魏家峁露天煤矿电铲尾线电缆卷放车

任 锁，张 飞，许文杰

（北方魏家峁煤电有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

国内大型露天煤矿普遍采用电铲进行采装作业，电铲生产动力来源是电力驱动，电铲与变电箱之间通过多根电缆顺序相连，电铲尾线电缆是由电铲引出的1 根电缆。随着采剥工作面推进，电铲位置不断变动，需要不断增加或减少电缆数量，而电缆硬度大、单位长度质量大、人力搬运效率低，存在漏电伤人安全隐患[1-2]。电缆移设过程电铲须停止作业，电缆移设效率直接影响电铲有效作业时长，进而影响电铲生产效率。故解决电铲移设效率已成为露天煤矿提高挖掘机生产效率的重要课题之一。以魏家峁露天煤矿为例，以尾线电缆为研究对象，设计自动收放车减少人员参与度，保障尾线电缆安全使用及电铲的高效生产[3-5]。

1 魏家峁露天煤矿

魏家峁矿田面积52.593 2 km2，黄土高原冲沟多、梁峁多。矿田煤炭储量丰富，资源可靠，地质条件简单，资源总储量9.77 亿t，可采原煤储量8.14 亿t，煤层平均厚度为12.89 m，全矿平均剥采比为7.04 m3/t，按照6.0 Mt/a 规模开采，设计服务年限123.4 年。采用自营＋外委的剥离模式，上部黄土由外委剥离，下部岩石和煤由自营剥采，自营主要采装设备是2 台WK－35 电铲匹配14 台MT4400 自卸卡车，2 台EX3600 液压铲匹配12 台TR100 自卸卡车。

在露天煤矿作业过程中，主要采用3 种方式收放或移动尾线电缆：①直接拖拽尾线电缆，电铲铲尖挑起尾线电缆，操作工把电缆卷放成“S”型，卷放过程需要3 人一同完成，耗费人员多、强度大、用时长、自动化程度低，影响电铲采装效率发挥，且存在漏电伤人的隐患；②后置爬犁存放电缆，电铲铲尖挑起电缆，操作工将电缆盘放在爬犁车上，走铲时电铲拖着爬犁车，此过程存在电铲压断电缆、电缆漏电伤人等安全隐患，且自动化程度低，影响电铲生产效率；③后置式卷电缆，操作时离地面较低，容易剐蹭操作人员，机器容易漏电、动力破损等。魏家峁露天煤矿WK35 电铲采用第2 种方式存放电缆[6-7]。

2 电缆卷放车结构

电铲尾线电缆卷放车结构图如图1。电缆卷放车由行走部分、安装平台、电动卷缆装置、电气设施、控制系统等组成。尾线电缆卷放车质量27 t，长6.8 m、宽3.3 m、高3.6 m，功率87 kW，电缆卷放线速度1.5 m/min，行走速度1.2 m/h，爬坡能力15°。

图1 电铲尾线电缆卷放车结构图

2.1 行走部分

行走总成由行走电机、行走减速机、驱动轮、履带架、支重轮、履带链、张紧总成、引导轮总成等部分组成。履带板宽度500 mm，履带接地长度大于4 m；速度范围为0～1.2 km/h，爬坡角度大于15°，最小离地间隙不小于500 mm。行走电机通过行走减速机及驱动轮带动履带链实现行走功能。行走电机带制动器，可手动解除制动，用于拖拽时使用。

2.2 安装平台

平台总成位于行走总成上部，承载滚筒及电控装置。机房分高压室、低压室和制动电阻室，其中高压室内安装变压器和高压开关柜，相对位置设有独立的变压器检修门和高压开关柜操作门；低压室内安装PLC 控制器、液晶触摸显示屏、变频器、低压开关和继电器等，并设独立开门，低压室内侧墙体和顶棚加装保温板，并安装带辅热功能的空调机，在机棚外明显位置安装整机上电指示灯和主机启动指示灯，便于司机观察。电缆卷筒处配有照明装置，平台两侧安装紧急停车按钮。

2.3 电动卷缆装置

1）电动卷缆装置工作原理。在电缆车的前部靠近电铲侧安装补偿卷筒，可收纳直径为57～60 mm，长度≥100 m 的橡套电缆在电缆车的后部靠近供电侧安装主电缆卷筒，可收纳直径为57～60 mm，长度≥300 m 的橡套电缆。当电缆车前进时，前卷筒拉力降低，卷筒电机的保持力矩大于电缆拉力对卷筒的力矩，卷筒主动收回电缆，当电缆车前进时，后卷筒的电缆拉力加大，卷筒电机的保持力矩小于电缆拉力对卷筒的力矩时，卷筒被电缆拉到转动，卷筒被动放出电缆。当电缆车后退时反之，后卷筒主动收电缆，前卷筒被动放电缆。同理，电铲前进时电缆拉力增大，补偿卷筒被动放电缆，电铲后退时电缆拉力减小，补偿卷筒主动收电缆。

