（采矿工程专业论文）露天矿矿用汽车自驱动整车提升运输系统研究.pdf

东北大学博士学位论文摘要 露天矿矿用汽车自驱动整车提升运输系统研究 摘要 针对我国深凹露天铁矿开采现状及运输系统存在的主要问题，对其深部高效 运输系统的关键技术之一“露天矿矿用汽车自驱动整车提升运输系统”进行了系 统分析与研究，认为提高深凹露天矿运输效率的途径之是改变运输系统的提升 方式。 通过对有代表性的外部驱动力卷扬整车提升运输系统、汽车自驱动+ 卷扬整车 提升运输系统、汽车自驱动整车提升运输系统的构造、原理及适用性的分析，认 为在不配置外部卷扬提升机的条件下，以被提升汽车的驱动力为提升动力，建立 汽车自驱动整车提升运输系统最合理。并首次提出新的构思方案汽车驱动轮 连接爬坡齿轮整车提升运输系统。 从技术和市场运营的观点分析，该系统最大的优点是只利用汽车自身的驱动 力，将重载汽车从采场底部沿斜坡提升线路提升至地表，而无需辅助动力。其特 点是汽车斜坡提升线路可随采场的降深及时下延，汽车运输距离成倍缩短，并 在整个开采期内基本保持一致；有利于实旄移动坑线开拓、陡帮开采，减少境 界内总剥岩量；取消联合运输系统采场内的转载，大幅度节约基建费用；现 有技术能够保证该系统的制造和施工。 本着技术可行，安全可靠，经济合理的原则，在定性与定量分析的基础上， 认为汽车驱动轮连接爬坡齿轮整车提升运输系统技术可行，系统安全可靠。 基于投资及运输成本分析，探讨了应用汽车驱动轮连接爬坡齿轮整车提升运 输系统基础方案的适用条件及经济合理性。认为自驱动整车提升运输方案比常规 汽车运输方案投资省、运输费用低，且整车提升运输方案技术先进，经济环保。 对提高国内深凹露天矿经济效益，延长露天矿开采服务年限，具有广泛的应用价 值。 关键词：深凹露天矿运输自卸汽车整车提升系统 东北大学博士学位论文a b s t r a c t s t u d yo nt h ew h o l el i f tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mo f s e l f - d r i v i n gm o t o r l o r r yi nd e e po p e np i tm i n e s a b s t r a c t i no r d e rt ot a c k l et h ek e yp r o b l e m si np r e s e n tm i n i n gc o n d i t i o na n dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi n d o m e s t i cd e e po p e np i tm i n e s s t u d yo nt h ew h o l el i rt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mo f s e l f - d r i v i a gm o t o r l o r r y i nd e e po p e np i tm i n e s ，w h i c hi sk e yt e c h n o l o g yi nh i g h l ye f f i c i e n ta n dd e e pt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i s m a d es y s t e m a t i c a l l y t h r o u g hs y s t e m a t i ca n a l y s i s ，i ti sc o n c l u d e dt h a to n ew a yt oi m p r o v ed e e po p e n p i tm i n e st r a n s p o r t a t i o ne f f i c i e n c yi st om o d i f yt h el i f t i n gm a n n e ro f t h et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m b ya n a l y z i n gt h es t r u c t u r e ，p r i n c i p l ea n da p p l i c a b i l i t yo f t h et y p i c a le x t e r n a ld r i v e nw i n dw h o l e m o t o r l o r r yl i f tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s e l f - d r i v e na u t o m o t i v ea n dw i n dw h o l em o t o r l o r r yl mt r a n s p o r t a t i o n s y s t e ma n ds e l f - d r i v e na u t o m o t i v ew h o l em o t o r l o r r yl i f tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，i