王喜賢

（伊敏煤電公司露天礦，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾021034）

伊敏露天礦年生產(chǎn)能力為2 200 萬t/a，生產(chǎn)工藝有單斗卡車的間斷工藝、2 套單斗卡車半固定破碎站半連續(xù)工藝和單斗移動(dòng)式破碎站的半連續(xù)工藝。其中2 套單斗卡車半固定破碎站和單斗移動(dòng)式破碎站的半連續(xù)工藝用于采掘運(yùn)輸煤炭，單斗卡車半固定破碎站半連續(xù)工藝設(shè)立于東西端幫，單斗移動(dòng)式破碎站半連續(xù)工藝布置在底板區(qū)域。

目前伊敏露天礦正處于轉(zhuǎn)向開采階段，由二采區(qū)逐步向三采區(qū)轉(zhuǎn)向過渡，2017 年轉(zhuǎn)向推進(jìn)進(jìn)度為17°，至2017 年末采場(chǎng)剝離臺(tái)階已進(jìn)入三采區(qū)，工作線開始向西推進(jìn)并且逐步縮短，已進(jìn)入轉(zhuǎn)向開采末期階段。排土場(chǎng)開始跟隨采煤工作線同步進(jìn)行轉(zhuǎn)向，同時(shí)卡車排土運(yùn)距增加，平均運(yùn)距在3.8 km。

由于采區(qū)地層厚度由南東向北西增厚，但煤層變薄，乃至尖滅，含煤性變差。剝離臺(tái)階高度為12 m，因此出現(xiàn)伊敏露天礦工作幫東側(cè)有7 個(gè)剝離臺(tái)階，西側(cè)有8 個(gè)剝離臺(tái)階，2017 年11 月份剝離鏟采掘位置的分布主要在工作幫的4 段以下幾個(gè)剝離臺(tái)階，一、二、三臺(tái)階劃歸外委設(shè)備進(jìn)行采掘，2017 年伊敏露天礦自營(yíng)剝離任務(wù)量在4 500 萬m3左右，煤炭采掘在2 200 萬t 左右。

1 設(shè)備情況

伊敏露天礦主要采掘設(shè)備有斗容為43 m3的EX8000 液壓正鏟1 臺(tái)，斗容為35 m3WK-35 電鏟2 臺(tái)，斗容為20 m3WK-20 電鏟6 臺(tái)，斗容為12 m3WK-12 電鏟5 臺(tái)，其中斗容20 m3以上的大型鏟用于剝離作業(yè)，12 m3的機(jī)械鏟主要用于采煤作業(yè)，以各鏟鏟況為主要影響因素將伊敏露天礦將各鏟的單月生產(chǎn)任務(wù)量進(jìn)行核定，2017 年11 月43 m3EX8000 液壓正鏟的剝離任務(wù)量為60 萬m3，35 m3WK-35 電鏟的剝離任務(wù)量為80 萬m3，20 m3WK-20 電鏟的剝離任務(wù)量為60 萬m3，12 m3WK-12 電鏟的剝離任務(wù)量為30 萬m3，除斗容在20 m3以上各鏟用于剝離生產(chǎn)外，額外調(diào)派1 臺(tái)斗容為12 m3WK-12 電鏟進(jìn)行剝離生產(chǎn)工作，2017 年11 月份剝離生產(chǎn)任務(wù)量為525 萬m3。

主 要 可 運(yùn) 輸 卡 車 類 型 有220 t、172 t、108 t、TR100、85D 5 種，220 t、172 t 卡車主要用于剝離運(yùn)輸作業(yè)，其余車型主要用于煤炭運(yùn)輸作業(yè)。220 t 卡車可運(yùn)行15 臺(tái)，172 t 卡車可運(yùn)行17 臺(tái)，合計(jì)剝離運(yùn)輸車輛共有32 臺(tái)。

