龐龍

[摘 要]介紹了露天礦山穿孔、采裝、運(yùn)輸、排巖設(shè)備配置的計(jì)算方法，例舉了工程實(shí)例的計(jì)算過(guò)程，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]露天礦山設(shè)備 配置計(jì)算 穿孔設(shè)備 挖掘機(jī) 自卸汽車 推土機(jī) 經(jīng)驗(yàn)公式

中圖分類號(hào)：T025 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）10-0016-02

1.前言

設(shè)備是露天礦山采剝生產(chǎn)的基礎(chǔ)，礦山生產(chǎn)效率的提高、效益的增長(zhǎng)絕大部分以設(shè)備的配備與使用為基礎(chǔ)，同時(shí)大型礦山設(shè)備的投資也是礦山企業(yè)投資的主要組成部分。設(shè)備配備不足或者配備不合理，就不能按照計(jì)劃完成礦巖采剝?nèi)蝿?wù)，滿足不了后續(xù)工作的正常進(jìn)行，相反如果設(shè)備配備過(guò)多，又會(huì)造成資本浪費(fèi)，因此如何合理選擇配備設(shè)備，一直是礦山生產(chǎn)企業(yè)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

2.設(shè)備配置計(jì)算

2.1 穿孔設(shè)備

穿孔工作是金屬礦露天開(kāi)采的第一道工序，穿孔的效率會(huì)直接影響后續(xù)的爆破、采裝等工作，穿孔效率的提高，很大程度上依賴于設(shè)備的性能，所以穿孔設(shè)備的選擇要根據(jù)礦巖的物理機(jī)械特性、采剝總量、開(kāi)采工藝、要求的爆破參數(shù)、裝載設(shè)備等工況進(jìn)行。

2.1.1 牙輪鉆機(jī)

牙輪鉆機(jī)是近代比較先進(jìn)的鉆孔設(shè)備，是利用旋轉(zhuǎn)沖擊破碎巖石形成鉆孔的，具有鉆孔效率高、作業(yè)成本低、安全可靠，適應(yīng)各種硬度礦巖（f=4～20）鉆孔作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，得以在露天礦山廣泛應(yīng)用。

（1）牙輪鉆機(jī)的臺(tái)班生產(chǎn)能力

牙輪鉆機(jī)的臺(tái)班生產(chǎn)能力是鉆機(jī)每臺(tái)班鉆進(jìn)的米數(shù)，按照下式計(jì)算：式中A--牙輪鉆機(jī)臺(tái)班生產(chǎn)能力，m/（臺(tái).班）；--牙輪鉆的鉆進(jìn)速度，cm/min；--班工作小時(shí)數(shù)，h；--工作時(shí)間利用系數(shù)，一般按照0.4～0.5選取。牙輪鉆機(jī)的機(jī)械鉆進(jìn)速度是牙輪鉆機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)，它與鉆機(jī)的性能、鉆頭的形式、鉆孔的直徑、穿鑿礦巖的硬度等因素有關(guān)，可按照下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：式中P--軸壓，N；n--鉆具的轉(zhuǎn)速，r/min；D--鉆頭的直徑，cm；f--礦巖的硬度系數(shù)。

（2）牙輪鉆機(jī)配置數(shù)量計(jì)算

牙輪鉆機(jī)配置數(shù)量取決于礦山的設(shè)計(jì)年采剝總量、所選定鉆機(jī)的設(shè)計(jì)年穿孔效率及每米炮孔的爆破量，可按下式計(jì)算：

式中N--所需鉆機(jī)的數(shù)量，臺(tái)；Q--礦山設(shè)計(jì)年采剝總量，m3/a；L每臺(tái)牙輪鉆機(jī)的年穿孔效率，m/a； q--每米炮孔的爆破量，m3/m；e--費(fèi)孔率，%。

2.1.2 潛孔鉆機(jī)

潛孔鉆機(jī)是利用嵌入孔底的沖擊器與鉆頭對(duì)巖石沖擊破碎形成鉆孔的機(jī)械，潛孔鉆具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，價(jià)格低，機(jī)動(dòng)靈活，使用行走方便，鉆孔傾角可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于礦巖中硬的中小型礦山及有特殊要求，如打邊坡預(yù)裂孔、錨索孔、放水孔等選用潛孔鉆機(jī)更為合適。潛孔鉆機(jī)已經(jīng)不是露天礦山的主要穿孔生產(chǎn)設(shè)備，只用于輔助穿孔作業(yè)，生產(chǎn)能力主要取決于巖石性質(zhì)、工作風(fēng)壓及鉆機(jī)性能，配備計(jì)算方法與牙輪鉆機(jī)相似。

