安太堡露天矿卡车运输能力分析

史 丰，赵天佑

（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州 036006）

安太堡露天矿2015 年进入芦子沟背斜大倾角向下延深，延深平均倾角11°[1]，导致卡车运距、提升高度增加，卡车运输能力、效率降低，运输设备数量无法满足背斜向下延深生产需要。2015 年安太堡露天矿原煤运输全部外委龙化公司，矿用卡车全部用于剥离运输。2020 年底安太堡露天矿开采过背斜向下延深结束，矿坑留下大面积内排空间，卡车运距和高差减小，卡车运输效率和能力显著提高，卡车数量富裕；部分卡车使用已经超过30 年[2]，再加上过背斜期间卡车大负荷运输造成部分卡车运行工况差、故障多；卡车数量充足并没有带来运输效率和效益的提升；运行工况差的卡车还存在较大的运输安全风险。为此，有必要对卡车运输能力进行深入研究，合理规划卡车的配置结构和运输能力，满足露天矿安全高效发展的要求。

1 开采工艺及运输设备概况

平朔安太堡露天矿主要开采4#、9#、11#煤层，煤层厚度变化不大、赋存稳定，开采方式倒堆内排。回采工艺剥离采用单斗-卡车间断工艺，剥离以及采煤使用P&H2800 电铲和P&H4100XPC 电铲，配套200 t 级及300 t 级自卸卡车，排土设备选用D475A-EO履带式推土机；采煤采用单斗挖掘机-卡车-它移式破碎站-上仓带式输送机-选煤厂的半连续工艺[3]。2019 年运输卡车为：R190 卡车11 台、789 卡车9台、685E 卡车11 台、170D 卡车8 台，630E 卡车6台、730E 卡车27 台、930E 卡车40 台，其中R190、789B、685E、170D、630E 共5 种型号的卡车使用年限均已超过了公司规定的折旧期和计划服役期，且这5 种型号的卡车近3 年内无大修，均已不再提折旧。

2 存在的问题

2013 年以来，一方面由于煤炭市场疲软，煤炭价格持续走低，煤矿生产经营存在困难，严重制约了露天矿的设备更新换代；另一方面安太堡露天矿开采过背斜期间，主要通过加强设计优化和生产组织，合理调配露天矿运输设备，在生产地质条件较差的情况下，自营卡车运输设备效率提高近6%，但是大负荷运输也造成卡车运行工况较差。

1）安全性能差。安太堡矿建矿时期购置的在20世纪90 年代投入的卡车已使用大约30 年左右，作业条件适应性差，设备的结构件老化，故障率高严重影响矿井的道路安全运输[4]。以卡车170D 为例，170D卡车目前只能在作业条件较好、坡度较小的区域进行水平作业。随着设备的大型、高速、自动化发展，控制系统日益复杂，这要求设备设计制造具有较高的安全系数，较完善的控制系统，较齐全的监测仪表，并应具有各种故障监测和指示装置。在可能发生操作失误、出现故障时不致造成大的破坏；在过载荷情况下，设备不会发生严重损坏；在发生事故时，也不会造成大的人身危险。但这类老旧设备由于年代久远，设备本身的安全装置已经不能满足当前操作维修安全要求，因此若不对这类设备进行报废，一旦出现故障会严重影响矿山的安全生产。

2）维修费用高。安太堡露天矿长时间高负荷运行过的卡车容易出现齿轮断齿断轴，机体出现裂纹，发动机曲轴断裂，支承损坏等各种故障，且维修时零配件更换频繁，建矿时期购置的R190、789B、685E、170D、630E 卡车维修燃油成本约比同类型卡车高1.5 元/m3，老旧设备高昂的维修费和大修费用增加了矿山的生产成本，不利于提高生产经济效益。

3）备件采购难。随着当前设备的大型、高速、自动化的发展，安太堡建矿时期购置的设备已经经过几十年的系统升级和更新换代，其配件因不符合国家现颁布的环境使用标准，质量不能满足当前的规范要求，亦或者在现有技术条件下又不能进行改造达标等因素遭淘汰或者停产，这类设备在大修时，所需配件很难进行采购或者无法采购，需协调商家生产同类型配件进行替换，同时还存在替代配件与原设备匹配不完全的可能，从而造成配件使用寿命短，设备作业能力降低的后果，给设备维修带来极大的不便，既增加了设备大修期限又增加了设备维修的难度，严重影响矿山的生产进度。

4）作业效率低。2019 年安太堡建矿时期采购的R190、789B、685E、170D、630E 卡车作业能力仅达到这类卡车理论作业效率的60%左右，由于多年未进行升级改造和系统更新，设备结构陈旧，设计落后以及使用时间过长，操作难度加大，作业效率比同类型设备作业效率低，严重影响露天矿的正常生产进度和生产任务的顺利完成，既增加了生产成本，又影响公司提质增效。