ti sc o n c l u d e dt h a tu n d e r s u c hc o n d i t i o na st h e r ei sn oe x t e r n a lw i n dl i f t ，i ti st h ew i s e s tt oe s t a b l i s hs e l f _ d r i v e na u t o m o t i v e w h o l em o t o r l o r r yl i f tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，w i t ht h ed r i v i n gf o r c eo f t h el i f t e da u t o m o b i l ea st h el i f t i n g f o r c e i na d d i t i o n ，an e wi d e ai sp r o p o s e d ：a u t o m o t i v ed r i v i n gw h e e lc o n n e c t i n gc l i m b i n gg e a rw h o l e g e a rw h o l em o t o r l o r r yl i f tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m f r o mt h ep e r s p e c t i v eo f t e c h n o l o g ya n dm a r k e t i n gm a n a g e m e n t ，t h em o s to u t s t a n d i n ga d v a n t a g e o f t h es y s t e mi st h a ti tu s e sm e r e l yt h ed r i v i n gf o r c eo f t h ea u t o m o b i l ei t s e l f t ol i f tt h eh e a v ya u t o m o b i l e s f r o mm i n e b o t t o mu pt ot h es u r f a c ea l o n gs l o p el i f t i n gp a t h s ，r a t h e rt h a nu s i n ga u x i l i a r yp o w e r i t s f e a t u r e sa r ea sf o l l o w s ：1 s l o p el i f t i n gp a t h se x t e n da c c o r d i n g l yw i t ht h ed e e p e n i n gm i n i n gf i e l d ；a n d t r a n s p o r t a t i o nd i s t a n c es h o r t e n sl i n e a l l y ，a n dt h e yr e m a i nt h es a m ed u r i n gt h ee n t i r em i n i n gp e r i o d 2 j th e l p st od e v e l o pn e wm o b i l em i n ep a t h s ，m i n es l o p es i d e ，a n dr e d u c et h et o t a la m o u n to f r o c k p e e l i n gw i t h i nf i e l d 3 i th e l p s t ol e a v eo u tt h et r a n s i t i o ni nt h e j o i n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi nt h em i n i n g f i e l d ，t h u sr e d u c e st h ec o s to f c o n s t r u c t i o nt oal a r g ed e g r e e 4 1 a s tb u tn o tt h el e a s t ，t h ec u r r e n tt e c h n o l o g y c a ni n s u r et h em a n u f a c t u r i n ga n dc a l t y o u to f t h es y s t e m b a s e do nt h ep r i n c i p l eo fa p p l i c a b l et e c h n o l o g y ，r e l i a b i l i t ya n ds a f e t ya n ds e n s i b l ee c o n o m i c c o n s i d e r a t i o n ，a n db ym e a n so f q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，i ti sb e l