地下无轨设备研究与应用现状---淮筱斌

1、地下无轨设备研究与应用现状金属与非金属矿山部分 专专 业：业：安全科学与工程安全科学与工程 学学 号：号： 20132011072013201107 姓姓 名：名： 淮淮 筱筱 斌斌 20132013 年年 1111 月月 1010 日日2013201107安全科学与工程淮筱斌目录目录前前 言言.1第一章第一章 凿岩设备凿岩设备.31.1 掘进凿岩钻车.31.2 采矿凿岩钻车.41.3 世界首台敞开式无轨运输硬岩掘进机问世.51.4 无轨机械化掘进技术的发展趋势展望.5第二章第二章 铲运机铲运机.72.1 我国铲运机的发展.72.2 铲运机的发展趋势.8第三章第三章 地下汽车地下汽车.103.

2、1 国外地下汽车的发展现状.103.2 国内地下汽车的发展现状.113.3 地下汽车发展趋势.12第四章第四章 无轨化开采技术在我国矿山的应用无轨化开采技术在我国矿山的应用.164.1 大红山矿区.164.2 三山岛金矿.184.3 煎茶岭金矿.184.4 贵州锦丰金矿.194.5 吉林白山板庙子金矿.19第五章第五章 我国无轨采矿设备存在的主要问题及建议我国无轨采矿设备存在的主要问题及建议.21第六章第六章 无轨采矿设备的发展总趋势无轨采矿设备的发展总趋势.23主要参考文献主要参考文献.24地下无轨设备研究与应用现状0地下无轨设备研究与应用现状地下无轨设备研究与应用现状前前 言言无轨运输是井

3、下最原始的运输方式。在生产力十分低下的时代，井下运输只能靠人背、牲口驮，进而是无轨道的手推车、畜力车，再后来，才出现了轨道运输。从无轨运输到有轨运输，不能不说是一次井下运输方式的飞跃。然而，随着井下机械化无轨运输设备的出现和发展，又显现出井下有轨运输灵活性差等弊端。有轨运输必须有专用的有轨运输水平，其转弯半径大，列车装车线、卸矿线长，导致井巷工程量增加，运输距离延长。而且，有轨运输巷道很难直接用于采准工程。加上铺轨、架线及轨道的拆除、回收等，都将使工程造价和综合运输成本增加。这就一定程度上抵消了有轨运输成本低廉的优势。20世纪60年代，世界几个先进国家开始在地下矿山推广使用无轨采矿设备，使矿山

4、生产工艺发生了一场“革命”，生产效率大幅度提高，并改善了矿山安全环卫条件。地下矿山无轨采矿设备，是指具有不需轨道的行走机构（轮胎和履带）的自行式设备。矿山坑道和采场使用这种设备，不需铺设轨道和架设牵引导线；可采用旋线斜巷开拓方案，缩短矿山投产建设时间；无轨设备出矿，能够简化采准巷道布置和采场底部结构，减少运输巷道和溜井的数量；无轨自行设备机动灵活，一机多能，从而减少采、装、运设备的总数，提高了设备利用率，减少了维修工作量和备品配件的库存；无轨设备系统易于实现采掘作业全面机械化，生产效率高，工作人员少，并改善了生产安全条件。根据用途不同，无轨采矿设备分为主体设备（钻孔、铲装、运输等设备 ）和辅助

5、设备（装药、锚杆、喷浆等设备）。以掘进钻车、采矿钻车、装运机、铲运机和运矿车为主体的采矿设备，其技术水平和开拓创新，直接影响矿山生产的发展、以及经济效益和社会效益，已成为矿业装备行业关注的重点。目前，国外无轨采矿的比例约占冶金开采的2/3以上，全世界拥有的LHD设备总数达2800030000台，产品型号多达245种以上，计算容量为0 .30.4 m,运输能力为0.617.69t，功率为30400马力。据不完全统计，1984年用无轨自行设备的矿山已占矿山总数的88%左右，无轨自行设备已在现代化的地下矿山中各个生产环节得到普遍的应用。以铲运机(LHD)为核心的地下无轨设备包括：（1）用于凿岩的凿岩

6、台车；地下无轨设备研究与应用现状1（2）用于装运的铲运机；（3）井下汽车；（4）相对于凿岩、装载、运输三大主体生产设备以外的无轨辅助车辆。通常指装药、撬毛、喷锚支护、二次破碎、运送人员与物料、铺设管道与电缆，以及加油和维修等作业的车辆。下面本文将如上分类分别介绍这些自行式采矿设备的研究与应用现状。地下无轨设备研究与应用现状2第一章第一章 凿岩设备凿岩设备凿岩钻车是随着采矿工业不断发展而研制的一种高效凿岩作业设备。最早出现于19世纪50年代，经过几年生产实践考验之后，1960年得以迅速推广。这种设备是一种将一台或几台凿岩机连同自动推进器一起安装在特制的钻臂上，并配有行走机构（轮胎式或履带式），使

7、凿岩作业实现了机械化，减轻了工人的劳动强度。凿岩钻车广泛应用于矿山巷道掘进和采矿作业中，也可用于铁路交通隧道掘进、水利工程和国防工程施工中。随着矿山凿岩爆破工艺的不断改进，凿岩钻车在生产建设中越来越凸显其优越性。目前,我国许多矿山使用的仍是气动凿岩设备。气动凿岩机是传统产品,该机特点结构简单,工作可靠,但噪声大,效率低。在国外应用很广泛的高效液压凿岩设备在我国尚未得到推广应用。1980年我国第一台用于生产的液压凿岩机诞生并通过鉴定。虽然起步尚早,但发展缓慢,这主要是受机械制造和液压技术总体水平的限制。投入研发的型号较多,但最终形成的稳定产品较少。1.1 掘进凿岩钻车掘进凿岩钻车掘进凿岩钻车的钻

