开发坚硬物料的露天开采技术[.pdf

开 发 坚 硬 物 料 的 露 天 开 采 技 术 一 、序言 [ 德 国]R． 萨格 内尔w． 苏尔希 新 型 的 、结构 紧 凑 的 克虏 伯 露 天采 矿 机 r 简 称 K S M 可 以在各种条件下进行高效挖掘工作，如 开 采特 别 粘的 粘 土 层 、坚硬 岩层 和层 状 或 有 节理 的 岩 石 。 在上 述 条件 下 t K S M 的开采能 力比普通 的 轮斗 挖 掘机 高 5 ～ 6倍 从 5 0年 代开 始 ，连 续 开 采系 统受到 了重 视 设 技 术 不仅 在 松 软物 料 的 开 采 中得 到发 展 ，而 且 开 蛤 用于开采中硬和坚硬物料 对开采中等硬度的物料 来说 ， 连 续式露 天 采矿机 简称 C S M已经使 用 舅 年 了 这 种 用于 开 采 中硬 物料 的设 备 填补 了 轮 挖 掘 机 开采 松 软物 料 和坑 内 破碎 运输 系 统开 采坚 硬物 料 之间 的空 白。 由于 “ 连续式露天采矿机 具有台理的功能 ， 轮 斗 挖掘 机 的应用就 变得 不那 么经 济了 ， 换 句话 说 ， 就 是 连续 作 业 的轮 斗 挖掘 机 能 开 采的 物 料 种类 范 围 由 “ 连 续 式露 天 采矿机 ”扩 大 到如表 1 所 列的 范 围 。 克 虏伯露 天采 矿机 于 1 9 8 8年 问 世 ，它 是 一种艳 式 挖掘 机 ，应 归类 于连 续式 露 天采矿 机 家族 二 、结构 克 虏 怕露 天 采矿 机 是 一种紧 凑 型 的挖 掘 机 ，它 的 主 要组 成 部 分是 装 在 两 条 履 带 上 的 中 心 框 架 结 连续式 露 天采矿 机 C S M 的应用 范 围 衰 1 】 业物料 覆 盖层和 夹层 烟煤 和褐 煤 砂砾 铝 土矿 页岩 礴 酸盐矿 掘岩 和粉 砂岩 鞋 石灰 石 砂 岩 油砂 风化的和半坚硬的工业矿目 油页 岩 、石膏 、牯 土 、硝 构 ； 固定 在设 备前 端 的斗轮 组 。 设 备上 的输 送机及 柴 油 发动 机 是 K S M 的 主要 组成 部 分 图 1 。技 术数 据 见 表 2 J ．斗 轮组 位 于 机架 前部 的 4个 平行 的 斗轮 是 克虏 怕 露 天 采 矿机 的 挖 掘和 装 载机 构 斗 轮 组 由两 个 支撑 臂 与 机架连接在一起 。铲斗集中装在由两个侧板和一个 加强 板 组成的 副性 的斗轮 内 。铲 斗 的组成 部 分如 下 a 、安装可 更换 斗齿 的 斗唇 I b 、一 块括动斗底 ， 由装在斗轮上的控制装置强制 推 出 。 在 铲 斗排 料过 程 中 ，斗 底 由控 制 系 统作 用 而 向 前推 出 ， 迫 使物 料排 出铲 斗 这 样就保 证 了铲 斗的 彻 底排 料 ，即使 很粘 的物 料也 毫无 问 题 。 由 于 K S M 所 使 用 的 斗 齿 形成 及 排 列 布置 方 式 ， 配台 履带 的向 前移 动 ，使得 K S M 的挖 掘 力比轮 斗挖 l O 图 】 K S M4 0 0 0 主 要部分 围 1 一水玲器 F 2 一油冷器；3 一空气净化器；{ 一 柴油l螳曲机{5 一排气系统 i 6 一驱动装置 7 一操作室 {a 一 防护顶 F 0 一空气净化器；l o 柴油发动机 -【 1 一驱动装置；1 2 一材料耱 F l 3 一对地压力 维普资讯 掘 机高 5倍 。K S M 斗 齿 的排 列 布置 形式 使 其 不仅 能 切割 物 料 ， 而且 还 可破碎 物 科 ． 