2）主电缆卷放系统。主电缆卷放系统，由主电缆卷筒、电机、减速机、内置高压集电环、自动排线装置等组成。主电缆卷筒，可卷多于300 m 外径为60 mm的矿用电缆。驱动形式为变频调速电机连接减速机驱动卷筒转动，电缆卷筒内部安装有高压集电环和电缆耦合器接口，以便于电缆更换，卷筒上的电缆接入口为防水结构。卷筒一端设有4 个人孔，供检修人员进出，人孔设有密封防水的人孔盖。在平台后端的主卷筒下面安装可180°旋转回转电缆支臂，同时具有锁定措施，当调节到两侧时最远位置距离履带不少于2 m。电缆支臂前端安装有电缆导向辊支架。自动排线装置由立柱、伺服电机、减速机、丝杠、导杠、排线器、传感器、PLC 控制器等部件组成，可实现自动排放电缆。自动排线装置采用伺服电机驱动，由安装在卷筒上的传感器信号通过PLC 控制排线电机与卷筒电机联动，实现正反转自动排线。

3）补偿卷筒系统。补偿卷筒系统由补偿卷筒、电机、减速机、自动排线系统和外置高压集电环柜组成。补偿卷筒可卷100 m 外径为60 mm 的矿用电缆。驱动形式为伺服电机连接减速机驱动卷筒转动，工作时电缆始终处于拉紧状态，当电铲前进时，电缆拉力大于堵转力矩时自动放电缆，当电铲后退时，电缆拉力小于堵转力矩时自动收电缆，确保电缆始终保持拉紧并接近悬浮状态，所以不会被电缆车自身或电铲压到，因此不需要电缆托架将电缆挑起并放到车的侧面。当电铲前进到卷筒上剩余电缆少于设定值时发出报警提示司机停止前进。

2.4 电气设施和控制系统

电气设施主要包括变压器、高压开关柜变压器、高压分线箱、低压供电柜、低压控制柜等，低压供电柜内安装供电转换闸机，2 台行走变频器和2 台卷筒变频器；低压控制柜内安装PLC 控制器、液晶触摸显示屏、低压开关、继电器、伺服控制器和遥控接收器等。

控制系统由1 台PLC 控制器来完成：行走电机由PLC 控制变频器实现调速和转向控制；卷筒收放由PLC 控制变频器实现力矩模式控制卷筒收放电缆，自动排线是由PLC 根据读取卷筒转数传感器信号控制自动排线的伺服电机完成。在低压控制柜的柜门上置配备触摸屏，触摸屏具有设备运行状态指示功能，设备操作参数设定功能和设备基本参数设定功能。

整车操作方式分为遥控控制和手动控制，遥控控制可以在电铲上或地面通过遥控器控制运行；手动线控操作手柄设置在电缆收放装置控制平台。在电铲驾驶室内配置无线遥控互保开关，在尾线电缆收放车操作平台配置互保解除开关，无线互保开关切换时间小于20 ms。

3 电缆卷放车工作原理

露天电动采掘设备尾线电缆自动收放装置用于露天煤矿采掘场电缆铺设、收线和电缆上挡墙工作，并可完成电缆运输。电缆卷放装置为电动履带行走，行走、卷缆动作具有遥控控制和车上有线手柄操作两种操作方式。具有卷缆装置与电铲极限距离报警和电缆防拽保护、行走制动保护、紧急停车等保护设置。

工作时，补偿卷筒的电缆与电铲连接的部分始终处于悬浮拉紧状态；当电铲前进时，拉紧力大于卷筒电机的堵转力矩，卷筒自动放出电缆；当电铲后退时，拉紧力小于卷筒电机的堵转力矩，卷筒自动收回电缆；当电缆卷筒上剩余电缆到警戒指示，发出报警信号，提示司机停止走铲。

4 效益

尾线电缆卷放车减少了电缆移设时间，增加了电铲有效作业时长。根据生产统计数据，每个月移设尾线电缆耗时15 h，1 年移设电缆所耗时长180 h，因电缆移设每年影响电铲有效作业时长180 h，WK－35 电铲每小时生产能力为1 700 m3。增设电缆收放车可提高电铲生产能力30.6 万m3/a。采装设备生产费用约1.3 元/m3，所以直接经济效益39.78 万元。尾线电缆卷放装置自身能耗费用0.94 万元，可得出WK－35 电铲使用电铲尾线电缆收放装置后，每年可节约成本38.84 万元。

尾线电缆卷放车降低了电缆操作工工作强度，每台WK－35 电铲配正、负司机各1 名，移设电缆时需要电缆操作工配合。增设电缆收放车，每年可减少电缆操作工移设电缆时长180 h。

尾线电缆卷放车使用后，提高了电缆卷放的自动化程度，提高了电缆移设效率。不需要在地面拖拽电缆，降低电缆损耗，提高设备实动率。不需要电铲齿尖接触带电电缆，减少了电铲压断电缆的次数，通过摇控操作，解决了采掘设备尾线的拖拽过程中人与电缆直接接触、电缆在地上盘放等安全隐患。

5 结语

分析了尾线电缆传统卷放方式，介绍了魏家峁露天煤矿电铲尾线电缆卷放车结构组成和工作原理,计算了电缆卷放车带来的经济效益。电铲尾线电缆卷放车的应用,每年可节约生产成本38.84 万元，避免了移动尾线电缆时的触电事故，具有巨大的经济效益和社会效益。