8、臂指向前方，主要用于开凿矿山巷道和铁路交通隧道。20世纪70年代以前，我国先后研制成功8种掘进凿岩钻车，但多数为轨轮式行走机构。此后，在广泛吸收国外先进技术的同时，结合我国矿山生产实际情况，将液压传动技术应用于凿岩钻车，成功设计并制造了轮胎式自行掘进凿岩钻车。这一时期矿山生产使用的自行式掘进凿岩钻车有单臂、双臂、三臂和四臂几种型式。使用实践证明，三臂和四臂式在工作现场所需辅助时间较多，而单臂式工作效率较低；同时认为履带式行走机构比较笨重，机动灵活性较差，所以，轮胎自行式双臂掘进凿岩钻车成为主要机型。进入20世纪80年代，改革开放政策促进了矿业开发，矿山机械制造业随之迅速发展。特别是液压技术水平

9、大幅度提高，陆续研制成功几种导轨式液压凿岩机，使行业对过去采用压气驱动的凿岩钻车进行更新换代创造了条件；同时，还从瑞典、芬兰和法国引进了几种技术先进的凿岩设备。在借鉴国外先进技术的基础上，国内几个厂家研制成功一批“全液压”型掘进凿岩钻车。这类钻车成孔效率较高，操作性能好，安全可靠，并改善了工作条件。进入21世纪以来，“十五”和“十一五”国民经济计划的胜利完成，使各行各业对能源材料的需求剧增，因而促使矿业开发和矿业装备得以高速发展。为了满足矿山生产建设需求，张地下无轨设备研究与应用现状3家口矿山建设机械公司、宣化华泰矿冶机械公司、石家庄煤矿机械公司和南京风动凿岩机械公司等分别研制了CMJ系列、N

10、H系列和HT系列掘进钻车。新一代掘进凿岩钻车在采用液压传动技术方面有很大改进，充分展现了设备结构紧凑、机动灵活、工作稳定、移动性能好，爬坡能力强等特点，大幅度提高了施工效率和施工质量，并改善了现场工作条件。采用现代设计方法，进一步提高液压化和自动化水平，实现“一机多用”和“一机多能”，是掘进凿岩钻车创新发展的主要趋势，并已取得一定成绩。 （1）钻撬一体。当掘进凿岩钻车进入经过爆破出渣后的工作面，准备钻孔之前，必须首先处理顶板和两帮浮石（现场称撬毛）。钻车前端加装的专用工作台可为这一工作提供方便，大大减轻了工人的劳动强度。 （2）钻锚一体。当工作面顶板需要采用锚杆加固支护时，钻车的工作机构即可钻

11、凿锚杆孔，并按要求装卡锚杆；不需再用专用锚杆钻机进入工作面。既提高了设备利用率，节约了设备投资，又缩短了凿岩爆破的辅助工作时间。（3）钻铲一体。掘进工作面出渣或处理顶板及边帮后，经常遗留一些散碎岩石，带有铲斗的工作机构，即可很方便地清除岩石，保持工作面整洁，以利于凿岩钻孔工作。1.2 采矿凿岩钻车采矿凿岩钻车采矿凿岩钻车的钻臂指向上方或两侧，主要用于采场钻凿落矿炮孔工作。其应用和技术发展提高了采矿工作效率和矿产资产资源回收率，加快了回采工作速度，也推进了采矿工艺改革。采矿工艺方法不同，所用采矿凿岩钻车的结构型式也不同，采用较多的是单臂式或双臂式两种，早期的采矿凿岩钻车采用压气驱动。20世纪80

12、年代以后，已普遍采用液压传动技术。“九五”和“十五”期间，我国冶金矿山生产高速发展，采矿工艺方法也有改革创新，从而促使采矿凿岩钻车的设计制造技术水平上了一个新的台阶。大部分钻车更新换代，液压钻车成为主导机型，钻孔直径由3050 mm提高到5080 mm；钻孔深度由315 mm提高到1530 mm；并引入电-液控制技术，定位系统可靠，钻孔精度高，可在大断面一次稳车钻凿中深平行孔，大幅度提高了单位爆破产量。在地下矿山采掘装运作业的各环节中，凿岩钻车是实现“地下无人矿山”的关键设备之一。地下矿山自行式凿岩钻车的创新发展趋势可概括如下：（1）采用现代设计方法，进一步提高钻车的液压化、自动化、智能化和结

13、构模块化设计水平；实现自动定位，自动开孔，自动接杆，达到设定孔深自动返回，自动卸杆。地下无轨设备研究与应用现状4（2）设备制造采用新材料、新工艺，强化钻车的稳定性和可靠性，提高钻车对岩石条件变化的适应能力；并可自动处理卡钎故障和进行参数补偿。（3）采用“机电液”一体化和数控技术，提升钻车的状态监测和故障诊断分析能力；保证钻孔精度和成孔质量，及时反馈和调整钎具的冲击功、冲击频率、轴压及反弹力等参数，确保在一个循环过程中，整个钎具链中的任一环节都不会损坏，以使“无人矿山”成为可能，并提高采掘作业效率。地下装运机和铲运机在地下矿山的“钻爆铲装运输”工艺循环过程中，铲装工作所占工时比例最大，一般可达5

14、0%60%。研制适用的高效铲装设备，历来是行业关注的重点。轮胎自行式铲装设备的出现，使采掘作业效率大幅度提高；特别是在“端部放矿溜井卸矿”工艺系统中，可使出矿效率达到或接近最大化。装运机（有储仓装载机）20世纪60年代，国外先进矿山在无轨采掘系统中开始广泛使用有储仓装载机（即装运机）。这种设备多数采用压气驱动；前端是个可实现后卸的铲斗，后面是承接矿岩的储仓；一般以35斗装满储仓，然后驶往溜井卸矿。如此往返，在100200 m运距范围内，其工作效率可达耙矿绞车出矿效率的35倍。20世纪70年代初，我国引进这种设备并很快实现“国产化”。在借鉴瑞典T2G和T4G型装运机技术的基础上，制造出ZYQ-1

