煤矿机械CoalMineMachineryVol.36No.03Mar.2015第36卷第03期2015年03月doi:10.13436/j.mkjx.2015030320引言露天矿山工艺选型过程中，单斗卡车间断工艺由于其机动灵活，建设速度快，开采强度大等优点，在我国得到广泛的应用。然而，间断工艺受运距、设备效率等影响较大，挖掘机和卡车的选型及匹配是否合理直接决定矿山的生产成本和经济效益。在间断工艺系统中，挖掘机生产的整个循环时间主要包括采装卸载时间、等装时间及卡车入换时间。而对于卡车来说，其运输循环周期包括：装载时间、重车运载时间、卸载时间、空车回行时间、等车时间及车辆入换时间。从挖掘机的整个工作运行时间中可以看出，要想提高挖掘机的生产效率，采用大型的卡车有利，可减少卡车在工作面的入换次数，提高挖掘机的纯装车时间。但是，从卡车的工作循环周期中可以看出，选用大型车会增加其装载时间及等车时间在整个周期比重，相应的运输时间比重减少，卡车的运输效率会下降，并且大型车量对于道路和工作面台阶的要求比较高，维护及辅助作业难度加大。因此，从卡车效率出发，优先选用小型车辆，但会导致车流密度加大，维修和组织工作量增加。在过去设备选型中，由于电铲的成本高，数量少，在设备选型及匹配时优先考虑电铲的效率。随着我国装备制造工艺和技术的高速发展，大型挖掘机的生产成本逐渐降低，而随着油价及维修配件成本的上涨，生产运营的成本却不断增加。因此，在露天矿间断工艺设备选型时，应根据实际情况，兼顾电铲和卡车的共同效率，优化匹配关系，充分发挥其能力。露天矿车铲匹配应同时考虑数量匹配和型号匹配2个方面。数量匹配表现为一辆挖掘机应配多少量卡车，即车铲比；型号匹配表现为一台挖掘机装载多少勺斗能装满一辆卡车，即勺容比。两者的合理匹配是提高露天矿设备效率，决定间断工艺经济效益的关键因素。1车铲比的合理优化车铲比即指每台挖掘机配备的卡车数量，合理的车铲比，能同时最大限度地发挥挖掘机和卡车的效率。对于单台挖掘机，如果配置的卡车数量较少，则挖掘机的欠车时间增长，其效率降低；如果配置的卡车数量过多，则卡车的等车及入换时间加长，其效率降低。在实际生产中，常用卡车的运输周期时间与挖掘机的装车循环时间的比值表示实际生产车铲比，即车铲比N=TqTd式中Tq———卡车运输循环周期，min；Td———挖掘机装车工作循环周期，min。上述方法统计和计算过程比较简单，但由于在生产过程中存在诸多不确定性因素，各个环节的时间都露天矿单斗-卡车间断工艺车铲匹配优化研究*常治国，陈亚军，毛金峰(新疆工程学院，乌鲁木齐830091)摘要：针对露天矿车铲匹配两大关键因素车铲比和勺容比，分析了两者的选取对于露天矿设备效率发挥的影响，得出合理的车铲比可减少挖掘机欠车和卡车等车时间，合理的勺容比应综合考虑卡车的车厢容积和额定载重，根据装载物料的性质选择的结论。关键词：露天矿；车铲匹配；车铲比；勺容比中图分类号：TD824文献标志码：A文章编号：1003－0794（2015）03－0074－03ResearchofReasonableMatchingofShovel-truckTechnologyinOpenPitMineCHANGZhi-guo,CHENYa-jun,MAOJin-feng(XinjiangInstituteofEngineering,Urumqi830091，China)Abstract：Aimingatthetwokeyfactorsoftheopen-pittruckshovelmatching,thenumberratioandthevolumeratiooftruck-shovel,theirinfluencesontheefficiencyoftheequipmentofopen-pitmineareanalysed.Resultsindicatereasonablenumberratiooftruck-shovelcanreduceexcavatorlesscarsandtruckswaitingtime.Thereasonablevolumeratioshouldbeintegratedintothetruckcarriagevolumeandratedloadandaccordingtothecharacteristicsofloadmaterialstobeselected.Keywords:surfacecoalmine;matchingofshovel-truck;numberratiooftruck-shovel;volumeratiooftruck-shovel*新疆维吾尔自治区科技支撑计划项目(201333111)；新疆工程学院校内科研基金课题（2013xgy011512）74