2.2 挖掘機(jī)

挖掘機(jī)是露天采礦的重要設(shè)備，挖掘機(jī)生產(chǎn)能力是露天礦的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是確定采掘設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備及其它設(shè)備數(shù)量的基礎(chǔ)，其在很大程度上影響著礦山生產(chǎn)能力和礦山的經(jīng)濟(jì)效益。單斗挖掘機(jī)是露天礦山的最常見(jiàn)的鏟裝設(shè)備，主要根據(jù)礦山規(guī)模、礦巖采剝總量、開(kāi)采工藝、礦巖物理力學(xué)性質(zhì)、設(shè)備供應(yīng)情況進(jìn)行選型。特大型露天礦山一般應(yīng)選用斗容不小于8～10？的挖掘機(jī)；大型露天礦山一般選擇4～10？的挖掘機(jī)；中型露天礦山一般選擇斗容為2～4？的挖掘機(jī)。采用汽車運(yùn)輸是，挖掘機(jī)鏟斗容積與汽車載重量要匹配，一般一車要裝4～6斗。露天礦生產(chǎn)配備挖掘機(jī)數(shù)量一般不考慮備用數(shù)量，但不應(yīng)少于兩臺(tái)。

（1）挖掘機(jī)臺(tái)班生產(chǎn)能力計(jì)算

（2）設(shè)備配備數(shù)量計(jì)算

2.3 運(yùn)輸車輛

因?yàn)榈V用公路修筑快速便捷、礦用自卸汽車爬坡能力大、轉(zhuǎn)彎半徑小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、適應(yīng)裝載地點(diǎn)排棄點(diǎn)經(jīng)常變換等特點(diǎn)，所以公路汽車運(yùn)輸是目前運(yùn)用最廣的露天礦運(yùn)輸方式。影響露天礦自卸汽車選型的主要因素有礦巖年產(chǎn)量、運(yùn)距接挖掘機(jī)規(guī)格。對(duì)于年產(chǎn)量大、運(yùn)距短的礦山，應(yīng)該選擇載重量大的汽車。一個(gè)礦選擇的車型不宜過(guò)多，盡可能選擇同一型號(hào)的汽車。

（1）汽車運(yùn)輸能力計(jì)算

影響自卸車臺(tái)班運(yùn)輸能力的主要因素是自卸車的載重量、運(yùn)輸周期和臺(tái)班工作時(shí)間，自卸汽車的臺(tái)班運(yùn)輸能力的計(jì)算公式：。；式中Qtb--自卸汽車的臺(tái)班生產(chǎn)能力，t/臺(tái)班；q--自卸汽車的載重量，t；Tb--汽車的班工作時(shí)間，h；t--汽車作業(yè)循環(huán)時(shí)間，min；k1--汽車載重利用系數(shù)，0.9～1.05；--汽車班工作時(shí)間利用系數(shù)，三班制取0.75、二班制取0.8、一班制取0.9。式中t包括裝車時(shí)間t1，卸車時(shí)間t2，汽車在道路上的往返時(shí)間t3，等待、入換停歇時(shí)間t4。

（2）汽車需用量計(jì)算

①按照班產(chǎn)量計(jì)算汽車的需要量：；式中Mb--工作汽車臺(tái)數(shù)；k--運(yùn)輸不均衡系數(shù)，1.1～1.15；Ab--露天礦班產(chǎn)量，t/班；k2--汽車出車率，0.65～0.75。②按照挖掘機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算汽車需用量：；式中Nw--一臺(tái)挖掘機(jī)配車臺(tái)數(shù)；Wb--挖掘機(jī)平均臺(tái)班產(chǎn)量，t。其它符號(hào)意義相同。③道路通過(guò)能力計(jì)算：道路通過(guò)能力是指在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一區(qū)段的車輛數(shù)，其值大小主要取決于行車道數(shù)量、路面狀況、平均行車速度和安全行車間距，一般應(yīng)選擇車流集中地點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算（出入溝、交叉點(diǎn)等）。計(jì)算公式：；式中Nd--道路通過(guò)能力，量/h；v--汽車在計(jì)算區(qū)段平均行車速度，km/h；n--線路數(shù)目系數(shù)，單車道時(shí)0.5，雙車道時(shí)1；k--道路行車不均衡系數(shù)，一般0.5～0.7；s--同方向行駛汽車不追尾最小安全距離，即停車視距，m。（安全及道路驗(yàn)算）