2 剝離生產(chǎn)情況

伊敏露天煤礦自營(yíng)剝離物主要排卸場(chǎng)地在內(nèi)排土場(chǎng)和東幫排土場(chǎng)，由于采場(chǎng)扇形轉(zhuǎn)向推進(jìn)開采，采掘的主要部分在采場(chǎng)東側(cè)區(qū)域，西側(cè)推進(jìn)緩慢，東幫到界區(qū)域可進(jìn)行排土作業(yè)，受到底板半連續(xù)系統(tǒng)限制，由工作幫至排土場(chǎng)的運(yùn)輸?shù)缆分挥形鲙秃蜄|幫2 條環(huán)坑線，車輛主要集中于東幫運(yùn)輸線路。電鏟和卡車采用輪換配車制度，卡車的排卸地點(diǎn)在內(nèi)排土場(chǎng)和東幫排土場(chǎng)2 個(gè)主要地點(diǎn)。由于剝離電鏟、卡車數(shù)量固定，為了使得剝離設(shè)備生產(chǎn)能力安全、合理化，必須對(duì)剝離生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確定最佳運(yùn)行方案[1-2]。考慮到以下主要影響因素：①卡車運(yùn)距的遠(yuǎn)近；②電鏟配車數(shù)量情況；③排土場(chǎng)排卸卡車密度情況；④電鏟裝車時(shí)間；⑤排土場(chǎng)卡車密度情況；⑥卡車行駛速度情況。

結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，在車鏟匹配和運(yùn)距調(diào)節(jié)方面需要進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

3 方案優(yōu)化

以設(shè)備生產(chǎn)能力為目標(biāo)，可分為3 個(gè)優(yōu)化方案：

1）方案1：以電鏟生產(chǎn)能力最大為優(yōu)化目標(biāo)。通過配備足夠卡車以保證電鏟生產(chǎn)能力，由于伊敏露天礦卡車數(shù)量固定，若是卡車排卸運(yùn)距較遠(yuǎn)，會(huì)造成電鏟能力有富余，所以必須保證卡車在運(yùn)距排土場(chǎng)排卸，這樣就造成鏟車匹配不均衡，近運(yùn)距的排土空間被快速利用，遠(yuǎn)處排土場(chǎng)無法跟進(jìn)排土。

2）方案2：以卡車生產(chǎn)能力最大為優(yōu)化目標(biāo)。通過調(diào)節(jié)卡車運(yùn)距和電鏟的作業(yè)位置優(yōu)化卡車生產(chǎn)能力，由于電鏟、卡車的匹配數(shù)量固定，在近運(yùn)距的排土空間充足的情況下，方案為可以實(shí)現(xiàn)。若是近運(yùn)距的排土空間不足，只能將電鏟的采掘位置進(jìn)行調(diào)整，這會(huì)影響采場(chǎng)工作幫的正常推進(jìn)。

3）方案3：以車鏟生產(chǎn)能力均衡為優(yōu)化目標(biāo)。通過調(diào)整運(yùn)距將整體剝離系統(tǒng)鏟車生產(chǎn)能力最大化，因此必須保證擁有足夠的遠(yuǎn)近運(yùn)距的排土空間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

綜上所述，結(jié)合伊敏露天礦的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，在其他生產(chǎn)影響因素固定的情況下，以采場(chǎng)工作幫可以正常推進(jìn)并且遠(yuǎn)近運(yùn)距排土空間均可被合理利用的前提保證下[3-4]，方案3 的露天礦剝離車鏟優(yōu)化的最佳方案。

4 方案對(duì)比

根據(jù)剝離電鏟、卡車數(shù)量、電鏟裝車循環(huán)時(shí)間、卡車運(yùn)距和行駛速度等參數(shù)建立生產(chǎn)能力優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：

式中：Ymax為鏟車均衡最大生產(chǎn)能力卡車數(shù)量，32 輛；m 為作業(yè)電鏟的臺(tái)數(shù)，8 臺(tái)；ROUNDDOWN 為數(shù)值取整公式；Ni為運(yùn)輸配車數(shù)量，臺(tái)；Li為卡車運(yùn)距，km；Ti為卡車往返行駛時(shí)間，min；v 為車速，0.348 km/min。

