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1、概  述
    露天采礦的經(jīng)濟(jì)效果很大程度上取決于所采用的機(jī)械設(shè)備及由其組成的采礦工藝系統(tǒng)。在世界范圍內(nèi)，隨著新設(shè)備、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，形成了多樣化的開采工藝。針對(duì)礦床具體條件，優(yōu)化選擇先進(jìn)工藝，可以大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益。
    常用的露天采礦工藝系統(tǒng)有：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)一汽車工藝（即間斷工藝）；輪斗挖掘機(jī)一帶式輸送機(jī)工藝（即連續(xù)工藝）；單斗挖掘機(jī)一破碎機(jī)一帶式輸送機(jī)工藝（即半連續(xù)工藝）。
    從工藝環(huán)節(jié)看，單斗挖掘機(jī)具有設(shè)備價(jià)格低、性能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，年平均工作時(shí)間可達(dá)6 500h。輪斗挖掘機(jī)價(jià)格昂貴、要求的作業(yè)條件苛刻、技術(shù)管理水平高，年平均工作時(shí)間僅為4000 h，但由于其挖掘的物料塊度適中，非常適合帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。帶式輸送機(jī)具有生產(chǎn)能力大、作業(yè)成本低、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。用帶式輸送機(jī)取代汽車運(yùn)輸，可節(jié)約大量生產(chǎn)成本。帶式輸送機(jī)噸公里運(yùn)費(fèi)僅是汽車運(yùn)輸?shù)?/2—1/3。半連續(xù)工藝兼顧了單斗挖掘機(jī)和帶式輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。正因?yàn)槿绱耍�近些年來該工藝在�?guó)內(nèi)外得到了非常快的發(fā)展，用半連續(xù)工藝對(duì)礦山進(jìn)行技術(shù)改造已經(jīng)成為確定的發(fā)展趨勢(shì)。
    露天采礦常需要移運(yùn)大量的表土剝離物，此部分表土剝離物非常適合采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。
    實(shí)現(xiàn)露天礦表土剝離半連續(xù)開采工藝的關(guān)鍵技術(shù)是破碎轉(zhuǎn)載設(shè)備。傳統(tǒng)破碎機(jī)只能轉(zhuǎn)載和破碎硬及堅(jiān)硬礦巖，表土物料具有很大的粘結(jié)性，當(dāng)其進(jìn)入傳統(tǒng)破碎機(jī)后，極易對(duì)設(shè)備造成粘結(jié)和堵塞，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。所以，傳統(tǒng)的半連續(xù)開采工藝不能采運(yùn)表土剝離物。
    平朔煤炭工業(yè)公司安太堡露天煤礦、安家?guī)X露天煤礦、準(zhǔn)格爾煤炭工業(yè)公司黑岱溝露天煤礦、霍林河露天煤礦、伊敏河露天煤礦、元寶山露天煤礦、云南小龍?zhí)堵短烀旱V等都存在有大量的表土，平均每礦每年的表土剝離量在2 000萬m3左右（最多達(dá)4000萬m3）。每年總的表土剝離量達(dá)2億m3。除此之外還有擬開發(fā)的哈爾烏素露天煤礦、平朔3號(hào)露天煤礦、霍林河2號(hào)露天煤礦、勝利露天煤礦、寶日希勒露天煤礦、昭通露天煤礦等，都賦存有大量的表土剝離物。
    單斗挖掘機(jī)采掘的物料不能直接裝入帶式輸送機(jī)。原因是單斗挖掘機(jī)的斗容大，在采裝過程中由于擠壓作用易出現(xiàn)大粘土塊，卸載過程中易出現(xiàn)涌料及較大沖擊載荷等。所以，若希望單斗挖掘機(jī)采掘的物料能夠通過帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，必須在單斗挖掘機(jī)和帶式輸送機(jī)之間配置破碎轉(zhuǎn)載設(shè)備，以便對(duì)單斗挖掘機(jī)采裝的物料進(jìn)行大塊破碎、均勻物料流、降低沖擊載荷、克服涌料等。