第36卷第03期Vol.36No.03露天矿单斗-卡车间断工艺车铲匹配优化研究———常治国，等是随机变量，且采掘工作面是随着生产进度不断移设的，在实际生产中仍会出现卡车排队等装或挖掘机空铲等车的情况。通常车铲比与挖掘机和卡车效率的关系如图1所示。当车铲比较小时，挖掘机的欠车时间及成本较高，其效率较低；随之车铲比的逐渐增大，卡车的等车时间及成本也随之增大，卡车的效率会相应降低。因此，无论是卡车等铲还是挖掘机欠车，都会影响到整个系统的效率。在生产中，应做好日常组织管理和生产调度，根据实际生产情况情况及设备运行情况，及时合理分配车流方向，控制欠车时间和等车时间，充分发挥效率。图1车铲比与挖掘机和卡车效率的关系1.挖掘机欠车时间、挖掘机成本、卡车效率2.卡车等铲时间、卡车成本、挖掘机效率2勺容比的合理优化露天矿车铲匹配，不仅在数量上协调一致，在型号的选择上，也应适应露天矿生产规模的要求。对于露天矿设备选型时，一般根据产量规模定铲，如果矿山年生产能力很大，而选用的车铲规格偏小，会造成设备数量过多，车流密度过大，车铲等车时间加长，效率降低。定铲后，卡车的选型也应与挖掘机配套。卡车型号过小，挖掘机装满一车所需的勺斗数少，车辆入换的次数及时间相应增加，影响挖掘机的效率发挥。卡车型号过大，装满一车的勺斗数增加，卡车等车时间增加，效率下降。因此，设备选型时应考虑选择合理的勺容比。在开采过程中，挖掘机采掘矿岩排卸在卡车上，物料不变。若直观地根据采运设备的容积之比来表示勺容比，则根据车铲容积确定的勺容比R1=VqVdK式中Vq———卡车的车厢容积，m3；Vd———挖掘机铲斗容积，m3；K———挖掘机满斗系数。然而，对于自卸卡车，其常用的单位为t，一般说卡车的能力是指其额定载重，因此，根据体积计算的勺容比存在不满厢或超载的情况，此时计算勺容比应考虑装载物料与额定载重的关系，即由车铲额定载重确定的勺容比R2=QηVdρK式中Q———卡车的额定载重，t；ρ———挖掘机装载的物料容重，t/m3；η———矿岩的松散系数。在实际生产中，取上述两者中较小者作为最终的生产勺容比，即实际生产勺容比R=min（R1，R2）在卡车额定载重一定的情况下，可根据装载物料的松散容重来确定合理的车厢容积。在露天矿山采深一般较大，从地表到坑底岩石的物理力学性质变化很大，即使在同一台阶工作面，也可能由于地质结构等原因造成岩性的不同，因此，为保证卡车车厢容积及额定载重均能有效利用，需根据所装运矿岩的松散容重合理配型。自卸卡车的重要参数额定载重容重γ，即汽车的额定载重Q与其车厢容积Vq之比。一般情况，若卡车的额定载重容重γ与装载的物料容重ρ相同时，此时容积勺容比R1与容重勺容比R2计算的结果是一致的，但是这种情况很少。通常，各类自卸卡车的额定载重容重γ≈2，而不同的矿岩容重却相差较大。当ρ＜γ时，车厢装满也达不到额定载重，受车厢容积限制，卡车效率发挥不出来；当ρ＞γ时，车厢未装满时即达到了卡车的额定载重，车厢体积有空余不能完全利用，且挖掘机司机会将车厢装满导致过载，容易出现事故。因此，遇到这2种情况时，进行匹配原则：当ρ＜γ时，即装载物料较轻，勺容比倾向于选择容积勺容比R1；当ρ＞γ时，即装载物料较重，勺容比倾向于选择容重勺容比R2。3实例分析新疆某露天矿设计年生产原煤5Mt，主采煤层为6#煤层，近水平赋存，剥离采煤均采用单斗-卡车间断工艺。采场自上而下由黄土层、岩石层和煤层组成，黄土层厚度20m，岩层65m，煤层厚15m。现阶段，地表黄土自采场采出后经工作帮移动坑线就近排弃到西排土场，平均运距0.8km。部分岩层外排到东排土场，部分岩石运输到坑底，进行内排土场的初期建设，平均运距3.2km。煤经过北帮固定坑线运送到坑口筛分后装车外运，平均运距2.5km。该露天矿挖掘设备主要采用的是国产太原重型机械厂生产的WK10B型挖掘机，其标准斗容为12m3，主要运输设备为本溪重汽生产的BZQ31470型卡车，额定载重85t，以及湘潭SF31904型卡车，额定载重108t。根据矿岩性质，对车铲进行匹配计算，寻找最优的车铲匹配模式，结果见表1。12效率车铲比75

第36卷第03期Vol.36No.03露天矿单斗-卡车间断工艺车铲匹配优化研究———常治国，等表1不同型号车铲匹配方案根据我国生产经验，车铲勺容比一般取R=3～7，由于运输距离决定了卡车运行循环周期，为了避免车铲比波动较大，一般勺容比的取值需要参考运距长短。当运距＜1km时，取R=3；当运距为1～3km时，4≤R≤6；当运距为4～5km时，取R=6～7。对于黄土层，由于其容重较小，且平均运距为0.8km，故运输设备选用BZQ31470型自卸卡车，勺容比取3。开采岩层，选用85t和108t卡车时，分别需要装载4斗和5斗，由于运距3.2km，且装载5斗可提高挖掘机的效率，故岩石采用SF31904型自卸卡车。