i e v e da u t o m o t i v ed r i v i n g w h e e lc o n n e c t i n gc l i m b i n gg e a rw h o l em o t o r l o r r yl i f tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi st e c h n o l o g i c a l l ya p p l i c a b l e a n dt h es y s t e mi ss a f ea n ds o u n d i nt h es e n s eo fi n v e s t m e n ta n dt r a n s p o r t a t i o nc o s t ，t h ea p p l i c a b i l i t ya n de c o n o m i cs e n s i b i l i t yo f t h eb a s i cp l o to f a u t o m o t i v ed r i v i n gw h e e lc o n n e c t i n gc l i m b i n gg e a rw h o l em o t o r l o r r yl i f c t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mh a sb e e ni n v e s t i g a t e d i ti sb e l i e v e dt h a tt h e s e l f - d r i v e nw h o l em o t o r l o r r yl i r t r a n s p o r t a t i o ns y s t e mc o s t sl e s si ni n v e s t m e n ta n dt r a n s p o r t a t i o nt h a nr e g u l a ra u t o m o b i l et r a n s p o r t a t i o n s y s t e m s ，a n dt h a ti te n j o y sa d v a n c e dt e c h n o l o g y ，s a v a sm o n e y a n dp r o t e c t st h ee n v i r o n m e n t - t h es y s t e m i n c r e a s e sp r o f i tf o rd o m e s t i cd e e pp i to p e nm i n e s ，e x t e n d st h e i rl i f es p a na n dh a sag o o dr e a s o nt ob e w i d e l yu s e d k e y w o r d s ：d e e pp i to p e nm i n e ；t r a n s p o r t a t i o n ；s e l f - d r i v i n gm o t o r l o r r y ；w h o l em o t o r l o r r yj i 矗s y s t e m 1 1 1 东北大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 矿产资源是工业化的物质基础，与人类生活紧密联系。近年来，随着我国国 民经济快速发展，钢材需求量剧增，带动我国钢铁工业持续快速发展，2 0 0 3 年钢 产量达到2 2 2 3 4 万t ，比上年增加4 0 6 5 万t ，增幅2 2 3 8 ；铁矿石产量2 6 1 0 8 万t ， 比上年增加3 1 6 9 万t ，增幅1 3 8 2 。由于铁矿石增速远小于钢产量增速，因而不 得不大量进口铁矿石以补不足。2 0 0 3 年进口铁矿石1 4 8 1 2 万t ，比上年增加3 6 1 3 万t ，增长3 2 8 5 。2 0 0 4 年进口铁矿石2 0 8 亿t ，2 0 0 5 年预计进口2 4 2 ，8 亿 t 。我国成为世界上第一个钢产量突破2 亿t 的国家，同时，也是世界上进c i 铁矿 石居第一位的国家。而国内铁矿资源总量不足，禀赋不佳，生产能力有限，自给 严重不足，供需矛盾突出，缺口长期存在，并有进一步拉大的趋势。1 。1 9 8 1 2 0 0 3 年国产铁矿石使用比例见图1 1 ，1 9 9 1 2 0 0 3 年进口铁矿石量见图1 2 。 ( ) 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 1 p r 、卜 二二_ 二一兰兰：茎 9 8 11 9 9 2 1 9 9 31 9 8 4 1 9 8 5 1 9 8 6 1 9 8 7 1 9 8 81 9 8 1 9 9 01 9 9 1 1 9 9 2 1 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 81 9 9 7l 9 9 8 1 9 9 92 0 0 0 2 0 0 i 2 0 0 22 3 图工_ l 国产铁矿石使用比例 f i g 1 1 t h ep o r t i o no f d o m e s t i ci r o no r eu s a g e i t i i | ii _ - _ 一 一一一j _ 1 9 9 11 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 6 1 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3 图1 2 进口铁矿石量 f i g 1 2 t h ea m o u n to f i m p o r t e di r o no r e do 万蚰加印蛐蜘 东北大学博士学位论文第一章绪论 根据中国冶金矿山企业协会统计资料“1 ，预计近期我国铁矿石生产能力如下： ( 1 ) 2 0 0 3 2 0 0 5 年，我国铁矿企业消失生产能力1 5 9 6 万t ，老矿改造挖潜增 加生产能力2 4 1 0 万t ，累计增加生产能力8 1 5 万t ； ( 2 ) 2 0 0 6 r 2 0 1 0 年，我国铁矿企业消失生产能力2 8 5 0 万t ，新建矿山和老矿 改造挖潜增加生产能力6 9 4 0 万t ，累计增加生产能力4 0 9 0 万t ： ( 3 ) 2 0 1 i 2 0 1 5 年，我国铁矿企业消失生产能力2 6 4 0 万t ，新建矿山和老矿 改造挖潜增加生产能力2 2 0 0 万t ，累计减少生产能力4 4 0 万t 。 即2 0 0 3 2 0 1 0 年，全国铁矿石生产能力总体呈增长趋势，到2 0 1 0 年达到峰 值后，产能基本稳定，3 亿t 左右的铁矿石生产能力可维持到2 0 2 0 年左右。 可见国内铁矿石生产能力的增长不能满足钢铁工业生产的需要，缺口将呈扩 大趋势。 矿石产能万t | | | | | | | | | | | | | | | | | |i i i i 霪3 哑 瞄 、 _ ：3 0 1 3 02 9 6 9 0 誓些。 2 。l j 一7 0 t 2 东北大学博士学位论文第一章绪论 低生产成本和资源消耗，减少污染。 1 2 我国深凹露天矿开采现状 一 + ：。 我国露天铁矿大都采用常规的全境界缓帮开采，台阶高1 2 5 m ，穿孔采用 中2 5 0 r a m 和巾3 1 0 r a m 牙轮钻机，装载采用4 1 6 8 m 3 电铲，运输采用2 0 - - 1 5 4 t 自卸 汽车和8 0 1 5 0 t 电机车牵引6 0 t 气动自翻车，转入深凹开采的露天矿，己改用铁 路一汽车联合运输或间断连续运输。 目前，我国露天铁矿装备水平虽然已有很大提高，但是设备效率尚不理想，有 待进一步改进提高。1 。2 0 0 2 年我国露天铁矿重点企业主要采矿设备效率见表1 1 。 表1 1 主要采矿设各效率表 t a b l e1 1 e f t q c i e n c yo f m a i nm i n i n ge q u i p m e n t 据统计，我国露天开采铁矿石产量约占全国铁矿石总产量的8 0 以上，现有 的1 7 座年产矿石3 0 0 i 0 0 0 万t 以上的大型和特大型骨干露天铁矿开采现状“1 见 表i 2 。 一3 一 东北大学博士学位论文 餐 撂 蜒 蜒 ! | ： 鲻搬蟥蝼 第一章绪论 嚣曼氮莺萎e 曼莹置鲞曼暑墨堡善量量鸯 虽基蓍蓁室蕈晷萤萤萤星蚕萤蓁嚣星萋量 昌8 量萤星墓蠹量萤萤奏罢差善量荤星萤蚕量 + “垛 蚕| 喜重量重量墓萤蕈nnhh 8 c o 量蕊嚣莹室量萋 4 甾，耘辩 寸琳，蜒l甾牧，肄】贬+ 塔 ， 蜒，搽蜒l 描，蟮i 蟮l 蝼蜒繇餐。槎，斟，l蟮汇i 摧 *聒嘬，簦l崔l豢，龉鲻 垡督，弗 馨青 注目释j 臣醛 舀聪 漫臣鲤舀埋豇 缸醛避哥 埋日并亏 豇隧日璐 日璐缸醛 豇媾* 暴 目醛目醛日醛 叫釉嶂o o o 恤 o o o 寸。葛啦卜o 寸o o o2 nn 譬 o o ，o o 砷 心 n高卜蝌nn 吖 c 0 o o “_ 【 b 举与球k 掭口磬括瘿怔嫩 b 弗音怔b 举丌l k 帐 括捺承州 协誉掣唧腩*b 嚣皱昴咐皿 括敞证培啦司冰聃一滞趟葺薹如一括举窿悼k捂蟮l 苌奄妲k一驴*黑妞一梧举警半旷 话举叮i 韫鹾b 弗音祥婚b 器寻罐彩 懈仪媾卿忙露 巳 魁龃 鑫姐 暑 艇蝴 辫剧忙群 怡醅螺帐峨 饵 糕 半 州一 嘲婚培 妒蝼眯皋鲻 pr谪忆廿士魁 簿蚌习b 兰口上i i王2一ii臣o um点兽s。曼oq ciuo量翟ou芒lu一三 qu一景卜 球嚣爵张氏捂醛嵌瞄东回群：1_群 东北大学博士学位论文第一章绪论 我国大型铁矿床赋存条件一般为短而深、薄而陡，设计深度一般为3 0 0 5 0 0 m ， 露天矿境界长为1 2 k i r i 、宽0 7 1 2 k m ，表1 2 所歹0 的1 7 座大型露天铁矿中， 开采境界长小于2 k m 的有9 座，设计深度按封闭圈计算多数超过2 0 0 m ，如按边坡 最大垂直高度计则1 7 座露天矿均大于2 0 0 m ，最深达5 0 0 6 0 0 m 。 国内外生产实践表明，露天开采虽具有许多优越性，但转入深部开采后，由 于开采技术条件的变化和矿岩自然因素的影响，出现了许多问题“”。