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国外露天开采新技术新设备 2009-9-17 9:39:54    浏览: 次   我要评论
[导读]综合评述了2001年世界上露天矿用钻机、挖掘机、汽车以及相关高新技术的进展情势与特点;重点列述了各主要设备制造公司近年推出的新型产品。作者指出:设备大型化势头不减;自动化水平不断上升;各种高新科技手段,尤其是信息技术使露天矿生产效率明显提高。

一、钻机

2001年,世界上矿用钻机的头号制造商-美国比赛勒斯国际(Bucyrus International)公司向美国弗里波特矿产公司印尼子(P·T·Freeport Indonesia)公司售出了它的第二台49 RⅢ型牙轮钻机。这台钻机已在格拉斯贝格(Grasberg)矿投入工作,这样,该矿拥有的Bucyrus钻机与495 B型电铲的总台数不断增加。49 R型钻机具有许多特点,因而颇有名气,如,无链齿条齿轮加压装置、新型驱动系统、无链行星传动静压液力推进装置(可以逆转转向)。比赛勒斯公司通过采用增压密封消音和控温的司机室以及4点液压千斤顶自动调平系统来进一步努力提高司机与维修人员的操作安全和舒适程度。该公司当时指出:“这项销售业务乃是49 R型在大型旋转式矿用钻机市场中居于主导地位的进一步证明,也是对49 R型系列这个档次中效率最高的钻机的认可。”将来,比赛勒斯国际公司将制造出第100台49 R型钻机。

R&H公司的矿用钻机使用也较普遍。例如,P&H250XP型钻机已走进南非北部省英美(Anglo-American)公司的威尼斯(Venetia)金刚石矿。正是另外4台250XP型钻机在博茨瓦纳德比尔斯采矿(Deb-swana Mining)公司的奥拉帕(Orapa)矿和莱特拉卡内(Letlhakane)矿的出色表现赢得了这份订单。P&H公司指出:“正如钻机型号的两个标志字母“XP”(“extraperformance的缩写,意即“效率超群”)所表示的那样,德比尔斯公司的这批钻机达到的钻孔效率给金刚石开采业留下了深刻印象。威尼斯矿采用的是柴油式250XP-ST型高钻架钻机,在坚硬岩石中钻凿直径251mm炮孔,孔深达20m。这座已有10年历史的矿山选中具有无拖尾电缆操作优点的柴油驱动、机动灵活的250XP型钻机作为高效率钻孔设备,取代了竞争对手的电动式钻机。按照使用周期管理合同,MinePro公司可为这5台钻机全部提供长期售后服务,包括供应配件、维修、培训以及其他后援服务。

里德钻机(Reedrill)公司[现已摘掉“Svedala Drilling(斯维达拉钻机分公司)这一名称]2001年又成为梅特索矿产(Merso Minerals)公司的分公司,它推出了一种新颖的SD-250型履带式液压凿岩台车,配用新近露面的HPR-45型液压凿岩机,钻凿孔径范围为64~89mm。由一台130kW柴油发电机供电,耗油量为23L/h,可以连续工作13小时以上而无需加油。所用空气压缩机的供气能力为250英尺3/min(1英尺3/min=0.0283m3/min)。冷却器并排安装,以提高冷却效率和便于清洗。

图1  博茨瓦纳奥拉帕金刚石矿使用的一台P&H 250XP-ST型钻机,在围岩中钻凿直径251mm炮孔,平均效率为65~80m/h

里德钻机公司称,这种20kW的HPR-45型凿岩机结构简单,其部件总数少于目前市场上供应的任何一种凿岩机,因此,维修简便,在现场便能进行,从而大大缩短了停机时间。HPR-4型凿岩机两年来的大量现场试验结果证明:在多种使用方式和不同岩石条件下,它均达到了很高的凿岩效率。凿岩机的内部构件配合精密,因此,能量传递顺畅自如,噪声强度较低。HPR-4型凿岩机装配在新设计出来的Reedrill型推进器上,推进油缸与软管配置巧妙,操作灵活,调整简便。

二、装载设备

(一)电铲

正如所预计那样,加拿大艾伯塔省的油砂矿已成为目前大型电铲的主市场。2001年11月,第一台新推出的P&H 4100BOSS型电铲已在辛克鲁德(Syncrude)公司的奥罗拉(Aurora)矿开始了铲掘作业。BOSS型电铲系在低地耐力条件下使用效果十分良好的4100TS型电铲的换代产品。它还兼备4100XPB型电铲的某些高效率特点。P&H公司称,4100XPB型已是世界上应用最普遍的100t级矿用电铲,如今大约有20台这种电铲工作在露天采场或者供料系统。BOSS型电铲的特点中关键的一条是铲掘能力大,而且作业循环时间预计要比4100TS型快3~4s。BOSS型电铲加快铲掘循环的速度是靠加大铲斗举升与下降功率,主要是对这些操作功能采用了改进的计算机控制系统。BOSS型电铲使用与4100TS型电铲相同的大型电动机,但是,采用与4100XPB型电铲类似精巧的计算机操作控制装置,这就使之可以更加充分有效地利用设备功率,从而增大了铲斗提升与下降的功率,加快了铲掘作业循环速度。