所 以说 它的开 采过 程 本身 就 是松动 与破 碎的 结 合 。 装 在斗 轮 内部 的控制 装置 在 铲斗 底板 被 卸 掉后 即可 进行 维修 位于 斗轮 中部 的两个 行 星 齿轮 箱 ， 由 管 子 隔开 ， 使横 向 力传到 两侧 斗轮 的 两 个驱动 装 置 在 内侧 用机 械 式离 台 器 莲在 一 根轴 上 ，从 而 可 同 步 转 动 。为 了防 止变形 ，各斗轮 中部 没有 定位 螺栓 2 ． ■进 暴统 输送 系统 由 4条胶 带 输送 机 组成 。在 两 个外 侧 斗轮后面的机器两侧各有一条 受料胶带输送机，它 把 外 侧 斗 轮 卸 下 来 的 物 料 输 送 至 位 于 K S M 中部 的 主 胶 带机 上 。斗 轮 组 中部的 两 个斗 轮 则 直接 把 物 科 卸 到 主胶 带机 上 。这 种 非槽 形 的受 料 胶 带机 仅 有 一 个 驱动 滚筒 和尾 滚筒 ， 狡 带 由一 个 滑动面 支 掉 。由于 这 种 狡带 机的 优 良滑 动性 ，使 其输送 截 面 大 得 足 以 适 应任何 作 业条件 ． 受 科 技带机 为组 件式 结构 ， 可 以 与驱 动攘 筒和尾 部攘 筒一 起快 速 更换 。 主胶带 机的 倾 角在 受科段 约 为 l 5 o ，在 卸料段 约 为 2 5 ，为 了达到 要求 的摩 擦 系数 ，使用 了 一条槽 形 的带防滑棱条的胶带 ，槽角约为 4 0 。卸料臂 由一个 球 式旋转 轴 承支撑 ，井 由一 个 液压油 缸控 制其 变幅 ， 回转 范 围是 2 1 I 。 。 3 ．辋结构机黎 钢结 构机 架是 一种焊 接 的 、 抗扭 的 箱形 结构 ， 包 括 l a 、一 个放 柴油 发动机 的底 架 I b 、一 个安 放可 回转式 卸料 输送 机的 平 台 ； c 、一 个连 接斗 轮头 邮的 机架 } d 、主 提升 油缸 和履带 的连 接机 构 ； e 、后邮球形支撑的连接机构 机 架的倾 斜 横向和纵 向 由两 个液 压油 缸调 整 图 2 。机架 能 够相 对于 履 带 进 行纵 向 和横 向 的 倾 斜 ，因 此 K S M 可开 挖 斜 坡 道和 在 斜坡 上进 行 作 业 。 调整 K S M 的纵向水平面可确定所需的切割探度 最 大 为斗轮 直径 的 7 5 ， 或者 可使 设备 向上 驶出 采掘 区域 } 调整横向水平面 ， 可使设备沿着矿层的起伏进 行采 掘 。 4 ．■ 带 两条 单链 履 带的 框 架及 连 接机 构 可与 标 准 的 履 带 最 大 K S M2 0 0 0 ， 或 克 虏 伯 自 制 的 履 带 如 K S M4 0 0 0 匹配 。 每条履带都 由一个液压驱动装置驱动 ，此驱 动 装 置 由泵 和马 达 组成 。作 业 时 的行 走速 度 在 切 割 深 度 达 墅 斗 轮直 径 的 7 5 时 约为 2 m／ ml n， 移动 时行 走 速 度约 为 3 ． 2 k m／ h 。 与轮 斗挖 掘机 和悬 臂 式 采 蝶机 所 不 同 的 是 ，露 天 采矿机 和轮 式挖 掘 机必 须 靠 履带 来 产 生 部分 的 切 割 力 ， 这 就需 要履 带的 对 地压 力尽 可能均 匀 分布 ， 以 便 产生最 佳 的牵 引力 。