露天矿生产工艺采装

现代化露天矿山的采装工作，是指用采掘设备将矿岩从整体母岩或松散爆堆中采集出来，并装入运输容器或直接卸到一定地点的工作。采装工作是露天矿开采全部生产过程的中心环节。采装工艺及其生产能力在很大程度上决定着露天矿开采方式、技术面貌、矿床的开采强度和最终的经济效果。

采装工作的主要设备是各种挖掘机和土方工程机械。挖掘机分单斗和多斗两大类，目前国内外的金属露天矿最广泛应用的是单斗挖掘机，并以电铲为主。

单斗挖掘机使用一个铲斗进行周期性作业的挖掘机械。铲斗以挖掘、回转、卸料、返回为一个周期循环挖掘物料。单斗挖掘机主要用于挖掘基坑、疏浚河道、剥离表土和采掘矿石等作业。工作时机器不走动，机器在停机处将所能挖到的物料挖完后移动一段距离，在新的位置重新挖掘（图1）。

单斗挖掘机是露天矿山最主要的挖掘机械，类型很多。根据其工作装置的联结方式不同，分为正铲、反铲、刨铲、拉铲和抓铲5种；按行走方式分为履带式和轮胎式两类；按传动方式有机械传动（机械铲）和液压传动（液压铲）两种；按动力装置分为电动机驱动（电铲）、柴油机驱动（柴油铲）和蒸汽机驱动（蒸汽铲）3类。目前露天矿山大多采用电动机驱动、机械传动的正向铲，简称电铲。

1）电铲工作原理

电铲主要组成部分包括工作装置、回转装置、行走装置、动力设备及机房等。其中工作装置包括铲斗、斗柄、开斗底装置、悬臂、悬挂悬臂的钢丝绳、双脚架及提升钢丝绳等。铲斗和斗柄刚性联结，当斗柄由推压机构的作用把铲斗伸出的同时，提升钢丝绳在提升机构作用下把铲斗提起，通过伸出铲斗和提升铲斗的密切配合，即可把矿岩装入铲斗内。

由于悬臂是固定在挖掘机回转平台上的，而回转平台又是活套在挖掘机底座的中心轴上。在回转装置作用下，悬臂、斗柄和铲斗随着回转平台旋转到任何一个需要卸载的方位，使铲斗对准运输容器或卸载点，启动开斗底装置将斗门打开进行卸载。

电铲一般用履带行走。

2）电铲主要工作参数

电铲主要工作参数包括挖掘半径、挖掘高度、卸载半径、卸载高度和下挖深度（图2）。

（1）挖掘半径（R W）：挖掘时由挖掘机回转中心至铲斗齿尖的水平距离。铲斗最大水平伸出时的挖掘半径称为最大挖掘半径（R W.max）；铲斗平放在站立水平面的挖掘半径称为站立水平挖掘半径（R W.Z）。

（2）挖掘高度（H W）：挖掘时铲斗齿尖距站立水平的垂直距离。铲杆最大伸出并提到最高位置时的垂直距离称为最大挖掘高度（H W.max）。

（3）卸载半径（R X）：挖掘时由挖掘机回转中心至铲斗中心的水平距离。铲杆最大水平伸出时的卸载半径称为最大卸载半径（R X.max）。

（4）卸载高度（H X）：铲斗斗门打开后，斗门的下缘距站立水平的垂直距离。铲杆最大伸出并提到最高位置，当斗门打开后，斗门的下缘距站立水平的垂直距离称为最大卸载高度（H X.max）。

（5）下挖深度（H X.W）：铲斗下挖时由站立水平至铲斗齿尖的垂直距离。

3）液压挖掘机

大型液压挖掘机发展迅速，许多新老矿山都已普遍采用（图3）。挖掘机上应用液压传动的系统主要有先导控制液压系统、回转液压系统、行走液压系统、工作装置液压系统等,它具有结构紧凑、动作灵活、运行平稳、操作方便等优点。