2.4 推土機(jī)

汽車—推土機(jī)排巖工藝是采用汽車運(yùn)輸?shù)穆短斓V常用的排巖工藝，具有工序簡(jiǎn)單、堆置高度達(dá)、充分利用排土場(chǎng)容積、基建和經(jīng)營(yíng)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，因此的到了廣泛的應(yīng)用。推土機(jī)在排土場(chǎng)的工作主要包括兩部分：一是推排汽車翻卸后殘留在平臺(tái)上的巖土，二是整平下陷的排土場(chǎng)。推排巖土工作量一般占總排巖量的30%～50%，比例與汽車結(jié)構(gòu)、季節(jié)氣候、汽車司機(jī)作業(yè)水平有關(guān)。

（1）推土機(jī)設(shè)備選型

推土機(jī)的生產(chǎn)能力與推土距離、土巖性質(zhì)及推土機(jī)型號(hào)有關(guān)，推土機(jī)的選型應(yīng)考慮汽車載重、作業(yè)量等參數(shù)，可參考下述經(jīng)驗(yàn)推薦表。

（2）推土機(jī)設(shè)備數(shù)量計(jì)算

推土機(jī)設(shè)備計(jì)算公式：；式中Vt--需要推土機(jī)推送巖土體積（實(shí)方），m3/臺(tái)班；ks--松散系數(shù)，1.3～1.5；kj--設(shè)備檢修系數(shù)，1.2～1.25；Qt--推土機(jī)班生產(chǎn)能力，m3/班。

3.工程實(shí)例

非洲某金屬露天礦山，設(shè)計(jì)2013年采剝量700萬(wàn)m3，2014年以后年采剝量1100萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)段高15m，巖土容重2.65t/m3，普氏巖石硬度系數(shù)f=8～12，設(shè)計(jì)爆破量為采剝總量的60%，采用公路汽車運(yùn)輸，推土機(jī)排巖，當(dāng)?shù)貧夂驐l件分旱季與雨季兩個(gè)季節(jié)。機(jī)械配置時(shí)由于采購(gòu)渠道和時(shí)間要求，前期只有4.3m3挖掘機(jī)可供選擇，經(jīng)過(guò)調(diào)研該礦山進(jìn)行了如下設(shè)備配置。

3.1 穿孔設(shè)備的配置

根據(jù)設(shè)計(jì)采剝量及巖石硬度等因素，選擇穿孔設(shè)備為阿特拉斯DML內(nèi)燃牙輪鉆，鉆孔孔徑為250mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及機(jī)械說(shuō)明書(shū)提供的數(shù)據(jù)，該鉆機(jī)在巖石硬度f(wàn)=12時(shí)，小時(shí)鉆進(jìn)速度為35m/h。

鉆機(jī)臺(tái)班產(chǎn)量：=35×8×0.5=140m；年鉆孔量=3×140×300×0.8=100800m，式中d為年工作時(shí)間取300天，一天工作三個(gè)臺(tái)班，出車率按照0.8考慮。

鉆機(jī)需要數(shù)量計(jì)算：考慮鉆機(jī)訂貨周期、運(yùn)輸周期較長(zhǎng)，配備時(shí)按照年采剝量1100萬(wàn)m3配置，爆破參數(shù)按照8m×7m布孔，孔深15m，超轉(zhuǎn)2m，則每米爆破方量q=49.4m3。年爆破量為660萬(wàn)m3，費(fèi)孔率按照5%考慮，則需要鉆機(jī)數(shù)量：

==1.4臺(tái)，取整配置2臺(tái)。

考慮礦山邊坡預(yù)裂、緩沖爆破和二次破碎等其它技術(shù)措施，還配置了2臺(tái)阿特拉斯D55潛孔鉆，最大孔徑152mm。

3.2 挖掘機(jī)配備計(jì)算

根據(jù)招標(biāo)工程量和工期要求，開(kāi)工前無(wú)法購(gòu)到大型挖掘機(jī)。經(jīng)與供貨商接洽，前期年產(chǎn)700萬(wàn)3時(shí)，可購(gòu)置到的設(shè)備是CAT4.3m3液壓挖掘機(jī)。臺(tái)班采裝能力計(jì)算按式計(jì)算，需要臺(tái)數(shù)按照式計(jì)算，并考慮挖掘機(jī)的出勤率，則得出附表3挖掘機(jī)計(jì)算表：