主要表现： ( 1 ) 转入深部开采后，矿岩力学物理性质发生变化，坚硬矿岩比例增加，采场 作业空间尺寸逐渐缩小，新水平准备及开拓运输系统建设困难； ( 2 ) 随着开采深度的增加，运输距离不断加大，运输条件逐渐恶化，设备效率 不断降低，导致矿山生产能力不断下降，矿石成本明显增加： ( 3 ) 露天矿边坡越来越高。特别是近年来，某些矿山采用并段靠帮工艺来提高 其最终帮坡角，边坡稳定性的控制和维护难度加大。 i - 3 深凹露天矿运输工艺 由于在大型深凹露天矿的生产总成本中，运输费用占4 0 6 0 ，因此，矿山降 低成本、提高效益的关键所在是提高运输效率。在未进入深凹开采之前，运输方 式基本上是缓坡铁路运输、汽车运输和汽车一缓坡铁路联合运输三种形式；当进 入深凹开采后，传统运输方式已不适应运距急剧上升的要求”。 为了解决深凹露天矿的运输问题，目前发展趋势之是采用陡坡铁路运输开 采技术，以延长铁路服务年限。这种运输方式对原有运输系统的改造工程和投资 较少，运输成本低，运输效率较高。但是，陡坡铁路运输对坡度的增加很有限， 随采场深度增加，这种运输方式的适用性也越来越差，开采深度超过3 0 0 m 将不宜 使用，且运输能力和效率也难以大幅度提高。1 。 发展趋势之二是研制大载重量、高效率、低能耗的大型矿用自卸汽车，以增 加汽运的合理运距。汽车运输的灵活性，已成为当前矿山运输中的一个不可缺少 的环节，在国内外多数大型矿山中，汽车运输占主导地位。 发展趋势之三是采用陡坡胶带运输。胶带运输机运输是一种连续运输方式， 是实现露天矿生产连续化的重要环节。除了十年前开始应用胶带运输机的东鞍山 铁矿和大孤山铁矿，最近几年应用该系统的有齐大山铁矿和水厂铁矿。其它一些 矿山也正在设计中采用该系统。 一5 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 目前，陡坡铁路运输的坡度达到4 0 5 0 。，汽车运输的坡度达到6 0 8 0 ，胶带运输的坡度达到2 5 0 2 8 0 。 1 3 1 国外深凹露天矿运输现状 国外金属露天矿山有较长开采历史和较大产量的有前苏联、美国、加拿大、 智利等国，现在很多露天矿山已经进入深凹露天开采。如前苏联露天矿山到目前 按封闭圈计算，平均深度达3 0 0m ，约有1 3 的露天矿山深度达到3 5 0 m “。美国 宾厄姆铜矿、智利丘基卡玛塔铜矿号称世界第一、第二的金属露天矿山采深已达 1 0 0 0 m ，它们的运输方式随着开采深度的增加而变化“”“。 从深凹露天矿山开拓运输来看，各国都有其自己的特点，这与矿山条件、能 源供应情况和各国技术条件分不开的。但从发展眼光看，都是从单一运输向联合 运输过渡，对于采深较深的露天矿山，均向同一运输方式即间断一连续运输工艺 过渡1 。 前苏联在很多大型露天矿山开采中，都是采用铁路运输，再加上矿用汽车发 展较为缓慢，所以，铁路运输还占有相当重要的地位。在露天矿山由上部转入深 郝开采时，为避免经济上的损失和生产上的停顿，都在着手尽可能延长铁路的服 务年限，推迟运输方式的更迭时间。如列别金露天矿采用5 0 o 纵坡的铁路线；斯 托伊连、波尔塔瓦、奥列涅戈尔、科斯托穆克什等露天矿成功的使用5 0 6 0 o 纵 坡的铁路线。采用陡坡铁路运输后，铁路运输的深度可达3 0 0 3 5 0 m 。萨尔拜露天 矿采用铁路斜坡隧道，即由境界外向采场开掘折返隧道，在不扩帮的条件下，使 铁路延深深度达3 2 0 m ，铁路设计的深度可达4 0 0 m 。可见，前苏联深凹露天矿铁路 运输的发展是与加强线路管理和维护、采用境界外隧道线路分不开的：同时，也 与牵引机组的制造、改进和应用分不开的“。 前苏联在矿山汽车运输方面发展是较缓慢的，只是在露天矿不断延深，为配 合铁路或胶带运输机组成联合运输时，在上世纪8 0 年代开始发展汽车运输。 据前苏联设计研究和二十多年的生产实践表明：在开采深水乎的条件下，间 断一连续运输工艺具有明显的经济效益，矿岩运输费用降低1 5 2 0 ，开采成本 下降1 0 1 5 ，电耗降低2 5 ，主要工序的劳动生产率提高2 0 5 0 。为了进一 步改善运输工艺，计划不再采用已有系统的固定破碎设备，研制自行式和移动式 破碎机组，以缩短汽车的平均运距，并减少其它费用删。 一6 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 美国、加拿大等由于汽车制造业发展较快，燃油也能较好解决。除了早期开 采的几个矿山外，基本上在开采初期都采用汽车运输。目前普遍采用1 5 0 3 2 0 t 级的矿用汽车，以适应深部开采的需要。随着开采深度的增加，逐渐采用可移式 破碎站一胶带运输系统“”。 汽车运输开拓在露天采矿作业方面具有明显的优势，其主要不足是燃油耗量 大及吨公里运输成本高。因此，寻求一种既能保持汽车作业机动灵活性，又能 大幅度降低燃油消耗量及运输成本的运输设备，对于露天采矿业的发展甚为重要。 架线双能源汽车的开发提供了这样的设备“”。“。架线双能源汽车是一种利用 电能与原有柴油发动机交替驱动汽车电动轮运转的双能源汽车。美国的尤尼特一瑞 格、通用电气等公司在发展这种技术中居于领先地位。至今，全世界已有3 0 多个 矿山使用架线双能源汽车技术，并取得收益。 1 9 5 6 年里维塞德水泥公司首次在矿业方面采用架线方式。在此次应用中，由 机械驱动的3 0 t 自卸汽车安装了3 5 0 马力的牵引电动机，将柴油汽车改装成电力 驱动汽车，顶部架线通过电弓带动电动机，这一系统使用了1 5 年。 