    根據(jù)傳統(tǒng)破碎機(jī)存在的不足，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研制了一臺(tái)輪式軟巖破碎機(jī)，已獲得多項(xiàng)專利”1，該機(jī)目前正在元寶山露天煤礦進(jìn)行測(cè)試及使用。
    設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)：①設(shè)備小時(shí)能力480m3(864 t)，可配合4～6m3單斗挖掘機(jī)、前裝機(jī)、液壓反鏟或小型汽車直接裝載；②料倉距地面高4.3 m，料倉寬3.7 m。設(shè)備最大長(zhǎng)度15.1 m，最大寬度4.7 m；③總裝機(jī)功率98 kW；④整機(jī)質(zhì)量54.7 t；⑤切削輪采用無級(jí)調(diào)速；⑥設(shè)備配備測(cè)試系統(tǒng)，可以模擬試測(cè)各種不同型號(hào)的單斗挖掘機(jī)在采掘各種不同類別的土質(zhì)（如硬土、粘土、亞粘土、沙土等）條件下，所需配備破碎機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)等的測(cè)試及優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題。
2、輪式軟巖破碎機(jī)介紹
    輪式軟巖破碎機(jī)共由4部分組成：①受料由板式給料機(jī)和受料擋板組成；②破碎由切削輪和唇體組成；③排料由擋料板和排料懸臂組成；④支承機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)等。
    作業(yè)過程：受料槽接受由單斗挖掘機(jī)或汽車卸載的表土松軟物料，板式給料機(jī)對(duì)物料起緩沖作用，并負(fù)責(zé)物料的輸送。在受料檔板的上方安裝有物料限位刮板，對(duì)物料起攤平作用。在板式給料機(jī)的后部安裝有切削輪和切削唇體，隨著切削輪的旋轉(zhuǎn)，將板式給料機(jī)輸送過來的表土剝離物進(jìn)行連續(xù)不斷地切削。切削唇既是切削床，又可清理板式給料機(jī)上的物料。在切削輪的下方安裝有排料溜槽，溜槽將溜出的物料匯集到帶式輸送機(jī)上。切削輪對(duì)板式給料機(jī)輸送過來的表土松軟物料具有“切”和“扒”的雙重作用，除對(duì)大粘土塊具有切削破碎的功能外，還具有控制物料下瀉的功能，從而可以均勻物料流。作業(yè)機(jī)理類似于輪斗挖掘機(jī)斗輪預(yù)
切刃對(duì)物料的破碎作用。
    由于輪式軟巖破碎機(jī)不存在堵塞和粘結(jié)問題，因此凡適合輪斗挖掘機(jī)采裝的物料，輪式軟巖破碎機(jī)都能適應(yīng)，而且輪式軟巖破碎機(jī)對(duì)物料不存在卸載、“粘斗底”等問題，所以對(duì)物料的適應(yīng)范圍比輪斗挖掘機(jī)更大。
    輪式軟巖破碎機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單斗挖掘機(jī)采裝的表土剝離物中的大塊進(jìn)行破碎、物料流均勻、克服沖擊載荷等，而又不會(huì)對(duì)設(shè)備造成粘結(jié)和堵塞。
3、輪式軟巖破碎機(jī)的試驗(yàn)
    元寶山露天煤礦在地表以下40—80 m深度內(nèi)覆蓋有松軟物料（表土、砂礫石、第三系紅粘土等），由西南向東北逐漸變厚。目前，輪斗挖掘機(jī)一帶式輸送機(jī)系統(tǒng)只采掘地表以下36 m內(nèi)的物料，其余由單斗汽車采運(yùn)。生產(chǎn)系統(tǒng)布置如圖1所示。
    輪式軟巖破碎機(jī)放在121號(hào)帶式輸送機(jī)尾部，與2號(hào)輪斗挖掘機(jī)共用一條帶式輸送機(jī)作業(yè)。物料通過汽車倒短運(yùn)輸直接裝入（或通過前裝機(jī)）輪式軟巖破碎機(jī)，進(jìn)入帶式輸送機(jī)系統(tǒng)。作業(yè)時(shí)，在121號(hào)帶式輸送機(jī)尾部外側(cè)做一卸載平臺(tái)，高度
3.5 m左右，卸載平臺(tái)土石方量1500m3左右（包括斜坡道）。121號(hào)帶式輸送機(jī)移設(shè)時(shí)，輪式軟巖破碎機(jī)跟隨移設(shè)，卸載平臺(tái)的土石方量跟著輪式軟巖破碎機(jī)滾動(dòng)堆移。
3.1物料特性