3 运输能力和运输成本分析

3.1 运输能力分析

安太堡露天矿开采2013——2019 年过芦子沟背斜向下延深期间，卡车R190、170D、685E、789A、789B 运输能力随运距的增加降幅较大，运输能力降幅较大的是R190 和685E，最大降幅达到61.6%，实际运输能力不足理论运输能力的50%；其次为789A和789B，最大降幅达到56.2%；再次，170D 为最大降幅30.1%。造成运输能力降幅较大的主要原因：①小型卡车单次运输量小，随运距的增加单次运行时间增加，造成年运输能力随运距的增加降幅较大；②随运输运距和高差的增大，相同条件下卡车运行的工况较差，导致单次运行时间较长，运输能力减小；③卡车投入运行时间较长，卡车故障多，运输能力低。

卡车685E、789B、R190、685E、789A、170 随运距的增加运输能力降幅较大，且运距减小后运输能力不能发生恢复性增长，由于使用年限较长，作业能力仅达到同类型卡车理论作业效率的50%左右，运行时间长故障多的卡车甚至不足理论能力的40%；相反运行工况较好的大型卡车730E、930E 随运距的增加运输能力降幅不大，一旦运距和高差减小运输能力随即发生恢复性增长；总体上运行工况较差的卡车占在用卡车总数64.3%，导致露天矿总的运输能力仅为6 250 万m3。卡车运输卡车型号、数量、运输能力、新旧等搭配结构不合理，小型卡车运行工况差、故障多，造成运输成本居高不下。

3.2 运输成本分析

2013—2019 年卡车平均运行成本见表1。

表1 2013—2019 年卡车平均运行成本

由表1 可知卡车685E、789B、R190 运行成本较高，运输能力下降、运行工况差导致运行成本上升，安全管理难度大，不利于露天矿安全高质量发展。

通过设备大型化来提高生产规模和效率，降低生产成本；小型卡车单台运行绝对成本低，相对成本高，且在露天矿采剥总量一定的情况下，运输相同的物料需要小型卡车数量多，运行总成本较高[5－6]，运行设备数量多对露天矿的安全生产造成较大风险，不利于矿井的高质量发展，因此，设备大型化是露天矿良性高质量发展的必然趋势；而且大型运输设备控制系统可靠性高和控制能力强，提升露天矿道路运输的安全保障能力，通过运输卡车大型化来优化设备配置结构降低能耗和生产运行成本，通过卡车运输能力和运行成本分析研究来优化卡车配置方案，从根本上提升露天矿的高质量发展的基础。

4 卡车运输能力规划

安太堡露天矿未来5 年的自营采剥总量年均在9 000 万m3，2020 年卡车的实际运输能力为10 414万m3，随着过背斜结束煤层地质条件好转、大量内排空间的释放，卡车总体运输能力会有所增加[7]，将运行时间长、运行工况差和运行费用高的685E 卡车、789B 卡车、R190 卡车报废后不再进行新购，同时随着使用实际运行状况逐步淘汰170D 卡车和630E 卡车不再进行新购。

报废685E 卡车、789B 卡车、R190 卡车运输能力由新购置的NTE200 卡车补充，可减少卡车运行数量17 台；逐步淘汰170D 卡车和630E 卡车，运输能力由新购置的NTE200 卡车补充，可减少运行卡车数量13 台，未来5 年内减少卡车总数30 台，降幅27%；卡车数量降低后，相应的运输能力应保持在10 000 万m3以上，不仅可满足生产规模的要求，而且还可以达到了降本增效的目的、实现高质量发展要求。卡车优化配置后主要的卡车型号为930E、730E和NTE200，930E、730E、NTE200 在运距小于2.7 km，提升高度在40 m 以下，实际运输能力分别为140、100、90 万m3/（台·年），可满足规划年内自营采剥总量的运输[8]。卡车优化配置后卡车型号减少、结构更优，卡车总运输能力提高，运行卡车的种类和数量均有所下降，露天矿运输效率提高，安全管理现状较前有较大的改善，卡车运输能力规划对露天矿安全高效生产意义重大。

5 结语

1）用大型先进的露天矿用卡车代替安太堡建矿时期购置的老旧设备，不仅可以提升运输效率和能力，还减少了矿用卡车的数量和运行维护费用，在促进露天矿高效率生产的同时还为露天矿的安全管理带来极大的便利。

2）通过卡车运输能力研究分析与规划，用结构先进、技术完善、效率高、耗能少的新设备来代替老旧设备是企业自身进入良性循环的一个重要环节，也是保证生产设备的良好作业状态、提高设备作业效率和提高企业经济效益的有效途径。

3）露天矿设备大型化是减少运行设备数量、提升生产规模和降低生产成本、实现安全高效发展的必由之路。