15、2和ZYQ-14型装运机。后来有些厂家对其行走系统进行改进，研制出可原地转向的C-30和C-50型装运机。由于这种装运机结构简单，机动灵活，操作和维修方便，很受生产矿山欢迎；20世纪90年代以前，我国很多矿山都采用这种设备。至今，有些小型矿山仍在使用。1.3 世界首台敞开式无轨运输硬岩掘进机问世世界首台敞开式无轨运输硬岩掘进机问世中信重工与煤炭科工集团上海研究院研制的世界首台敞开式无轨运输硬岩掘进机 2013 年 9月 29 日成功试车。我国新型 15 米敞开式无轨运输硬岩掘进机的研发成功，打破了国外在该领域的技术垄断，引领国内掘进机产业发展，建立起我国具有自主知识产权的硬岩掘进机研发平台。硬

16、岩掘进机（TBM）是集机械、电子、液压、激光、控制等技术于一体的高度机械化和自动化的大型隧道开挖成套设备，具有自动化程度高、施工速度快、节约人力、安全经济、不受外界气候影响等施工优点，是目前岩石隧道掘进最有发展潜力的机械设备。国际上 TBM 已广泛应用于水利水电、矿山、交通、市政、国防等工程中，技术十分成熟。目前国内相关研究刚刚起步，工程在用的硬岩掘进机几乎都为国外进口。该设备总长约 200 米，总重约 800 吨，可实现最小水平转弯半径 235 米，适应隧道最大坡度 9,一个掘进行程为 1.5 米，刀盘最大推力达9000 千牛。中国从此拥有了自主知识产权的硬岩掘进机，价格仅为进口同类产品价格

17、的 1/2。地下无轨设备研究与应用现状5直径 5 米敞开式无轨运输硬岩掘进机运输、安装更加方便，敞开式保证了作业过程中可以做到及时支护，防止掘进后的变形， “无轨”设计使该装备成为一个工具，作业现场无需铺设钢轨，降低了工程造价。预计未来 5 到 10 年，国内硬岩掘进机市场需求应在 500-800 台，市场前景广阔。1.4 无轨机械化掘进技术的发展趋势展望无轨机械化掘进技术的发展趋势展望机械化快速掘进技术是无轨机械化采矿技术的重要组成部分，是实现大规模高效率采矿与掘进工作协调配合、确保三级矿量平衡的关键。当前,世界地下掘进技术的发展趋势为：（1）向无爆破掘进技术方向发展，一些大型的地下井巷掘进

18、机械相继问世。 目前，在欧美的一些矿区平巷掘进机已成功地应用于矿山的开拓采准工程当中，日掘进平均进尺达到 25m 以上(矿岩抗压强度 200MPa) ，并被认为是掘进成本最低的掘进方法。（2）传统的凿岩爆破方法向凿岩设备的无轨化、大型化方向发展。目前世界上无轨自行式凿岩台车型号繁多，具有代表性的有：阿特拉斯科普科的 Boomer系列和 Boomer H 系列；阿里马克的 A1imatic L(或 H)型系列；加德纳一丹佛的 Minibore 系列；乔尹(JOY)公司的 Serpent 系列；英格索一兰德(Ingersoll-Rand)公司的 TCAR 系列产品等。这些凿岩台车除部分是单臂单机外

19、，大量的是多臂多机全液压凿岩台车，具有很高的凿岩效率，平均单机的凿岩速度超过 1.0m/min。 （3）深孔掘进爆破技术的发展。加拿大采用一个大直径中心炮孔取代以往的掏槽孔组。此深孔的直径通常为200mm250mm，用凿岩机钻进，孔深 5.2m。试验表明，这种掘进方式平均日掘进进尺超过12m。瑞典仍采用传统的掏槽方式，只是对炮孔角度稍有改变，孔深甚至达到 7.5m，可见，传统的掏槽方式仍有较强的生命力。 （4）自动化凿岩技术的发展是当代掘进技术进步的又一重要标志。阿特拉斯科普科公司的最新精品，Boomer353ES“Eagle”凿岩台车，装备了 Copl838/ECS型凿岩机组，并配备周边导向

20、定位系统，此系统可消除周边定位误差。钻具由激光器精确定位，巷道掘进边界和凿岩网孔图形显示在台车司机室内的监视屏上，导向系统可精确地控制钻孔偏角，并在屏幕上显示的信息指出如何将周边孔的偏角减到最小，从而消除过度超、欠挖。这种新型的凿岩方法将凿岩速度、精度和良好的人机工程学结合起来，可在地面或井下实施遥控操作，并可由一人操作多机多工作面掘进。经测试表明，自动化凿岩技术平均可节省 1020地下无轨设备研究与应用现状6的雷管和炸药消耗量，减少 50的超、欠挖，增加 1020有效凿岩时间，台班凿岩效率增加 1020。此外，自动化凿岩系统还可根据所采用的推力自动调节冲击功，从而消除推力不足和推力过大，减少

21、了钢钎应力过度，延长了钎杆的使用寿命。地下无轨设备研究与应用现状7第二章第二章 铲运机铲运机20世纪40年代末期，发达国家开始使用井下无轨运输设备。1953年研制出第一台自装自卸履带式运输设备。后来因为运行速度慢、维修费高，改为胶轮式装运机。1962年第一台柴油驱动的井下无轨铲运机问世后，无轨运输得到广泛应用。无轨运输车又称无轨胶轮车、自行矿车，英美称之为“自由驾驶车”，俄罗斯则称之为“自行矿车”。它是近10年来发展较快的一种运输设备，无轨运输车是一种以柴油机、蓄电池为动力，可直接在较硬的巷道底板上运行，不需专门轨道使用胶轮在道路上自动行驶的车辆。这种车辆是在铲运车(LHD)基础上演变而来的，