    第三系紅粘土：天然密度2.2t/m3，松散系數(shù)1. 45，含水率12.4%一53. 2%，抗壓強(qiáng)度0.1~0. 42 kPa。
    砂礫石：磨圓度較好，呈扁圓狀，粒徑一般為2~ 30 mm，大者400 mm。
3.2試驗(yàn)結(jié)果
(1)采用前裝機(jī)（斗容4.6m3）裝載紅粘土?xí)r，裝載前大粘土塊粒徑最大可達(dá)500 mm，破碎后土塊粒徑一般為200 mm左右，通過切削輪的調(diào)速過程可以調(diào)整土塊粒徑的大小，破碎效果能夠滿足帶式輸送機(jī)對(duì)塊度的要求。
    (2)當(dāng)板式給料機(jī)上的料層厚度較大時(shí)，若不開啟切削輪，則物料從板式給料機(jī)到帶式輸送機(jī)上出現(xiàn)塌料、涌料及沖擊載荷現(xiàn)象。開啟切削輪后，由于切削刃（齒）的旋轉(zhuǎn)“切”、 “扒”作用，物料被控制均勻下瀉，起到了均勻物料流的作用。
    (3)采用液壓反鏟（斗容1Om3）裝載時(shí)，由于料層厚度太小，切削輪的破碎及均勻物料流的功能降低。此時(shí)輪式軟巖破碎機(jī)主要是起轉(zhuǎn)載機(jī)作用，克服裝載設(shè)備的沖擊載荷。
    (4)輪式軟巖破碎機(jī)的生產(chǎn)能力主要受裝載設(shè)備的影響。用斗容4.6m3前裝機(jī)裝載時(shí)，能力為360m3/h。用8t汽車裝載時(shí)，平均能力150~200m3/h（實(shí)方）。最大日作業(yè)量4000m3（日作業(yè)15h），平均能力267m3/h。
    (5)研制的輪式軟巖破碎機(jī)在元寶山露天煤礦所做的試驗(yàn)，只是利用工作面帶式輸送機(jī)的部分富裕能力做搭載作業(yè)，所以搭載量較小。
    目前設(shè)備已經(jīng)加入元寶山露天煤礦帶式輸送機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行試用，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。試驗(yàn)及使用過程中沒有發(fā)生設(shè)備粘結(jié)、涌料和堵塞等現(xiàn)象，設(shè)備作業(yè)效果完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，其功能滿足了作業(yè)要求。
4、應(yīng)用輪式軟巖破碎機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益分析
    元寶山露天煤礦采用輪式軟巖破碎機(jī)完成的作業(yè)量屬于搭載量，剝離物進(jìn)入帶式輸送機(jī)系統(tǒng)后只影響帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的可變成本，不影響系統(tǒng)的固定成本。進(jìn)入帶式輸送機(jī)系統(tǒng)前的成本為直接成本（包括可變成本和固定成本）。
    按每年運(yùn)送30萬m3考慮，可產(chǎn)生101萬元的經(jīng)濟(jì)效益。
    黑岱溝露天煤礦覆蓋有大量的黃土，平均厚度49.15m，每年的黃土剝離量達(dá)到4 500～5 000萬m3。根據(jù)設(shè)計(jì)，此部分黃土剝離物采用2種工藝開采，地表及基巖面部分由于受黃土沖溝和基巖面起伏影響，采用單斗挖掘機(jī)一汽車工藝，中間部分采用輪斗挖掘機(jī)一帶式輸送機(jī)工藝系統(tǒng)。輪斗挖掘機(jī)為SchRs710型，設(shè)計(jì)臺(tái)年能力450萬m3，年平均作業(yè)時(shí)間4 000 h。單斗挖掘機(jī)為395B型，設(shè)計(jì)臺(tái)年能力750萬m3，年平均作業(yè)時(shí)間6500 h。
    若用輪式軟巖破碎機(jī)和單斗挖掘機(jī)組成半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)代替輪斗挖掘機(jī)作業(yè)，單斗挖掘機(jī)的臺(tái)年能力可以達(dá)到l100萬m3，每套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力可由原來的900萬m3/a增加到2 450萬m3/a，二套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力可以達(dá)到4 900萬m3/a，比原設(shè)計(jì)能力1 800萬m3/a多3 100萬m3/a，增加172%，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為11 836萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