剝離車鏟類型、裝車時(shí)間排土場(chǎng)和運(yùn)距情況見表1。

表1 剝離車鏟類型、裝車時(shí)間排土場(chǎng)和運(yùn)距情況

通過數(shù)學(xué)模型優(yōu)化，得出關(guān)于不同排土場(chǎng)的剝離電鏟、卡車匹配情況見表2，需要再次通過生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)安全要求和便利條件的篩選方可確定最終剝離鏟車匹配以及排土場(chǎng)布置的最優(yōu)方案[5-6]，篩選條件如下：①卡車運(yùn)行途中盡量避免出現(xiàn)交叉現(xiàn)象；②卡車行駛途中盡量保持水平運(yùn)輸，避免出現(xiàn)連續(xù)上坡或下坡現(xiàn)象；③各排土場(chǎng)布置卡車排卸數(shù)量不得高于3 臺(tái)鏟所配車輛；④卡車運(yùn)行道路盡量減少車流密度；⑤卡車行駛道路順暢、避免出現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)彎或繞遠(yuǎn)現(xiàn)象；⑥遠(yuǎn)近排土場(chǎng)布置應(yīng)合理搭配，均衡應(yīng)用；⑦設(shè)備能力大的電鏟效率高，匹配生產(chǎn)能力大的卡車。單斗卡車剝離系統(tǒng)運(yùn)輸線路如圖1。

表2 剝離鏟車與排土場(chǎng)匹配情況

圖1 單斗卡車剝離系統(tǒng)運(yùn)輸線路圖

通過上述篩選條件確定最終剝離鏟車匹配情況如下[7-8]：①4301 配4 臺(tái)220 卡車、3502 配4 臺(tái)220 卡車鏟卡車到東幫660 排土場(chǎng)排卸；②2001 配4 臺(tái)172 卡車、2002 配4 臺(tái)172 卡車到內(nèi)排580 排土場(chǎng)排卸；③2003 配4 臺(tái)172 卡車到東幫660 排土場(chǎng)排卸；④2004 配3 臺(tái)220 卡車、2006 配4 臺(tái)220卡車到東幫620 排土場(chǎng)排卸；⑤2005 配4 臺(tái)172 卡車到內(nèi)排560 排土場(chǎng)排卸。

通過上述方法確定了剝離鏟的卡車數(shù)量分配方案以及相應(yīng)排卸的排土場(chǎng)布置，合理的優(yōu)化了剝離車鏟的均衡生產(chǎn)能力，結(jié)合遠(yuǎn)近調(diào)整車鏟分配，使得遠(yuǎn)近運(yùn)距排土場(chǎng)得以合理利用，保證了排土場(chǎng)跟隨采場(chǎng)轉(zhuǎn)向推進(jìn)的進(jìn)度，避免了卡車全部在近運(yùn)距的東幫排土場(chǎng)進(jìn)行排卸，使得近運(yùn)距排土空間快速減少，遠(yuǎn)運(yùn)距的內(nèi)排空間長(zhǎng)時(shí)間擱置，運(yùn)距逐步變遠(yuǎn)，總體遠(yuǎn)近排土運(yùn)距失調(diào)，在近運(yùn)距排土空間排卸到界后，剝離卡車只能往遠(yuǎn)運(yùn)距的內(nèi)排空間排卸，使得車鏟生產(chǎn)效率長(zhǎng)期處于不飽和狀態(tài)，優(yōu)化出的鏟車匹配和相應(yīng)的排土場(chǎng)可以在充分利用排土場(chǎng)的同時(shí)保持剝離鏟車的綜合生產(chǎn)能力處于最優(yōu)狀態(tài)。

4 結(jié) 語

在伊敏露天礦剝離運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量固定的情況下以調(diào)整遠(yuǎn)近排土場(chǎng)運(yùn)距建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型以達(dá)到車鏟和排土場(chǎng)匹配優(yōu)化方案，并根據(jù)伊敏露天礦的生產(chǎn)實(shí)際情況，優(yōu)化得到剝離電鏟、卡車以及排土場(chǎng)的優(yōu)化方案以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，使得露天礦在剝離、運(yùn)輸、排土3 大環(huán)節(jié)的安全程度和生產(chǎn)能力得到科學(xué)性優(yōu)化。