22、使用灵活，不需要轨道，转载环节少，安全可靠，运输能力大，机动性强，初期投资少，重载爬坡能力达到12度，空载可达30度，不仅可以用于矿石运输和巷道掘进，而且还可以用来运送人员和材料，以及进行其他维修服务工作。可大大提高全矿效率，显著降低运输费用，采区内不设车场及相关硐室，是矿井辅助运输的发展方向。缺点是对巷道要求条件较高，巷道断面尺寸要求较大。2.1 我国铲运机的发展我国铲运机的发展装载机、装运机是一种使用橡胶轮胎以发动机、电力或压缩空气为动力，仅需1人操作即可完成铲、装、运输及自卸的多功能联合装运机械。它具有运转灵活、平稳的特点，既可在露天矿场进行作业，也可在狭窄地下巷道快速行驶，例如：C30

23、和CG12型装运机可在井下有压气设备的开拓、回采巷道中进行装运矿石工作，并可将矿石直接卸入溜井、溜槽或其他运输设备上，该类型装运机通常是由动力装置、车架、行走装置、传动装置、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置部件组成，有多种机型，操纵方便灵活，可靠性高，维修也方便，大功率的装运则采用装载机。装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和

24、水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设和矿山施工的主要机种之一。根据不同的使用要求，装载机（装运机）发展形成了不同的结构类型。（1）按行走装置不同，分为轮式和履带式。地下无轨设备研究与应用现状8（2）按使用场合不同，分为露天用装载机和井下用装载机。（3）按动力传动系统的不同分为机械传动、液力机械传动、全液压传动和电动式、气动式。（4）按装卸的方式不同，分为前卸式、侧卸式、回转式和后卸式。轮式装载机基本上都是前卸式。（5）按转向方式不同，分为整体式和铰接式。由于装运机后面

25、拖着供气软管，运输距离受到限制，不能满足大型矿山的出矿要求。20世纪80年代我国从波兰引进一批内燃机驱动的LK-1型铲运机，并在一些矿山试用后很快“国产化”，制造出我国第一代铲运机。这种铲运机没有“尾巴”，在工作面调度方便，其经济运输距离可达300400 m，大大增加了使用运行范围，从而可以减少采场溜井布置数量，节约井巷开凿工程投资。由内燃机驱动的铲运机没有储矿仓，设备前端装有一个大容积铲斗，装满后直接驶往溜井卸载，一机同时具有“装运卸”功能。由于铲运机多采用前后两部铰接车架，油缸牵动车架折腰转向，所以整机转弯半径较小，机动灵活，爬坡能力强，对于地下矿山较恶劣的工作条件，适应性较好。从“九五”

26、国民经济建设时期开始，国内一些制造厂家对地下铲运机陆续进行全面改进和创新。首先是研制大型电动铲运机，对内燃机驱动的铲运机进行更新换代。在地下矿山采场，往返穿梭运行的内燃铲运机所排放的尾气对工作环境污染很严重；特别是尾气中所含致癌物质，对人的生命有严重危害。所以采用电力拖动的地下铲运机应运而生。在引进德国GHH公司、美国Eimco公司和Wagner公司先进技术的基础上，结合我国国情，研制出一批适用、高效的铲运机。 进入新世纪以来，衡阳力达机械公司、南昌通用机械公司、金川金格车辆公司和北京安期生技术公司等，采用现代设计方法和先进制造技术，分别研发出CY系列、CYE系列、WJ系列、WJD系列、JCC

27、Y系列和ACY系列等地下铲运机。无论是内燃铲运机还是电动铲运机，在规格型号、整机结构、技术性能等方面，都已赶上国外先进水平，完全可以满足矿山生产需要。北京科技大学是铲运机的国内启蒙单位之一，自 1974 年开始就没有离开过无轨设备一步， 金川公司与北科大合作 10 年时间，先后不间断完成了 2M3、4M3、6M3柴油铲运机，DCY4 电动铲运机和 JKQ-10、 JKQ-25 型矿用卡车的研制开发和定型小批量生产，同时派生出了 12 吨和 20 吨卡车，形成了 2 立方以上铲运机和 1025 吨卡车的较大覆盖面。2.2 铲运机的发展趋势铲运机的发展趋势地下铲运机是设计制造技术比较复杂的矿山设备

28、之一。近年来，随着采矿工业的迅速发展，地下无轨设备研究与应用现状9铲运机进入一个新的发展时期，技术发展的重点是提升自动化水平，改善作业条件，体现以人为本；严格贯彻安全环保节能标准规范要求；开发适应不同工作环境的新产品、新装备。铲运机发展创新的趋势可以概括如下。（1）开发性能良好、多种用途、多种功能、适应性较强的机型。设计换装简便的工作机构，例如可装配不同铲斗、可装叉爪、可装碎石机和工作平台等，以便进行采掘工作面清顶和修理巷道壁面等工作。此外还应研制适用于高温、薄矿层、含有燃爆气体等工作场所的铲运机。（2）开发充电式高储能铲运机。电动铲运机没有尾气排放污染问题，也没有烟雾和气味，温升较低，噪声小

29、，牵引能力较大，维修工作量较小，设备完好率较高。但是电动铲运机拖曳着一条动力电缆，限制了设备的运行范围，而且会车时容易发生“绞缆”事故。如果铲运机装有功率较大的充电储能装备（如高能电池等），其使用性能和适应性能即可显著优于内燃铲运机，一定更受欢迎。（3）提升铲运机自动化程度和工作可靠性，改善作业条件，实现“人性化”运行。地下矿不同于露天矿，实现采掘作业自动化，必须克服一系列特殊困难。需要研制适用的由计算机硬件、软件和通讯系统组成的、可以完成全部工艺过程监视和控制的系统装置；车载电脑可以判断环境，在全程目标内指挥铲运机离开巷道墙壁，找到溜井卸载，并准确返回待装岩堆；实现远距离控制，甚至无人操纵的