P&H公司矿用电铲营销经理T·巴恩斯(Tom Barnes)说:“BOSS型电铲采用了最新的P&H数字传动技术,而且我们毫无条件地确信这项技术可以达到最高的采矿效率,超过如今市场上的其他各种电动式或者柴油式挖掘机系统。同时,BOSS型电铲又是最可靠的。”

BOSS型铲斗的标称斗容为47.5m3,而4100TS型的铲斗目前是44.3m3。这两种均属特大型铲斗,而且这两个型号的电铲属采用很强大的铲切力,以适应铲掘未经爆破的覆盖岩层。巴恩斯先生说:“根据对TS型电铲使用情况的考察,我们预计,视物料条件的不同,BOSS型电铲稳能使铲斗荷载达到108t。”BOSS型电铲是与现今的特大型运输设备配套的;3铲便可装满一辆320~330t级汽车,4铲便可装满一辆360t以上的汽车,这种超大型汽车我们即将在矿山上见到。

第二台为油砂矿订购的4100 BOSS型已运到森科尔能源(Suncor Energy)公司,预计于2002年初投入使用。订购这台电铲包含一项长期性使用周期管理合同,为电铲提供所需配件、维修和其他后援服务。目前,森科尔公司有两台P&H 4100TS型油砂矿用电铲,分别于1998和2000年投入使用。P&H MinePro Services维修服务公司高级副总经理M·哈德威克(Mark Hardwick)解释说:“供应给森科尔公司的这台BOSS电铲将是在发展前景看好的加拿大油砂矿上工作的第8台大型P&H电铲。”这台电铲采用新式大臂与转架结构以及新式加大的齿轮传动机构,可保证更高的长期可靠性。它还采用了最新式的P&H Electrotorque Plus直流数字传动系统以及电子辅助装置,如,可防止铲斗在油砂堆中失速的OptiDigTM和防止铲臂强顶而造成损坏的铲臂自动软着地装置。

比赛勒斯国际公司也得到油砂矿的订货合同,它将为阿尔比亚能源(Albian Sands Energy)公司的马斯基格河(Maskeg River)矿供应3台浮动能力很强的新式495BⅡ型矿用电铲(详见英国《Mining Magazine》,2001年4月,p·192~194)。这种495BⅡ型油砂矿用电铲采用了目前工作在其他油砂矿的通用型595B型电铲的经过时间考验的低矮型机身构架。它将配用宽履带,使得电铲可以在油砂矿采场中常见的软质底板条件下正常操作。电铲采用最新式的西门子公司的AC-ⅠGBT传动系统,这种无电刷交流电机和无熔断器(fuseless)传动装置,可提高电铲的可靠性和作业效率。除了西门子交流传动系统而外,495BⅡ型电铲还具有以下诸特点:采用HoistBoss和SwingBoss双重输出行星齿轮变速箱;加大卸载高度,以适应当今更大型的汽车;采用电铲行业中直径最大的钢绳卷筒,以延长钢绳使用寿命。495BⅡ型电铲采用了经过实践验证的各项新技术与结构增强措施,以增大每一铲次的挖掘量,同时延长平均故障周期(MTBF)和缩短平均修理时间(MT-TR)。

图2  辛克鲁德公司油砂矿采用的P&H BOSS型电铲,配用Optima铲斗,每斗可铲起表土达110t

为了在矿山工程刚开始的几年中对设备提供日常维修和后援服务,还要订立关于设备维修与后援服务的补充协议,以便制定比赛勒斯公司维护修理合同(MARC)实施计划。比赛勒斯公司报告称,选用495BⅡ型电铲是在阿尔比亚油砂公司人员对各家原设备制造厂商做了深入调查之后才决定的。因为阿尔比亚油砂公司这一方特别强调制造厂商在该项工程的人力和基础设施方面与其密切协调合作的能力。比赛勒斯公司将与阿尔比亚油砂公司紧密协作,努力提高这些电铲的作业率与完好率。做到这一点的办法之一,就是实行计划维修和为增加设备有效作业时间而拟定的各项保靠措施。

2000年9月,比赛勒斯国际公司统计了一下,除了这台油砂矿的订货以外,美国某煤矿和南美某铜矿各订购了一台,于是宣称:“加上这几份新订单,在2001年大型矿用电铲(指100t以上级别)的市场销售量中,495B型名列榜首。我们要集中精力不断改进本公司的设备。这项工作包括以合理的价格提供最好的产品、配件和维修服务。我们真诚地感谢市场给予本公司的支持。”