位于新墨西哥奇诺的肯尼特铜矿公司于1 9 6 7 年对装有架空供电装置的l o o t 矿用大型汽车首次进行了可行性研究和样机试验。试验结果表明，在7 的坡道上 使用架线可使汽车速度提高1 3 6 。 加拿大魁北克的卡蒂尔矿业公司于1 9 7 1 年将其所属拉克金尼矿的汽车都改装 为架线方式，使用到1 9 7 7 年，把整个矿床采完为止。在这套系统使用期间，该公 司的产量提高2 3 ，而上坡道的油耗则下降8 7 。 二十世纪8 0 年代，在非洲南部，燃油价格高和供应不可靠是发展架线柴油电 力汽车的主要动机。南非钢铁工业有限公司锡兴铁矿和帕拉博拉铜矿开采初期均 采用单汽车运输，在转入深凹开采后，均于1 9 8 0 年开始样机试验。现在，这两 个露天矿所有的1 7 0 t 汽车都安装了1 2 0 0 v 架线电力装置，2 7 k m 的架线电力运输 系统的有效利用率达9 0 9 6 ，架线柴油汽车在上坡时的速度增至l o k m h ，使矿山的 运输能力提高1 4 1 5 ，并明显地节省燃油和提高产量。帕拉博拉铜矿架线运输道 见图1 - 4 。 7 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 图；- 4 帕拉博拉铜矿架线运输道图 f i g 1 4 p a l a b o l ac o p p e rm i n ep a t ht r a n s p o r t a t i o np a t h 架线双能源汽车的优点： ( 1 ) 节省柴油燃料。在多数应用汽车运输的露天矿中，运输汽车的耗油量超过 露天矿总耗油量的5 0 ，汽车使用架线电力装置后，燃油消耗量显著下降，同时改 善了汽车的性能。架线汽车做电车运行时，柴油机仍高速运转，驱动风机冷却电 动轮和其它辅助设备。 ( 2 ) 增加运量或提高产量。大多数运输汽车在上坡时，其特性受发动机功率的 限制，致使速度较低。架线汽车引入电能后，可达到较高的速度，并能在电动轮 电机承受的发热条件下克服大坡道，从而缩短运行周期，提高产量。 ( 3 ) 降低柴油发动机维修费用。由于架线地段汽车的柴油机输出功率较小，柴 油机以较低负荷实现工作循环，减少柴油机小时维修费用和缩短维修时间。 架线双能源汽车的缺点： ( 1 ) 须维修新增的附加设备。由于架线汽车附加配电设备和车内电气装备，矿 山需增加电气方面的维修。此外，小时循环次数增多，也会增加汽车的维修量。 但生产率提高将抵消部分费用，从而降低单位维修费用。 ( 2 ) 铺设架线运输线路受到定条件的限制，并限制了汽车运输的灵活性。 ( 3 ) 由于架线系统比较昂贵，只能采用在装备较少的运输道路上提高车流密度 一8 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 来最大限度地回收投资，这需要修改采矿计划。 架线双能源汽车的结构系统见图1 5 图1 5 架线柴油电力汽车结构系统不意图 f i g 1 5 s t r u c t u r es c h e m eo f w i r h n gd i e s e le l e c t r i ca u t o m o b i l e 图1 5 表明，电力从沿运输线路布置的上部架线系统通过接触杆或导电弓架 传输到汽车，经一系列动力开关接触器到电动轮，并使柴油发动机降到低负荷工 作状态。架线汽车装置包括车内的电气装置和沿运输道路分布的电力系统两部分。 1 3 2 国内深凹露天矿运输现状 我国铁矿石年生产量的4 5 4 2 产于国有大型矿山，而大型露天矿开采出的矿 石量占大型矿山开采总量的8 0 以上。在这些矿山中，运输费用占矿石开采成本 的5 0 以上。矿山实际生产规模能否达到设计规模，往往受到运输工艺的影响“3 。 因此，运输工艺的选择和运行质量，往往决定着矿山的生存和正常发展。 如表1 2 所示，除有的山坡露天矿采用平峒一溜井联合开拓外，由于开采历史 和技术发展过程的原因，大部分矿山一开始均采用铁路运输，但随着山坡露天采 矿转为深凹露天采矿，运输高差的增加，采场尺寸的局限，排土标高的上升，运 输距离的加大等，使得铁路运输的适用性降低，从而使较为灵活的汽车运输比重 增加。如许多矿山，在处理山坡扩帮、深部掘沟等采用汽车运输，使汽车一铁路 联合运输系统不断得到发展。对于胶带运输系统，是在运输高差不断增加，运输 功消耗不断增大的条件下出现的。如鞍钢大孤山铁矿胶带运输机系统从采场直接 运输矿岩到选矿厂或排土场“；东鞍山铁矿胶带运输系统在采场外运输到适当的 排土高度下进行排卸，以增加排土场的容积。目前，我国露天矿山存在铁路运输、 汽车运输和胶带运输三种主要运输方式平行应用的现象，并在各自发挥其应有的 一9 东北大学博士学位论文第一章绪论 效能“”。 铁路运输在露天矿早期生产中所处的主导地位是无可非议的。我国现有大型 骨于露天铁矿，原设计采用铁路进入采场的有1 4 座，设计运输矿量为总量的8 4 3 ， 具有2 亿t 铁路运输能力。但随着这些矿山转入深凹或凹陷开采后，采场作业空 间尺寸逐渐缩小，运输条件恶化，重车下坡变为重车上坡，铁路运输在窄短的深 凹露天矿受线路纵坡( 一般在3 0 ) 限制，之字折返一次按台阶高1 2 m ，展线长 ( 包括站场) 约1 1 5 0 m ，当露天境界长1 5 k m 时，现有的铁路纵坡仅能下降1 2 0 1 5 0 m 深，限制了单一铁路运输的继续使用，而走上了铁路一汽车联合运输。