30、全程自动控制。（4）研制节能降耗、安全环保、人性化的新型铲运机。对于内燃机驱动的铲运机，改进增压中冷技术、燃油喷射电控技术、变形蜗轮增压器技术和发动机燃烧低排放等技术，优化节能降耗效果。对于大型铲运机，采用封闭、隔音、防振、带空调、防倾翻及防落石的驾驶室；同时加大内部空间，减小反光率；尽量简化操纵杆件和按钮。遵照人机工程学原理，美观科学地布置仪表，设计可调整、可转动、悬浮式座椅，以增加驾驶员的舒适性和扩大能见度，减轻操作疲劳，防止发生事故，提高铲装作业效率。地下无轨设备研究与应用现状10第三章第三章 地下汽车地下汽车3.1 国外地下汽车的发展现状国外地下汽车的发展现状国外早在20世纪50年代就

31、开始了井下汽车的研发工作。Atlas Cocoa Wagner公司于1960年开发出第一台载重量为10t井下汽车。1998年在MT420型的基础上推出MT420B型汽车，载重量18.2t。进入新世纪，在载重量50t的MT5000、MT5010型汽车基础上相继又推出MT6020型汽车，载重量60t，自重为43.9t。该车动力性能好，操作舒适，在Stawell金矿试验表明：能保持MT5010型汽车的行驶速度，生产能力提高20。Caterpillar Elphinstone公司于1994年开始生产井下汽车，2001年推出载重量55t的AD一55型汽车，在澳太利亚塔斯马尼亚的Caterpillar E

32、lphinstoru矿使用效果良好，现已推广使用，占全球大型车市场较大份额。目前，该公司生产载重量38、40、45和55t井下汽车。Sandvik Tamarack公司的下属子公司：芬兰TORO公司、加拿大EJC公司分别生产TORO和EJC系列井下汽车。TORO公司于1978年开始生产井下汽车，1990年生产载重量40t的40D型汽车，1995年生产载重50t的50D型汽车，1999年开发了全球最大载重量80t的Supra0012HSupra0012R型汽车，前者用于平路运输、后者用于坡道运输。2005年开发出TORO60型汽车，牌号Sandvik TH660。首台车用在加拿大北美钯公司Lac

33、 Deslles铂集团的金属矿山，从地下采场直接运往地表破磨厂。使用表明：该车机动性能好、易于操作、生产能力大、运行良好。另外有6台TH660型汽车在澳大利亚Newcrest公司的Ridgeway矿山投入运行。EJC公司从2O世纪90年代开始生产井下汽车，现在主要生产中小型汽车，载重量从11830t等6个系列产品，载重30t的EJC530SX型新产品，具有高度矮、宽度窄、外型紧凑、适用性强的特点。GHH公司从1964年开始生产井下汽车。目前生产载重量从12t到60t的l0种型号汽车。最近开发的SKA301型汽车载重量30t，采用伸缩式后卸车厢，适用于巷道高度低的矿山使用。瑞典Kiruna采矿运

34、输公司从20世纪80年代生产电动地下汽车，具有无废气和噪声污染、生产效率高、运营成本低、操作舒适的特点，备受用户关注。第一台载重50t的K1050E型电动汽车在加拿大矿山使用表明：既可由架线供电，也可用蓄电池供电，适应性强，牵引性能好，在20的坡道运行速度达20km/h，连续运行时间长，可靠性高。目前仍生产载重量30t和50t的电动汽车。加拿大MTI国际采矿技术公司的JCI公司从20世纪80年代开始生产井下汽车，载重量从6t到27t等5个型号汽车，发动机为水冷柴油机，采用电控系统进行控制，具有高效节能和废气排放低的特点。还生产低矮型、载重27.3t的井下汽车，适合井下巷道低的矿山使用。加拿大D

35、UX公司生产的地下汽车，载重量从11t到55t等11个型号汽车，其中地下无轨设备研究与应用现状11TD.16、TD.20、TD一26、TD一30和TD-45型汽车为伸缩式后卸汽车，其载重量分别为15、18.2、24.5、27.2和41t；ET.24和ET一33两种型号为推板式汽车，卸载高度大大降低。南非Bell公司于2O世纪8O年代中期生产铰接汽车，主要型号为B17CB40C，载重量从1736.5t。主要特点是整车承载能力大、可靠性高，使用寿命长，降低了司机室高度，改善了司机的操作条件，污染、振动和噪音低。最近又开发出载重量55t的井下汽车。总之，目前国外井下汽车以中小车型为主，近期也开发了一

36、些载重量55、60和80t的大型汽车；动力以柴油机驱动为主，也有电动和其他动力的汽车；车厢以后倾翻卸料为主，也发展了伸缩式后卸和推板式卸料。这些汽车结构成熟、可靠性高、坚固耐用、操作方便，自动化水平高；发动机废气排放少，满足日益要求严格的排放法规，并逐渐实现零排放；噪音低、振动小、操作舒适；动力性能、经济性能不断提高，更有效地适应地下矿山的运输要求。3.2 国内地下汽车的发展现状国内地下汽车的发展现状国内研制地下汽车始于2O世纪70年代中期。目前，我国井下汽车的研发工作尚处于初期阶段，品种、数量尚满足不了国内地下矿山的需求；技术性能、可靠性、舒适性、环保性及自动化水平等方面与国外先进设备相比存

37、在一定差距。金川有色金属公司与北京重型汽车制造厂合作，引进德国G.H.H公司的MK.A25型、载重量25t的汽车散件，组装10台汽车；太原矿山机器厂、金川有色金属公司和南昌矿山机械研究所合作仿制G.H.H公司的产品，制成UK.12型汽车，在金川有色金属公司矿山使用；太原矿山机器厂在测绘美国Wagner公司样机的基础上开发了UK.12A型井下汽车；济南重型机器厂于20世纪90年代初开发出1520t汽车，在山东地下金矿使用；长沙矿山研究院和南宁重型机器厂、大厂矿务局合作，于1993年开发成功DQ-18型井下汽车，在大厂铜坑锡矿使用；北京矿冶研究总院与石家庄新华矿冶机械厂合作，于1995年开发出10