任何一项现代化创新型矿山设备产品获得成功的关键就是原设备制造厂商可以按照各个不同用户的特殊要求提供特定的全套设备售后服务的能力。比赛勒斯公司负责销售业务的副总经理B·福斯(Bob Foss)说:“通过同客户方面的矿山专家们密切合作,我们可以确定和满足他们的要求。那就是以尽量少的费用来提高设备的可靠性和生产效率。”

对现有电铲进行技术改造便可以提高设备生产效率。2000年10月,美国皮博迪能源(Peabody Energy)公司下达指令再改造2套P&H数字传动装置,以增加煤炭产量。这次改造的目的是增强用在新墨西哥州利兰奇(Lee Ranch)矿的一台P&H 4100A型电铲和用在怀俄明州卡巴洛(Caballo)矿的一台P&H 4100型电铲的能力。这道指令标志着卡巴洛矿第3台电铲的改造,也是皮博迪公司第/套数字传动装置的改造。皮博迪公司在世界各地所属矿山共使用有14台P&H电铲。前几次改造取得的效果是:产量平均增长10%;铲装循环时间缩短3s;3~6个月回收投资。M·哈德威克说:“改造现有设备可使其生产效率大增,可靠性提高,投资回报极佳,而且无需购置新设备。

P&H数字传动装置的改造是采用带有增大功率的弱场编程操作箱,以使铲斗的提升与下降速度均能提高。这种按客户要求定制的P&H软件既可提高电铲操作速度又不影响电机、减速器或机械结构的寿命。所获得的涡轮增压操作能力缩短了铲装作业循环时间,提高了设备效率。这项改造工作是在现场就地进行改装,便能使现有电铲具有P&H 4100XPB型电铲的优良传动控制性能。P&H数字传动装置改造软件可以用于风冷式Electrotorque 2300 -、2800 -、4100 -和5700 -型P&H电铲。P&H公司也可以为其他多种型号的电铲、索斗铲和钻机提供具有同样技术性能的装置并能取得同样良好的效果。

在澳大利亚,索斗铲和钢绳电铲在露天矿的矿岩装载工作量中占有的份额最大。澳大利亚采矿技术与设备中心(Centre for Mining Technology and Equipment-CMTE)正在研究提高这类设备的作业效率。这类装载设备的作业状况通常是决定矿山生产量的关键因素,因此,只要提高作业效率便有可能增加矿山总产量或者降低生产成本。CMTE研制出一种CDD(Universal Dig and Dump)万能铲掘翻卸系统。业已证明,它可使索斗铲的作业效率提高30%。UDD系统能够使司机在铲臂回转动作平面之下的任意地点进行铲掘和翻卸,大大提高了索斗铲的操作灵活性。设备灵活性的提高是由于铲斗索具与控制装置有了重大改进,同时还得出一项副产成果,即全新式铲斗设计结构,它可进一步提高设备效率。CMTE正在积极开发这项新技术。

该中心还在努力研究提高钢绳电铲的完好率与作业率,已于2001年完成了方案设计,以确定研究重点。2000年7月,一台按1/7比例缩制的钢绳电铲投入试验以后,CMET便可以顺利地开展研发工作而不会受到生产设备的使用限制。

(二)液压铲

卡特彼勒(Caterpillar)公司2000年年末正式推出的专门为大型露天矿开发的5230B型工作面液压铲/土方液压铲系Cat785B型汽车的理想配套设备,同时它还可与Cat/789B型和793C型汽车高效率地匹配作业。5230B型液压铲有两种组配方式:一种是斗容17m3的采掘工作面用正铲,铲取力1162kN,推压力1145kN;另一种是斗容16m3的土方作业用反铲, 铲取力855kN,杆力885kN。此型液压铲系按铲斗装满系数高而且铲掘循环时间短的要求设计的。液压铲由一台Cat3516B型EUI发动机驱动, 净功率1156kW,1800r/min;工作重量328.1t。5230B型是该公司液压铲系列中最大的一种,与被它取代的5230型相比,其电机功率增大5%,液压流量增加10%。为了提高1994年推出的5230型液压铲的耐用性与可靠性,卡特彼勒公司改进了设备结构和操作系统,使其重量增加13t。

特雷克斯矿业(Terex Mining)公司的报告称:2001年前3个季度,公司形势大好。在此期间共售出16台O&K RH120-E型液压铲,超过了两年前刚推出此型液压铲时制定的目标。让公司感到出乎意外的是,由于还有TriPower反铲,因此,历来占有强势的正铲这一块并非仍居主导地位。“事实上,已向作为反铲的代表性市场的澳大利亚售出了5台这种设备。”这样一来,反铲反倒占据了多数。另外一台反铲目前工作在位于德国O&K公司多特蒙德(Dortmund)制造厂附近的一座大型露天矿。这台RH120-E型反铲用于自然挖掘,配备特制松岩铲斗(斗容9m3),用以挖松和装载未经爆破的石灰岩。“由于这种反铲具有强劲的铲掘力,所以在处理最坚硬岩石的条件下,它长期保持800t/h以上的生产效率。”

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