即以 汽车作为新水平准备、端部及开采局部关键地段的短距离运输，以铁路尾随下降， 或延深到某一深部水平时，以汽车上运倒装。 发挥汽车运输的灵活性。由于汽车运输机动灵活，它已成为当前国内矿山运 输中的个不可或缺的环节。根据我国采用铁一汽联合运输露天矿的实际，以运 量、运距、铲斗配套等条件分析，大都采用载重5 0 t 级矿用汽车。矿用汽车逐渐 向大型化发展，在国内多数露天矿山中，国产汽车已占主导地位。 充分利用胶带运输机运输的连续性。除了十多年前，开始应用胶带运输机的 东鞍山铁矿和大孤山铁矿，最近几年，应用该系统的有齐大山铁矿和水厂铁矿等 矿山。其它一些矿山也正在设计中采用胶带运输机。 联合运输的适应性。深凹露天矿由于受场地限制、爬坡高差大、扩帮和掘沟 等问题的影响，没有任何一种现代运输方式，在不与其它运输方式有效配合的情 况下，而能够将一个设计采深达5 0 0 m 以上的露天矿一直开采到底。因此，随着开 采深度增加，矿岩运距增大，运输效率降低，成本不断增加，势必采用发挥各类 运输优点的联合运输方式，做到取长补短，提高运输效率，以适应开采强度要求 和经济效益增长。 在联合运输中，应用最多的为铁路一汽车联合运输，还有汽车或铁路配合胶 带运输机提升的联合运输。 1 3 3 露天矿运输特点及方式“哪“ 露天矿运输具有以下特点： ( 1 ) 露天矿基本物料运量大部集中于单一方向 l o 东北大学博士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 在运输设备数量不多时，运输量指标较高，线路或道路运输强度大，线路 车辆周转侠i ( 3 ) 矿岩具有较大的密度，较高的强度和磨蚀性，块度不一，装卸时，有冲击 作用； 4 ) 露天矿其它工艺过程与运输可靠性紧密相关； ( 5 ) 机车车辆运输周期中技术停歇时间占有很大比重； ( 6 ) 矿岩装卸点及剥离物卸载点不固定，采场与废石场台阶上的运输网路要经 常移动； ( 7 ) 从露天采场提升( 或下放) 矿岩坡度陡： ( 8 ) 矿石需分采和配矿时，运输组织十分复杂； ( g ) 露天矿运输网路的位置与矿体构造因素有关，线路场地狭窄。 露天矿运输方式根据不同的作业原理，分为连续式和间断式运输；根据矿岩 移动方法、行走方式和线路设备的类型，可分为汽车运输、铁路运输、胶带运输 机运输、联合运输、斜坡道箕斗提升运输、水力运输和重力运输等主要运输方式。 1 3 3 1 汽车运输 汽车运输在露天矿既可单独作为主要运输方式，也可与其它运输方式配合使 用。近几十年来，随着汽车制造业的发展，特别是重型矿用自卸汽车的出现，汽 车运输在露天矿得到了广泛的应用。 汽车运输和铁路运输比较，它有较高的灵活性和机动性，汽车可以至达露天 矿的任何地点；个别汽车发生故障时，不致引起运输作业中断，影响全矿生产； 汽车转弯半径小，爬坡能力强，矿山基建工作量小，掘沟速度块，建设时间短， 基建投资少；挖掘机采装矿岩效率高；有利于采用移动坑线开拓，分期、分区开 采、陡帮作业，有利于分采、分装、分运，有利于采用高台阶和近距离排土。但 汽车运输燃油和轮胎消耗量大，运输成本高，经济合理运距短；汽车的保养和修 理技术复杂，需有必要的保养修理基地；汽车运输受气候影响较大，在风雨冰雪 天气行车困难，特别在水文地质不良且疏干效果不好的矿山，使用汽车可靠性差； 在深凹露天矿中，汽车运输还将造成采场内大气污染。 在露天矿汽车运输设备中，普遍采用各种载重量的后卸式自卸汽车。载重量 小于7 t 的柴油自卸汽车常与斗容1 m 3 以内的挖掘机匹配，用以运送松软土岩和碎 石；中小型露天矿广泛使用载重量l o 2 0 t 的机械传动的柴油自卸汽车；大型露 一i i 东北大学博士学位论文第一章绪论 天矿使用载重量大于2 0 t 的具有液压传动系统的柴油机自卸汽车和载重量大于7 5 t 的具有电力传动系统的电动轮自卸汽车。电动轮自卸汽车构造简单，可靠性高， 牵引性能好，爬坡能力强，载重量已由上世纪七十年代的1 0 0 1 2 0 t 发展到八十 年代的1 8 0 2 0 0 t ，1 1 前最大载重量已达到3 5 0 t 。 露天矿汽车道路与一般公路比较，具有断面形状复杂、线路坡度大，转弯多， 运量大，曲率半径小，车辆载重量大等特点。因此，要求道路结构简单，在一定 服务期内，保持相当的坚固性和耐磨性。露天矿汽车道路按用途可分为生产型和 运营型两类。前者主要运送矿岩，后者属于般辅助道路。生产型汽车道路按其 服务年限又可分为固定道路、半固定道路和临时道路。固定道路是指采场出入沟 及地表永久性汽车道路，服务年限在3 年以上的；半固定道路是指通向采矿工作 面和废石场作业线的道路，服务年限l 3 年；临时道路是指如采掘工作面和排土 场的道路，这种汽车道路由于线路不断移动，一般不修筑路面，只需整平、压实 即可。 1 3 3 2 铁路运输 铁路运输是露天矿的主要运输方式之一，适用于储量大、采场面积大、运距 长( 大于l k m ) 和年运量在1 0 0 0 x 1 0 4 t 以上的大型露天矿。其优点是可以利用任何 种类的能源和机车类型；设备和线路坚固可靠；运行作业易于自动控制。由于车 辆沿线路单位阻力小、曲线半径大，因而线路工程量大，基建投资也大，受矿体 埋藏条件影响大，以及受开采深度限制等。 