通 常 ，对于 K S M 这 种下 挖作 业 形 式的 斗轮 式挖 掘机 来 说 ，设 备 的后 部 应 配 备平 衡 重 ，以抵 消 叼割 力 的影 响 ，然而这 样 做的 后果 是 ， 设 备的重 量将 台大 幅度 的增 加 。 为了 避免 这种 情况 ，在 K S M 斗轮 的 后下 方安装 一一个 精撬板 ． 它总 是 与地 面保 持接 触 ， 并把 部分垂 直 力从斗轮传至地面 圉 1 支撑力 F 和 F B 相等， 履 带 对地 压 力分布 均匀 。 滑撬扳 的第二个极为重要的作用是准确地调整 切割深度 通 过 调整精 撬 板相 对 于斗 轮 底部 的位 置 ， 可使 设 备沿 着矿 屡的倾 向 进行开 采 。 在 设 备设 计 中 ，一外 侧与 内侧 斗 轮 之 间 各留 有 一 个 空 间用来放 置变速 墨 。当开采 坚硬 物 科时 ， 在 矿 层 的底 板上 可 能 留下 一 条矮 岩 棱 ，这 时装 在 滑 撬 板 前部 的 犁板 可 除掉 这 条 岩棱 ，从 而 开 出一 条 平 坦 的 道路。 5 ．驱 动 暴统 K S M 的 动 力驱 动 方 式 可 随 用 户 的 具 体 要 求 而 定 ．青三 种 可供选 择的 驱 动 系统 1 柴油 液 压驱动 根据 K S M 规格 大 小 ，各液 压泵 和 液压马 达 以 独 立的 回路 与两 台柴 油发 动机 和一 个 配液 器连 接 I 2 檗油 电 力驱动 由柴 油发 电机 发电 ，供 各 电动机 驱动 各 种工作 一 - - Q J 哲 矿 J f 1． } r J 『J 。 一一 I J 喧 儡动轴 图 2 KS M 上部 结构 的水 平{ 呵整 维普资讯 技 术 最 据 袭 2 项 目 单 位 K 嗣岫 0 0 0 KS M● 0 0 0 栗煤量 1 7 5 0 3 5 0 0 斗轮直径 3 ． 1 5 3 ． 6 6 切割竟度 5 ． 3 斗轮转敷 m Ln - 1 l 0 l 0 铲斗数量 I O l 2 斗轮驱动功事 0 6 0 7 2 0 带竟 ‘ 受料腔带机 1 ． 0 1 ． 4 主腔带机 1 ． ● 1 ． B 带 建 5 3 ． B 履带链轮的间蓖 5 ． 5 8 ． 7 2 履带的型号 D 0 克虏伯 履带板的宽度 0 ． 8 I _ 2 行驶连度 0 ～5 B 0 ～5 8 服务重量 l 6 0 S 6 0 机掏，如斗轮电动机 行走电动等， 3 电力驱动 由拖动的电缆向各个电动机供电，以驱动各种 工作机 构 。 三、开 采 方 式 带切割滚筒的连续式露天 采矿机，在作业过程 中的遗 行速度通常大约在 8 ～2 m／ m_岫的范围内．如 果它们配合汽车使用． 那 ／厶汽车的发动机、 离台器和 齿轮箱的唐损就会由于不断的启动 、停车而有显著 的 增加 。 如 果这 种连 续 式露 天 采 矿机 与胶 带 输 送 机 配 合 使用 ， 邪么困难就会比配 台汽车运输还要多，因为它 的作业 速度太快 了。因此移动式胶带输送机 的履带 行走机 构的设计必须符合这种要求 。转载点处的 问 题也很大 ， 物料可能堆住 ，然后从驶带上撒下来 ，从 而必须捧止运转调整设备．毫无疑阃 ， 这就是到 目前 为止．这 种连续式露天采矿机只能与非连续 的运输 系统 配合使 用 的原 因 。 克虏怕露天采矿机 K 在这两种基本的开 采 方式中均可使用， 既可配合汽车 ， 也可配合工作胶带 输送 机 。 1 ．慑 辩式 开采 这种工艺可用来开采庠煤层和具有多种煤质的 煤 层 。 首 先沿 开 采方 向 在煤 层 上 开 出一 个斜 坡 道 ．