这是防陷操作的要领，直到电铲顺利越过渗水湿地或烂泥区域，如图2所示。

4.2 斜坡路作业防陷铲

斜坡路作业或升降段作业，本身就是一件难度大、技术性强的复杂工作，在遇到渗水湿地或烂泥区域时难度更高，难点就在如何有效地防止陷铲。

（1）准备工作。电铲司机在实地察看时应根据地形状况合理选择作业地点，尽量避开地质松软、渗水湿地等易陷铲地段。但因受地理环境限制或汽车坡道位置的制约，难以避开易陷铲地段时，就要充分准备以防止陷铲发生。

（2）防陷铲。司机将电铲开进作业位置后，必须遵循：升段作业时主动轮在后、方轴在前，降段作业时主动轮在前、方轴在后。边前进边扭车对正，扭车一次不要超过30°，尽量做到不扭车且避免反向扭车。作业前最重要的工作就是要把挖坑填石防陷措施做到扎实可靠，要点如图3所示。渗水湿地或烂泥区一般在新建矿山开拓作业中很常见，例如和尚桥矿区开拓作业，就处在一个环境复杂且多水的区域，电铲经常处在易陷铲作业环境。因为是新矿区，电铲司机对地质环境不熟悉，所以司机应首先察看地质水情，掌握渗水的来源和水量，必要时用水泵抽干积水，避免在浸泡区作业。

升降段作业中，电铲开进作业区之后，先用铲斗挖去湿泥，若在1～2 m 深度下面是较硬的层面，那么就先采取降水平的作业方式，将湿泥装车运走之后，再进行正常的升段作业。对低凹的地段进行回填干土岩，垫起一个升段坡度。对渗水难以引流区域，采取挖坑填石防陷法进行操作。升段作业中挖坑难度大于水平挖坑，可能达不到所需的1 m，但要尽量深挖，确保防陷效果。

5 结 语

电铲的挖坑填石防陷法，通过在南山矿和尚桥采矿场和凹山排土场的使用得到了充分验证。2019 年7 月1 日，422#电铲处于一个早年废弃的沙河沟渠中作业，由于田泥支承能力小、含水量大，发生了陷铲，下座架腹部被泥土托住，顺轴齿轮被泥土卡死，经过人工对腹部持续数天掏挖才将电铲解救出来。这次陷铲的原因是司机不熟悉地质环境，采取防陷措施不到位所至，之后通过在该工作点实施挖坑填石防陷法之后，再也没有发生过陷铲，生产得以顺利进行。由此可以证明，挖坑填石防陷法能够保障电铲在易陷区作业的安全性，今后将会大力推广。