准轨铁路运输( 轨距1 4 3 5 m m ) 正向牵引力大、效率高、能耗低的机车和装载 容积大的车辆方向发展。我国普遍采用粘重1 0 0 1 5 0 t 电机车和载重6 0 l o o t 的 自翻车，国外年运量为1 0 0 0 2 0 0 0 x 1 0 4 t 的大型露天矿也采用这类设备。当年运量 在3 0 0 0 5 0 0 0 x 1 0 4 t 时，宜采用3 0 0 0 v 直流电机车和t 0 0 0 0 v 交流电机车牵引机组， 1 0 0 2 0 0 t 自翻车。粘重1 5 0 1 8 0 t 内燃机车合理使用范围限于年运量2 5 0 0 x 1 0 4 t 、 开采深度1 0 0 m 以内的露天矿；粘重7 0 t 内燃机车限于年运量5 0 0 x 1 0 4 t 以下露天矿。 为了解决深凹露天矿铁路运输问题，俄罗斯和哈萨克斯坦的萨尔拜露天矿、 索克洛夫露天矿和列别金露天矿采用了陡坡铁路运输开采技术，以延长铁路服务 年限。这种运输方式对原有运输系统改造工程和投资较少，运输成本低，运输效 率较高。对于开采境界大且开采深度不超过3 0 0 m 的深凹露天矿，这种运输方式可 以使用。但是，陡坡铁路运输对坡度的增加很有限，随采场深度增加，这种运输 1 2 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 方式的适用性也越来越差，开采深度超过3 0 0 m 将不宜使用，且运输能力和效率也 难以大幅度提高。 陡坡铁路运输的核心问题是应用牵引力大、能爬大陡坡的铁路运输设备，以 减少铁路展线长度，增大汽车一铁路联合运输方式可能达到的采深，在俄罗斯和 哈萨克斯坦的露天铁矿中，已有萨尔拜露天矿、索克洛夫露天矿和列别金露天矿 成功的应用了陡坡铁路( 纵坡达6 0 o ) 运输。所用设备有直流牵引机组、交流牵 引机组、大型翻斗矿车( 载重1 0 5 t 以上) 、6 5 k g m 重轨和相应的铁路运输上部建 筑结构，用铁路列车直接将深凹露天采场内的矿岩运到地面目的站。萨尔拜露天 矿使用上百台粘重达3 6 0 t 的直流牵引机组，年运量上亿t 。牵引机组由i 台主控 电机车和l 2 台装有牵引电动机的马达矿车编成，颞名思义，马达矿车本身除起 牵引作用外，还能承载矿岩，并且其承载的矿岩重量也成为牵引机组粘着重量的 一个组成部分。其特点：一是牵引力大，如由一台主控电机车和两台马达矿车编 成的1 292 m 型直流( 工作电压3 0 0 0 1 5 0 0 v ) 牵引机组的总粘重达3 6 0 t ，其牵引 能力为1 5 0 t 电机车的2 4 倍；由一台主控电机车、一台柴油机车和一台马达矿车 编成的0i i 32 m 型交流( 工作电压1 0 0 0 0 v ) 牵引机组，其总粘重达4 2 0 t ，其牵引 能力为1 5 0 t 电机车的2 8 倍；二是可以爬大陡坡，如在1 1 。2 m 型牵引机组上，除 常规制动装置外，还装有1 2 个电磁钢轨制动器，这是一种靠电磁作用的摩擦制动 装置，在接合制动器时，由于制动器压铁和铁路钢轨问产生磁场而相互吸引，使 制动器压铁贴在钢轨上，在列车运行时产生磨擦而起制动作用，它不受粘着条件 的限制。这种制动器的应用，使牵引机组产生的制动力提高2 7 ，它与机组常规制 动( 风、电、手闸) 和快速反应的配气伐配合使用，保证了列车在5 0 6 0 的 陡坡铁路上安全行驶、制动、停车和启动“1 。 我国在国家“十五”科技攻关中，结合攀钢朱家包包铁矿的实际，开展了陡 坡铁路运输系统的研究工作，将铁路运输系统坡度由2 7 提高到4 0 4 5 ，1 5 0 吨电机车牵引6 8 辆k f _ 6 0 型矿车( 重载) 可在4 0 4 5 陡坡铁路上启动、运行 和制动，1 5 0 吨双机车在平坡启动时，牵引1 2 辆k 卜6 0 型矿车( 重载) 可在4 0 4 5 陡坡铁路上平稳运行。陡坡铁路运输所需的2 2 4 t 大功率电机车也由湘潭电机 厂研制成功“圳。 铁路线路由上部建筑和下部建筑组成。上部建筑包括钢轨、轨枕、道床、联 结零件、防爬器、道岔等。下部建筑包括路基、桥涵、隧道、挡土墙等。 一】3 一 东北大学博士学位论文第一幸绪论 露天矿铁路与一般铁路相比有下列特点： ( 1 ) 线路坡度陡、弯道多、曲线半径小； ( 2 ) 线路区间短、技术标准低、行车速度低； ( 3 ) 线路级别复杂、有大量移动线路； ( 4 ) 运输距离短，运输周期中的装卸时间长； ( 5 ) 行车密度大，不按固定运行图行车。 一般情况下，大型露天矿多采用标准轨距( 1 4 3 5 m m ) 铁路线路。 露天矿铁路可分为三类： ( 1 ) 固定线。如地面干线、站线、采场固定帮线路、辅助部门线路及外部联络 线路等，般服务年限大于3 年； ( 2 ) 半固定线。如采场和废石场移动干线、平台联络线等，服务年限小于3 年； ( 3 ) 移动线。如工作面采掘线及废石场翻车线，服务年限1 年左右。 1 3 3 3 胶带运输机运输刚。 胶带运输机运输是一种连续运输方式，是实现露天矿生产连续化的重要环节。 其特点是矿岩以连续料流沿固定线路移运。胶带运输机可以作为露天矿单一运输 方式，将矿岩直接从工作面运至选厂和废石场，形成连续运输工艺；也可以与汽 车联合组成半连续运输工艺。胶带运输机可直接布置在露天采场边坡上，也可以 布置在斜井中，