坡 道 沿整 个 矿 的 长 度延 伸 ，由 连 续 式 露 天 采矿 机 c 跚 接相应的倾斜进行分层开采 。 每个分层都由数 个平行的采掘带组成 ，采掘带的宽度与 CS V [ 的切割 宽度一样 ， 即 C S V [ 在坡道上来回运行的同时对物奉 丰 做条形切割。 采出的物料由工作面裁胶带机维运出 ．谈机组 由 几台 标准 型胶 带机 组成 ， 一台 接着 ～台 ． 该机 维把 露天采矿机与工作面移动式驶带机连赢起来 。 为 与露 天 采矿 机 的 进度 一 致 ，转赣 胶带 机 维必 须做横向移动 图 3 。 围 3 箭辩式开采 暴统 s 卜 - ■天采矿机 c M一标准瘟腔带机{ s c -移设式腔带机 2 ．遗择 开采 连 续 式 露天 采 矿 机非 常适 用 于 对 舍 有岩 石 夹 层 的复杂矿层进行选择开采，此时不需增加辅助设备． 图 { 配合汽车进行选择性开采 图4 表示K s M与汽车配合时的作业原理 挖掘 开蛤时 K s M挖一个下坡道并开采水 平分层 l 曩 接采 1 2 翘 维普资讯 矿推进方 向要 求机器作横向移动 。当 K S M开采到终 点时 ，挖出一个上坡道。汽车位于工作啊部与 K S M 平行行驶 。当K S M 调回头来即可开始开采与 前一个 分 层 相平 行 的分层 1 b 。 当设备 到达 韧始 开采 点时 ， 则 开 始开采 下一个 分层 2 a ／ 2 b 。在这个 过 程 中 ，汽车可 以在坡道上和岩石夹层上行驶和装载。当岩石丧层 上部 的煤 层被 采掉 后 ，K s M 即可 以 以 一种 特殊 方 式 挖 掘坡 道 。 当 K s M 与移 动 式 转 载 机 和 移 设 式 胶 带 机 一 起 作业时 ， 其作业原理同上。 与配合汽车装载作业相类 似 ，K s M在每侧开挖斜坡道 。在采掘带全部挖完后， 即 以一种 特殊 的 方式 再将 斜坡 道挖 掉 图 5 。 j - ●’‘‘ _ L‘ 一 一 一 ●一 r T ’ _ [ [ ． ’ l 星 7 卜J 、 一 ／／． ／ ／／J／／／／／／ 441 1 ‘ ，，，／， 重量 璃 妻 ． 一一 l } 图 5 配合胶带输送机进行选择开采 开采作业 同样也是从矿层的上部至下部平行进 有散时间 4 0 0 0 小时，配合一条 2 k m长 的胶带输送机 行 。当整个采捆带开采完毕后， 胶带输送机系绕平行 系统 相 当于 5 辆汽车的运输能力 。这个测算也考 移到新位置．移设步距等于 4十条带宽度。 虑了十年的折 旧期限 ，美元的 利率以及动力和工资 四 、 费用 霪 姜 霎 言 嚣 嚣 我们 已对 K 蛳的费用做了一个溯算 条件是 年 汽车系绕至少低 2 5 图 。 叠用 百万羹元 设鲁费盘 人工蕾曩 蠢●尊台对比 图 6 针对 K S M4 0 0 0 所作的几种不同系统 的比较 五 、 结论 羹 克 虏伯 公 司的露 天 采 矿机 不 仅特 别 适用 于 煤 炭低 将会 是很 可观 的 。 工业 ． 而且 也可 用 于开 采其他 矿 物 ，以及土方 建筑 工 德 国 克虏 伯 套 司 料 ． 墙 国虹 译张敏 媛 校 程 使用 K S M要降低人工及维修的费用，减少所需 1 3 维普资讯 德 国煤 炭加 工 利用研 究现状 煤 炭科 学研 究总院 高级 工程 师 叶显彬 德国是煤炭加工利用技求发达的国家 。在 目前 世 界 煤炭 经济 形 势不景 气 的情 况 下 ，煤 炭研 究 和开 发工作一直得 到德国煤 炭产业、联邦政府和州政府、 欧洲共同体以及其它有关机构的支持 ，不断取得新 的 研究 成果 。