38、t的JZC10型井下汽车在凡口铅锌矿使用。该院相继又开发出DKC一12型井下汽车。金川集团机械制造有限公司是金川集团有限公司(原金川有色金属公司)的子公司，近年来主要生产JKQ一10、JKQ-25型井下汽车。2004年该公司与德国G.H.H公司合作，组建了金川金格车辆制造有限公司，实现了国外设计、国内制造生产，既能结合国内矿山实际，又采用了德国的先进技术，投入市场后受到用户好评；北京安期生技术有限公司从1992年开始与金川集团公司第二机械厂合作，利用北京科技大学的技术优势，研发出JKQ.10和JKQ.25型井下汽车。目前北京安期生技术有限公司与北京科技大学车辆工程机械研究所组成紧密联合开发体，

39、成立了“地下无轨设备产品发展中心”，已成功开发出载重量为1025t井下汽车；铜陵金湘重型机械科技发展有限责任公司是铜陵有色金属集团公司的子公司，生产1020t井下汽车；山东金兴黄金设备有地下无轨设备研究与应用现状12限公司无轨设备制造厂主要生产载重量8、12、20和25t的井下汽车。随着中国汽车工业的快速发展，我国井下汽车的研发水平有了很大的提高，从而促进了井下汽车制造业的发展。3.3 地下汽车发展趋势地下汽车发展趋势3.3.1 整车向大型化、多样化发展整车向大型化、多样化发展（1）大型化）大型化随着地下矿山无轨采矿技术的发展，矿山开采规模扩大、生产能力的增加，应用大型井下汽车生产效率高、燃油

40、消耗少，运营成本低等优越性，使矿山企业优选大型汽车，可以提高地下矿山劳动生产率和经济效益，从而增大了大型井下汽车的市场需求；另外随着汽车工业的技术进步，地下汽车制造商广泛采用新技术、新结构、新工艺和新材料，为井下汽车大型化创造了条件。近年来，国外一些制造商不断推出大型井下汽车。Atlas Cocoa Wagner公司在20世纪80年代末生产载重量40t的MT444型汽车，1996年推出载重量50t的MT5000型汽车，进入新世纪又更新为MTSOIO和MTS020型汽车，相继又推出载重量60t的MT6020型汽车；Sandvik Tamrock公司1990年生产40t的40D型汽车，1995年推

41、出50t的50D型汽车，1999年推出80t的Supra0012HtSupra0012R汽车，2004年推出60t的TORO60型汽车；Caterpil1arElphinstone公司2001年推出载重量55t的AD55型汽车，2007年升级为载重量55t的AD55B型汽车；Bell公司也推出了载重量50t的井下汽车；G.H.H公司于2000年推出载重量60t的MK.A60型汽车。可见井下汽车大型化是今后主要发展方向之一。（2）多样化）多样化目前，绝大部分井下汽车采用后倾翻式卸料车厢，这种卸料方式可边行驶边卸料、卸净率高、卸载方便。当地下巷道高度受限制时，也有采用伸缩式车厢卸料，推板式车厢卸料

42、或侧卸式车厢卸料。当装卸不同容重矿岩时，制造商可提供不同容积的车厢供用户选用，以满足不同矿山运输条件的需求。使卸料方式向多样化发展。井下汽车以铰接式车架为主，但近年来大型汽车也有采用刚性车架；多种型式驱动桥；为适应地下路面高低不平、弯多路陡的恶劣条件，前后车架需要相对摆动以使车辆尽可能的着地，以提高整车牵引附着性能和通过性。目前已出现了前桥摆动、铰接处摆动、三点悬挂和双后轴桥架等多种型式，以满足用户要求。3.3.2 动力系统向低污染、零排放、绿色化发展动力系统向低污染、零排放、绿色化发展绿色技术以节约能源，合理利用资源为目的，是减少环境污染，适合人类生存和环境保护的各种现代技术的集成。泛指保护

43、生态环境的思想和观念，以护人类健康，促进经济可持续发展为核心的所有生产技术的总称。地下无轨设备研究与应用现状13（1）绿色柴油机技术）绿色柴油机技术柴油机是井下汽车的心脏，其性能优劣直接影响汽车的动力性、可靠性、经济性和环保性能。它既是能耗装置又给环境造成污染。为减少能耗，降低排放，对柴油机进行一系列的研究，开发多项高新技术，取得显著效果。用电子控制喷油系统代替传统机械控制喷油系统，可随时调节喷油量与喷油时间，使油气混合均匀，燃烧迅速完全，大幅度降低NO和PM等有害物质排放，降低油耗，燃油经济性好。涡轮增压中冷技术可进一步提高柴油机的充气量，增加进气密度，实现稀薄燃烧，有效降低进气温度与抑制N

44、O的生成，降低排放。废气再循环(EGR)技术是将部分废气导入进气系统中，通过降低燃烧温度来降低NO的排放，而又不会影响其经济性。每缸四气门结构使喷油器垂直于燃烧室中心，燃油分布均匀，燃烧状况好，降低排放。Subdue公司和HyDrive Technologies of Mississaga公司合作开发出氢柴油燃烧技术，能提高柴油机功率，降低燃料消耗，减少废气中CO、CO、NO、HC和PM的含量。目前井下汽车的风冷柴油机逐步被水冷柴油机替代，加装机外废气净化装置，极大地改善废气排放，以满足日益严格的法规要求。（2）清洁能源动力系统）清洁能源动力系统以电为动力的井下汽车具有无污染、噪声低、功效高、

45、操作舒适、运输和维修成本低和经济效益好。20世纪80年代开始研究，相继开发出架线式和蓄电池井下汽车。如Atllac Cocoa Wagne公司载重量23tEMT-426和载重量36tEMT439等型汽车；Sandvik Tamarack公司载重量40t的TORO 40E型汽车；Kiruna和ABB公司合作开发载重量35t的K635E和50t的K1050等型汽车。电动汽车虽然实现了零排放，但电缆和架线制约了其适用范围，影响其推广应用，在全球地下矿中应用较少。最近开发的清洁能源有燃料电池、生物柴油、天然气发动机和混合动力装置。其中较有前途的是燃料电池。燃料电池FC(FuelCel1)是由氢气和氧气