大型轮式装载机和轮斗式挖掘机

轮式装载机，又称前端式装载机是一种新型的露天矿采装运设备（图4）。它由柴油发动机驱动和液压传动，一机多能，轻便灵活，即可以向运输容器装载，又可以自装自运，还可以用来牵引货载及清理工作面。

露天矿连续开采工艺比较有效的采掘设备是轮斗式多斗铲，它与胶带运输机配合，可实现连续开采。

3 采掘工作面参数

露天矿工作面参数主要包括台阶高度、采区长度、采掘带宽度和工作平盘宽度。工作面参数合理与否，不仅影响挖掘机的采装工作，而且也影响露天矿其它生产工艺过程的顺利进行。

1）台阶高度

台阶高度大小受各方面因素的限制，如挖掘机工作参数、矿岩性质和埋藏条件、穿孔爆破工作要求、矿床开采强度及运输条件等。台阶高度大，台阶数目减少，有利于降低成本，但露天边破稳定性降低，因此，必须综合考虑经济、技术和安全因素，确定合理的台阶高度。

（1）平装车时的台阶高度

平装车即运输设备与挖掘机在同一水平工作。从保证安全的角度出发，挖掘不需要预先破碎的松散软岩时，台阶高度不应大于挖掘机的最大挖掘高度；挖掘坚硬矿岩的爆堆时，台阶高度应能使爆破后的爆堆高度，不大于挖掘机的最大挖掘高度；为提高挖掘机的满斗程度，松软矿岩的台阶高度和坚硬矿岩的爆堆高度，不应低于挖掘机推压轴高度的2/3。（2）上装车时的台阶高度

上装车即运输设备位于挖掘机所在台阶的上部平盘。为使矿岩装入上平盘的运输设备，台阶高度应根据挖掘机最大卸载高度和最大卸载半径来确定。

2）采区长度

采区长度又称挖掘机工作线长度，是指把工作台阶划归一台挖掘机采掘的那部分长度。采区最小长度应至少保证挖掘机有5~10天以上的采装爆破量。实践证明，汽车运输采区长度不应小于150~200m；铁路运输不应小于列车长度的2~3倍（约400m）。

3）采掘带宽度

采掘带宽度即以此挖掘的宽度。采掘带过窄，挖掘机移动频繁，作业时间减少，生产能力减低，同时增加了履带磨损；采掘带过宽，挖掘机挖掘条件恶化，采掘带边缘满斗程度降低，残留矿岩增多，清理工作量增大，也会降低挖掘机生产能力。

4）工作平盘宽度

工作平盘是进行采掘运输作业的场地。保持一定的工作平盘宽度，是保证上下台阶各采区之间正常进行采剥工作的必要条件。

工作平盘宽度取决于爆堆宽度、运输设备规格、设备和动力管线的配置方式以及所需的回采矿量。仅按布置采掘采掘运输设备和正常作业所必须的宽度，称为最小工作平盘宽度。其组成要素如下：

（1）汽车运输时最小工作平盘宽度（图5）

汽车运输时最小工作平盘宽度（B min）按下式计算：

式中：b—爆堆宽度；

c—爆堆坡底线至汽车边缘的距离；

d—车辆运行宽度（与调车方式有关）；

e—线路外侧至动力电杆的距离；

f—动力电杆至台阶稳定边界线的距离，一般3~4m；g—安全宽度。

（2）铁路运输时最小工作平盘宽度（图6）

铁运输时最小工作平盘宽度（B min）按下式计算：

式中：c1—爆堆坡底线至铁路线路中心线间距，通常2~3m；

d1—铁路线路中心线间距，同向架线大于6.5m，背向架线大于8.5m；e1—外侧线路中心至动力电杆的距离；

f—动力电杆至台阶稳定边界线的距离，一般3m；

其它符号意义同式。