他们 根据 本 国情 况制 定 的研 究 发展 计 划．值得我们参考 。 一 、煤炭生产和利用概况 在过 去 3 D年 中 ， 煤 炭 在德 国初级 能 源平 衡 中的 作 用 已经发 生 了很大 变化 。 1 9 5 7年 ， 西 德 总能祸l 消 耗 是 1 9 Mr 标准煤 ， 其中 8 5 艋为褐煤和烟煤。 在过去 3 0 年 中褐煤 生产 几乎 保持 在原 有水 平 ，而 烟煤 生 产 则 下降近 5 O ．现在大部分初级能需i 需求是由石袖提 供的。近 6 0年，先是瓦斯 ．然后是棱能在初级能源 平 衡 中所 占的比 例不 断增 加 表 1 。 煤 炭 主要用 在发 电厂 消耗 5 6 和焦化厂 消耗 3 5 。占初级能 源的 5 0 以上 的供 热市 场仅 消 耗 5 的煤 炭 。 大多 数煤 炭 是 由鲁 尔区 生 产的 ．较 少 量 来 自萨 尔 、亚琛 和伊本 比 伦区 。进 口煤 占总 量的 8 。 煤炭开采的矿井深度超过 1 0 0 0 m。尽管 煤矿开 采已实现高度机槭化作业 ． 生产效率高 ， 但是每吨烟 煤的平均生产费用约为 2 6 0德国马克，而进 口的动 煤 炭生 产 置捌 用■ 况 裹 1 能源消耗 煤炭 总计 3 9 MI 标准媒 利用情况 产地 硬煤 1 9 螺 炭 3 5 鲁 尔7 1 褐攥 8 供热 5 蒴尔 1 2 瓦斯 1 6 亚琛6 棱 能 1 2 发电5 6 伊本比伦3 石抽 2 其它 盎口8 其它3 力煤价 格 稍低 于每 吨 1 0 0穗 国 马 克 ，进 口炼 焦用 煤 价 格 稍高 于每 吨 1 0 0德 国马 克 。 因此 ． 国产煤 炭 无法 与进 口煤 炭相 竞争 。 所 以德 国民 用煤 需要 补贴 。 燃煤 发电通过用户电费得到补偿 ，而焦炭生产剐由政府 补 贴 。 二 、煤炭利用研究的主要 目标 德国是一个在堞加工和转化技术上富有经验的 C T型信号及电话通信装置 顿涅菠克煤矿机械设计院等单位 研制的 y C T型 信号及电话通信装置 ， 可以保证警告信号、 电码信号 及事故 声响信号．还可确保与 A YK型控制装置或沿 远距离输送机设置的通信装置保持双 向电话联 系 该 型装 置 也 可 用作 功 率 在 1 5 0 V A 以 内 的 3 6 V 电 压 电源 。 y C T型 信 号 及 电 话 通 信 装 置 的 主 要 技 术 数 据 是 额 定供 电 电压 1 2 7 ／ 3 8 o ／ 6 6 o v 信 号 器 为 3 6 2 V ．额定频率为 5 0 H z 时的所需功率 1 8 0 V A，信号 器供 电输 出电路 的最 大功 率 1 5 0 5 V A， 通 信 装置 上 最多可接 1 J个信号器，接在声响传感器上 的电缆 l 4 长度 不超 过 3 m。 渡型 通信 装置 可 完 成下 列 主要 功 能 接 通 沿输 送机线布置的信号器； 沿输送机线发送电玛信号 f 信 号装置之间的双向电话联系}自动监测声响信 号器 的信号再生}监视信号器供电电路的保险丝是 否完 好 无 损 f声响 信 号再 生的 监 铡显 示 用 内眼 可 目视 到 等 。 根据在马凯耶夫煤炭生产联合公司所属矿井的 试验结果 ，Y O T型信号及电话通信装置可投人批量 生产 。 Yp o ． y a ，1 9 9 0， № 1 ，3 6保 竹译 维普资讯