46、产生化学反应而生成电能的发电装置。只要连续不断供给燃料和氧化剂便可连续发电。燃料电池在常温工作时能获得较高电流密度，能实现车辆从低负荷到高负荷的高效运行。它具有效率高，达到5060为柴油机的2倍以上，零排放无污染，只排出纯洁的水蒸汽，无噪声污染。燃料电池为模块结构，可以组成各种功率的电池堆以满足不同动力的井下汽车需求。目前国外已用于公路车辆，地下矿山车辆处于试验研究阶段。20世纪90年代末，Atllac Cocoa Wagner公司曾在sT一8型铲运机上试验，取得一定效果。由国际燃料电池推进学会和加拿大自然资源部门发起的LLC的车辆项目，以Caterpillar公司的R1300型铲运机为样机，

47、以燃料电池替代柴油机的研究始于2002年3月，目前，正在组装调试与井下试验。加拿大MTI公司在自行开发的铲运机上改装成燃料电池铲运机，目地下无轨设备研究与应用现状14前正在进行试验，一旦在铲运机上试验成功，就能在井下汽车上推广应用。燃料电池清洁能源的应用是井下汽车动力源的发展方向。3.3.3 电子控制柴油机燃油喷射技术电子控制柴油机燃油喷射技术电子控制燃油喷射技术，使柴油机废气排放更清洁，燃油消耗更少，提高了经济性。Caterpillar公司新开发的ACERT技术(先进的燃烧排放减少技术)，依靠燃油控制、电子控制和空气控制的相互配合，达到降低油耗，减少排放的目的。燃油控制采用多次喷射燃油使柴油

48、机点火过程最佳，有效降低燃烧室温度，从而增加充气系数，减少有害气体的排放；电子控制采用ADEM4先进柴油机管理系统和控制软件ECM，前者在柴油机上使用传感器来测量汽车负荷和整车状况，增加柴油机回馈信息，控制燃油供给和气门打开时间以降低废气排放，后者通过程序随时调节喷油量和喷油定时，使燃油燃烧更充分，降低燃油消耗；空气控制除了排气过程中采用涡轮增压技术外，还在气缸中采用空气横向流动技术，增加了充气系数，减少了废气排放，达到了美国的EPA Tier IU的排放法规要求。2004年Detroit公司开发出DDECV完全集成发动机管理与控制系统的第五代产品，不仅使柴油机燃油消耗更少，而且排出废气更清洁

49、。Cummins公司开发柴油机Quantum电控系统和采用缸内燃烧技术、燃油共轨喷射系统，使燃烧更充分，燃油消耗少，排放更低。Deutz公司开发了EMS柴油机电子监测系统、EMR电子调速器和MVS电磁阀系统。从而实现对柴油机变速控制、扭矩控制，并根据柴油机运转工况调节喷油泵供油量，达到最大功率输出和最低废气排放。目前，电控柴油机得到了广泛的应用。通过传感器把车辆各种信号传给车载计算机，计算机控制喷油提前角、喷油时间和喷油量，以调整发动机在最佳工况下运行。由于采用电子控制燃油喷射技术，柴油机燃烧更充分，整机具有动力性能好、废气排放少、燃油消耗少、使用寿命长的特点。3.3.4 变速箱自动换档技术变

50、速箱自动换档技术变速箱是井下汽车实现变速、换向的关键部件，由于井下汽车作业条件复杂多变，运行时发动机负荷多变，车速变化频繁，为使汽车高效节能作业，需要不断地调节机械档位。由于换档时动力切断时间长，影响汽车效率和节能效果。随着自动控制技术的发展，国外一些制造商如Caterpillar公司、DANA(Clark)公司和VOLVO公司等的动力换档变速箱实现了自动换档。使汽车根据车速、行驶阻力和发动机油门开度，自动选择最佳档位。自动换档变速箱是由常啮合变速齿轮组和换档离合器、油泵、油缸、电控换向阀；微机、传感器(油门位置、转速、扭矩等传感器)、D/A、A/D及相应的接口电路组成。汽车运行过程中，微机从

51、各传感器接收信号，并将其转换为相应的参数，利用程序软件计算处理，根据当前油门位置、阻力和速度等参数求出地下无轨设备研究与应用现状15最佳档位，并输出控制指令，通过电液换向阀控制油缸动作，驱使档位换档离合器结合，进行自动换档。由于自动换档能根据汽车工况变化自动选择最佳档位，使发动机功率利用充分，能提高汽车运行效率，降低油耗；减轻司机的疲劳和误操作；减少换档时的振动和冲击所带来的车辆磨损和损坏，提高了车辆使用寿命。3.3.5 无人驾驶井下汽车无人驾驶井下汽车随着地下开采深度的增加，井下温度和矿岩压力也随之增加，通常从采深400m延深到1000m，下环境温度从22C增加到40，井下条件更加恶化，对人

52、员安全威胁也愈大。为确保人身安全，国外一些矿山和井下汽车制造商早在2O世纪70年代开始研究试验无人驾驶的井下汽车。瑞典波立登公司用一台载重6t的井下汽车装备了自动导向和控速装置进行无人驾驶试验，取得一定效果。20世纪80年代中期，INCO公司研制一台载重量70t的无人驾驶的架线供电井下电动汽车，在小斯托比(Lillte Stobie)矿山使用。从放矿点到溜井区间运行。到1994年该矿山闭坑时为止，累计运行29个月，共运矿石80万t。90年代初诺兰达技术中心(NTC)和加拿大中央碳酸钾有限公司(ccp)共同开发了EIEquIP多用通讯系统和分布式天线系统，还自行开发用于汽车的视频光学制导系统。使

53、载重26t的井下汽车实现了无人驾驶，最大运行速度22km/h，设备利用率90。NTC公司的最大地下矿山Brunswick铅锌矿，于2002年开始用两台WagnerMT-436B型井下汽车，实现了无人驾驶运行。每台车上装有各种传感器、机载计算机和两部摄像机(前、后各装一部)。摄像机从敷设在巷道顶板上的光反射带接受信息。整个系统由控制室操作人员通过计算机和显示屏监控车辆运行和装、卸车全过程。车辆行驶速度7km/h，最大速度l0km/h。SandvikTamrock公司是较早开发自动化采矿的公司，正在实施的自动化矿山(Auto mine)控制系统，已在矿山试验多年，现已推向市场。南非的Fin.sch