2014年產(chǎn)量增加到1100萬(wàn)3，這時(shí)經(jīng)過(guò)洽談、定制設(shè)備供應(yīng)商可生產(chǎn)并在2014年3月出廠103液壓鏟，則對(duì)又有如下計(jì)算表。

通過(guò)上述計(jì)算該礦山在2014年前，配置6臺(tái)CAT4.3挖掘機(jī)進(jìn)行采裝，2臺(tái)CAT1.2挖掘機(jī)進(jìn)行輔助作業(yè)，2014年后到場(chǎng)2臺(tái)CAT10挖掘機(jī)。經(jīng)實(shí)踐能夠很好的完成采裝任務(wù)。

3.3 運(yùn)輸車輛計(jì)算

考慮當(dāng)?shù)赜昙据^長(zhǎng)及礦山的地質(zhì)情況，考慮設(shè)備使用周期并兼顧后續(xù)工程量，擬選擇沃爾沃A40F鉸接卡車（有效載重40t）和北方重工TR100（有效載重90t）礦山自卸車。

設(shè)備能力按式計(jì)算：

（1）循環(huán)時(shí)間t的計(jì)算

①裝車時(shí)間t1

工作面入換時(shí)間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所得，一般情況下入換距離為10～15m，大型車輛進(jìn)入工作面時(shí)間稍長(zhǎng)。

②卸車時(shí)間t2：卸車時(shí)間包括汽車駛?cè)胄遁d點(diǎn)所消耗的時(shí)間、車廂舉升時(shí)間、車廂降落時(shí)間和汽車駛出卸載點(diǎn)時(shí)間。本案例沃爾沃A40F取1.0min，TR100取1.5min。

③汽車往返時(shí)間t3：按照平均運(yùn)距和平均速度計(jì)算，--平均運(yùn)距，km；v--平均速度，km/h。根據(jù)設(shè)計(jì)平均運(yùn)距為2.5km，考慮安全運(yùn)輸要求，平均速度限制取20km/h，則t3=15min。

④汽車等待、停歇及入換時(shí)間t4：與生產(chǎn)組織、采場(chǎng)情況及司機(jī)操作水平、車輛型號(hào)等因素有關(guān)，一般取2～6min，本案沃爾沃A40F取2min，TR100取3min。

（2）卡車運(yùn)輸能力計(jì)算

（3）自卸汽車需用量計(jì)算

先期按照年產(chǎn)700萬(wàn)3配置設(shè)備，根據(jù)考察需要沃爾沃A40F運(yùn)輸?shù)牡V巖占總體的30%，則可以計(jì)算出沃爾沃自卸車班產(chǎn)量為5621t，TR100自卸車班產(chǎn)量為13116t。則按照式來(lái)配備車輛，需要A40F臺(tái)數(shù)M1=10臺(tái)，需要TR100臺(tái)數(shù)M2=14臺(tái)。產(chǎn)量提升到1100萬(wàn)m3時(shí)，增加的礦巖考慮全部用TR100進(jìn)行運(yùn)輸，則需要增配車輛數(shù)M3=10臺(tái)。最終該礦通過(guò)分期配置車輛，最終具有A40F鉸接式卡車10臺(tái)，TR100自卸車24臺(tái)，能夠較好完成生產(chǎn)任務(wù)，但是由于受前期挖掘機(jī)的采購(gòu)（4.3m3挖掘機(jī)較?。┯绊?，TR100自卸車的效率發(fā)揮受到限制。

3.3 推土機(jī)配備計(jì)算

推土機(jī)按照年產(chǎn)1100萬(wàn)m3一次配備，選用國(guó)產(chǎn)SD320推土機(jī)。計(jì)算公式：

推土機(jī)出勤率按照75%考慮。該礦山考慮修筑道路、采場(chǎng)平整、爆破臺(tái)階平整等其它工作，該礦山配備5臺(tái)推土機(jī)，經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明這樣配置合理。

4.結(jié)束語(yǔ)

大型露天礦山的穿孔、采裝、運(yùn)輸、排巖等工序，都是依靠大型設(shè)備來(lái)完成，在礦山項(xiàng)目開(kāi)工前期，采剝工程的管理者一定要認(rèn)真考察、仔細(xì)計(jì)算，才能達(dá)到優(yōu)化設(shè)備配置的目的，從而減少重復(fù)投資造成的損失。只有設(shè)備配備合理才能最大的發(fā)揮每臺(tái)設(shè)備的技術(shù)性能，最大限度地發(fā)揮其效率，達(dá)到效益最大化的目的。