煤运输采用85t卡车时，容积勺容比比容重勺容比小得多，故运输时额定载重不能充分利用，而对于108t卡车相差不大，故运煤选用SF31904型自卸卡车，勺容比取5。对于该矿山，卡车重车爬坡速度为15km/h，空车下坡速度为20km/h，挖掘机装载每斗的循环时间为38s，根据矿山实际生产数据统计，生产车铲比为整数值或接近整数值时，车铲效率能最大程度发挥，最终得出黄土，岩石和煤层的合理车铲比为3、7、6。计算过程如表2所示。表2合理车铲比计算4结语（1）露天矿车铲匹配应同时考虑数量匹配和型号匹配2个方面，即车铲比和勺容比，两者的合理匹配是提高露天矿设备效率，决定间断工艺经济效益的关键因素。选择合理的车铲比可减少挖掘机欠车和卡车等车时间，降低不必要的生产投资。选择勺容比时应综合考虑卡车的车厢容积和额定载重，根据装载物料的性质选择合理的勺容比；（2）对我国某露天矿进行分析，得出：黄土运输选用BZQ31470型自卸卡车，勺容比为3，车铲比为3；岩石运输选用SF31904型自卸卡车，勺容比为5，车铲比为7；运煤选用SF31904型自卸卡车，勺容比为5，车铲比为6；（3）露天矿采用单斗-卡车间断工艺时，车铲选型应与采剥总量相适应，设备数量不能超越合理车铲比范围，车铲数量过多或过少都是不合理的。参考文献：［1］韩万东，宫玉成，贾伟，等.某露天矿扩能工程主要设备选型［J］.煤矿机械，2012，33（2）：1－2.［2］冯辉.露天煤矿间断工艺车铲合理匹配研究［J］.露天采矿技术,2013(12):28-30,33.［3］杨曌,王忠强.安家岭露天矿剥离量激增后设备选型配套研究［J］.煤矿机械,2013,34（12）:168-170.［4］刘永杰,刘敬玉,王广明.优化配车方式提高车铲效率［J］.露天采矿技术,2002(1):17,21.［5］李汇致.露天矿山单斗一卡车工艺车铲选型研究［J］.煤炭工程,2007(10):61-65.［6］陈建兵.露天矿山采矿设备选型的几点体会［J］.矿山机械,2010,38(11):26-28.［7］陈树召,李克民,周伟.露天矿间断工艺车铲匹配优化研究［J］.有色金属,2007,59(6):4-7.［8］王中琪.露天矿装运作业中自卸汽车和挖掘机的选型及匹配［J］.非金属矿,2002,25(2):41-42.［9］周玉民.露天矿汽车运输合理运距的确定［J］.煤矿机械,2002，23（8）:85-86.作者简介：常治国(1987-)，山西太原人，硕士学位，毕业于中国矿业大学露天采矿专业，现任教于新疆工程学院采矿工程系，从事露天采矿方面的教学与科研工作.责任编辑：丛培建收稿日期：2014－11－31车铲比(3)3.2(7)6.9(6)5.9物料黄土岩石煤运输设备BZQ31470SF31904SF31904运距/km0.83.22.5运输/min3.212.810勺容比355卸载/min111装载/min1.93.23.2等装入换/min1.51.31.1BZQ31470SF31904物料物料松散系数物料容重/t·m-3铲斗满斗系数挖掘机铲斗容积/m3车厢容积/m3额定载重/t容积勺容比容重勺容比车厢容积/m3额定载重/t容积勺容比容重勺容比黄土1.21.470.95124085（3）3.5（6）6.158108（5）5.1（7）7.7岩石1.42.730.85124085（4）3.9（4）4.358108（5）5.7（5）5.4煤1.351.780.9124085（3）3.7（6）6.058108（5）5.4（7）7.6≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤黑龙江科技大学主管哈尔滨煤矿机械研究所主办欢迎订阅《煤矿机械》杂志（月刊）《煤矿机械》为全国中文核心期刊，美国《剑桥科学文摘》收录期刊，中国学术期刊综合评价数据库来源期刊，中国科学引文数据库来源期刊，中国期刊网全文收录期刊，中国学术期刊（光盘版）全文收录期刊，中国万方数据资源系统数字化期刊群全文入网期刊，黑龙江省优秀期刊。主要内容：煤矿的开采、掘进、运输、支护、排水、通风、露天机械和选煤设备的研究、设计、制造、使用、维修等方面的技术论文，报道通用机械新技术、新工艺和新材料及成果等。主要栏目：专题综述、设计计算、试验研究、问题探讨、工艺装备、产品结构、革新改造、使用维修、计算机应用、故障诊断、国内外成果及动态。读者对象：主要是煤矿及通用机械相关行业的大专院校师生、科研院所及工矿企业工程技术人员和管理人员。《煤矿机械》杂志每月10日出版，标准大16开，国内外公开发行，邮发代号：14－38，国际刊号：ISSN1003－0794，国内刊号：CN23－1280/TD。可到当地邮局或直接联系本刊广告发行部（0451－58957538）订阅。定价：每册15元，全年180元，可单订，也可整年订阅。76