54、金刚石矿，采用了Auto mine自动控制系统，2005年无人驾驶的TORO50D型井下汽车投入生产，到2006年已有5辆无人驾驶的TORO50D型汽车和遥控作业的铲运机，组成井下全自动化的运输系统。装在汽车上的导向系统由激光扫描器、陀螺仪和机载计算机组成。该车运输效果良好，达到了预期目标。地下无轨设备研究与应用现状16第四章第四章 无轨化开采技术在我国矿山的应用无轨化开采技术在我国矿山的应用中国地下岩金矿山应用无轨采矿设备始于 20 世纪 80 年代，并得到了迅速发展，以大红山、焦家金矿、新城金矿、三山岛金矿为代表的山东胶东地区的岩金矿山应用最为普遍和成熟，基本实现了主要采矿作业的无轨化。部

55、分矿山还引进了坑内卡车以及撬毛台车、人车、液压碎石机、材料车等辅助车辆。另外，其他地区的岩金矿山，如内蒙古红花沟金矿、金厂沟梁金矿，河北金厂峪金矿，吉林夹皮沟金矿，河南秦岭金矿，湖南湘西金矿等也进行了试验应用。初始设备规格均较小，以微型、小型铲运机为主，后陆续引进了斗容 4.1mCTX-6B 型(三山岛金矿)、TORO-300D 型(新城金矿)等中、大型设备，采掘设备已逐步大型化。但相对于澳大利亚、欧美等矿业发达国家，中国金属矿山，特别是岩金矿山对无轨开采技术的应用还多数仅限于采用凿岩台车凿岩、铲运机出矿的主要采矿作业环节。而包括平面及竖向运输的采、掘、运及其他辅助作业各生产环节均采用无轨设备

56、的全无轨化采矿技术的应用尚处于起步阶段。目前比较有代表性的矿山有山东三山岛金矿、陕西煎茶岭金矿等。4.1 大红山矿区大红山矿区大红山矿区位于云南省玉溪市新平县戛洒镇，在昆明市西南。公路距离 260km，交通方便。大红山矿区是 1959 年发现的大型铁铜矿床。经过多年来的建设和发展，现在大红山铁、铜两座地下矿山的矿石生产规模已达到了年产近 1000 万 t 的水平，成为目前我国最大的地下开采金属矿区之一。大红山铜矿对多层、中厚、缓倾斜至倾斜难采矿体采用无轨设备进行机械化开采，使用小中段空场法、房柱法采矿，采后全面采用尾砂及废石充填处理采空区；采用主胶带斜井连续运输代替箕斗竖井间断运输，实现了现代

57、化大规模生产，总体水平居国内一流。扩产工程建成之后，大红山铁矿生产规模将达到 l200 万 t/a，铜矿将达到 600 万 t/a，整个矿区将达到1800 万 t/a，仍将位列我国最大的以地下开采为主的金属矿区的前列。不但将为昆钢、云铜的发展和云南省的经济发展作出新的贡献，而且将进一步为我国金属矿山的建设提供宝贵的经验。设备与工艺相辅相成，工艺促进设备的发展，设备推动工艺的进步。设备是实现工艺的基础、手段和保证。大红山依据其突出重点，兼顾一般，根据发展变化适时增补的设备配置原则，两矿均先后采用了先进、高效的无轨开采工艺，配置了国内一流的无轨采掘设备。先进的采矿设备保证了大规模、高效率、安全生产

58、的实现，改变了矿山的面貌，取得了辉煌成果。地下无轨设备研究与应用现状17（1）大红山铜矿）大红山铜矿二期工程使用无轨设备开采，设计规模 2400t/d，配置设备见表 1。设备 型号 数量/台中深孔凿岩台车 simbaH1354 2平（斜）巷掘进凿岩台车 boomer281/104 3+2出矿铲运机（4m3） Toro-1400E/007 3+1出渣铲运机 国产 CY-2 6中深孔装药车 Normet 6315XCR 1移动式液压破碎机 MT-12HD/TB830XS 3生产中近几年实行铜铁含采，加大了矿体厚度，随大直径深孔采矿方法的应用，添增了国产潜孔钻，T-1502 台：T-1002 台。现

59、井下出矿 470 万 t/a，无轨开采约占一半产量。现正采购增加无轨设备 21 台，包括 ACY-3L、ACY-4、EST1030、ST710 等国产和进口铲运机，sire-ba261、T.150 国产和进口潜孔钻，TM.12HD/TB830XS 移动式破碎台车，DS-25-11 撬锚台车、Bohec235H-DCS 锚杆台车等。（2）大红山铁矿）大红山铁矿设计规模 400 万 t/a，配置设备见表 2。设备 型号 数量/台中深孔凿岩台车 simbaH1354 6平（斜）巷掘进凿岩台车 boomer281 6（使用 4 年）出矿铲运机 Toro1400E 4出渣、出矿铲运机 ST-3.5 8装

60、药车 GIA 3移动式液压破碎机 Normet 1设计规模 400 万 t/a 配置设备现产量增加到 500 万 t/a 以上，承包单位白行增加：simbaH1354(1 台)；simbaH254(2 台，二手设备)；ST-1010(2 台，原有)；boomerl04(1 台原有)。（3）效果）效果铜矿。大红山铜矿对多层、缓倾斜倾斜、中厚-厚难采矿体采用高效率大型无轨采掘设备进行机械化大规模工业生产，二期采矿工程投产后短期内产量即从设计的 80 万 t/a 扩大了一地下无轨设备研究与应用现状18倍。目前大红山铜矿一、二期工程已达到年产 470 万 t 的水平，比设计能力翻了两番多，一跃成为国内