    半連續(xù)工藝具有連續(xù)和間斷工藝的綜合優(yōu)點(diǎn)。機(jī)動(dòng)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)費(fèi)低，能力大，系統(tǒng)可靠性高。黃土剝離采用半連續(xù)工藝，對(duì)大沖溝、山頭以及基巖接觸面部位不便鋪設(shè)工作面帶式輸送機(jī)的區(qū)域，可以將輪式軟巖破碎機(jī)處于某一位置不動(dòng)，工作面物料采用汽車倒短運(yùn)輸，然后進(jìn)行二次裝載。待工作線推出大沖溝、山頭等部位后，再進(jìn)行正常作業(yè)。由此，可以最大限度地將露天礦所發(fā)生的黃土剝離物運(yùn)出，發(fā)揮帶式輸送機(jī)、排土機(jī)系統(tǒng)的作用，獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。
    黃土剝離采用半連續(xù)工藝后，此時(shí)由于所用的單斗挖掘機(jī)與剝離巖石的單斗挖掘機(jī)型號(hào)相同，半連續(xù)工藝所用的單斗挖掘機(jī)一旦出現(xiàn)故障時(shí)，可以將下部水平剝離巖石的單斗挖掘機(jī)調(diào)上來補(bǔ)充作業(yè)，設(shè)備系統(tǒng)的維修、備品備件等都非常便于管理，系統(tǒng)的可靠性及作業(yè)效率可以發(fā)揮最高水平。
    所以，對(duì)正在使用帶式輸送機(jī)運(yùn)送表土的露天礦（如黑岱溝露天煤礦、元寶山露天煤礦等），可以通過使用輪式軟巖破碎機(jī)替代或替補(bǔ)輪斗挖掘機(jī)作業(yè)，充分利用起現(xiàn)有的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用帶式輸送機(jī)取代汽車輸送，大幅度降低生產(chǎn)成本，增加露天煤礦經(jīng)濟(jì)收入。對(duì)表土覆蓋層比較厚的新建露天礦，可以通過使用輪式軟巖破碎機(jī)和單斗挖掘機(jī)組成的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，為露天礦生產(chǎn)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。露天礦表土剝離采用半連續(xù)工藝是一項(xiàng)新技術(shù)，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
5、結(jié)  論
    (1)試驗(yàn)證明，輪式軟巖破碎機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)表土松軟剝離物中大塊的破碎，克服沖擊載荷、粘料、涌料及均勻物料流等。
    (2)表土松軟剝離物通過使用輪式軟巖破碎機(jī)實(shí)現(xiàn)半連續(xù)工藝開采，可以使系統(tǒng)的可靠性提高，生產(chǎn)能力增加，生產(chǎn)成本降低。
    (3)表土剝離采用半連續(xù)工藝是一項(xiàng)新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)表土剝離采用半連續(xù)工藝的關(guān)鍵技術(shù)是破碎機(jī)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)提出并研制的輪式軟巖破碎機(jī)已經(jīng)在元寶山露天煤礦獲得了較好的應(yīng)用。為解決露天礦表土剝離采用半連續(xù)工藝提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)。由輪式軟巖破碎機(jī)和單斗挖掘機(jī)組成的采礦工藝系統(tǒng)，可以替代或替補(bǔ)輪斗挖掘機(jī)作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)用帶式輸送機(jī)取代汽車運(yùn)輸。由此組成的采礦系統(tǒng)，可以兼顧連續(xù)及間斷工藝的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)建一套新的露天開采高產(chǎn)高效模式。