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轮式软岩破碎机的应用
发布时间：2013-10-23 09:38 来源：未知
1、概 述
露天采矿的经济效果很大程度上取决于所采用的机械设备及由其组成的采矿工艺系统。在世界范围内，随着新设备、新技术的不断涌现，形成了多样化的开采工艺。针对矿床具体条件，优化选择先进工艺，可以大幅度提高经济效益。
常用的露天采矿工艺系统有：单斗挖掘机一汽车工艺（即间断工艺）；轮斗挖掘机一带式输送机工艺（即连续工艺）；单斗挖掘机一破碎机一带式输送机工艺（即半连续工艺）。
从工艺环节看，单斗挖掘机具有设备价格低、性能可靠、适应性强、作业成本低等优点，年平均工作时间可达6 500h。轮斗挖掘机价格昂贵、要求的作业条件苛刻、技术管理水平高，年平均工作时间仅为4000 h，但由于其挖掘的物料块度适中，非常适合带式输送机运输。带式输送机具有生产能力大、作业成本低、性能可靠等优点。用带式输送机取代汽车运输，可节约大量生产成本。带式输送机吨公里运费仅是汽车运输的1/2—1/3。半连续工艺兼顾了单斗挖掘机和带式输送机的优点。正因为如此，近些年来该工艺在国内外得到了非常快的发展，用半连续工艺对矿山进行技术改造已经成为确定的发展趋势。
露天采矿常需要移运大量的表土剥离物，此部分表土剥离物非常适合采用带式输送机运输。
实现露天矿表土剥离半连续开采工艺的关键技术是破碎转载设备。传统破碎机只能转载和破碎硬及坚硬矿岩，表土物料具有很大的粘结性，当其进入传统破碎机后，极易对设备造成粘结和堵塞，导致设备无法正常工作。所以，传统的半连续开采工艺不能采运表土剥离物。
平朔煤炭工业公司安太堡露天煤矿、安家岭露天煤矿、准格尔煤炭工业公司黑岱沟露天煤矿、霍林河露天煤矿、伊敏河露天煤矿、元宝山露天煤矿、云南小龙潭露天煤矿等都存在有大量的表土，平均每矿每年的表土剥离量在2 000万m3左右（最多达4000万m3）。每年总的表土剥离量达2亿m3。除此之外还有拟开发的哈尔乌素露天煤矿、平朔3号露天煤矿、霍林河2号露天煤矿、胜利露天煤矿、宝日希勒露天煤矿、昭通露天煤矿等，都赋存有大量的表土剥离物。
单斗挖掘机采掘的物料不能直接装入带式输送机。原因是单斗挖掘机的斗容大，在采装过程中由于挤压作用易出现大粘土块，卸载过程中易出现涌料及较大冲击载荷等。所以，若希望单斗挖掘机采掘的物料能够通过带式输送机运输，必须在单斗挖掘机和带式输送机之间配置破碎转载设备，以便对单斗挖掘机采装的物料进行大块破碎、均匀物料流、降低冲击载荷、克服涌料等。
根据传统破碎机存在的不足，中国矿业大学研制了一台轮式软岩破碎机，已获得多项专利”1，该机目前正在元宝山露天煤矿进行测试及使用。
设备的主要技术指标：①设备小时能力480m3(864 t)，可配合4～6m3单斗挖掘机、前装机、液压反铲或小型汽车直接装载；②料仓距地面高4.3 m，料仓宽3.7 m。设备最大长度15.1 m，最大宽度4.7 m；③总装机功率98 kW；④整机质量54.7 t；⑤切削轮采用无级调速；⑥设备配备测试系统，可以模拟试测各种不同型号的单斗挖掘机在采掘各种不同类别的土质（如硬土、粘土、亚粘土、沙土等）条件下，所需配备破碎机的相关结构参数、性能参数等的测试及优化设计等问题。
2、轮式软岩破碎机介绍
轮式软岩破碎机共由4部分组成：①受料由板式给料机和受料挡板组成；②破碎由切削轮和唇体组成；③排料由挡料板和排料悬臂组成；④支承机构和控制系统等。
作业过程：受料槽接受由单斗挖掘机或汽车卸载的表土松软物料，板式给料机对物料起缓冲作用，并负责物料的输送。在受料档板的上方安装有物料限位刮板，对物料起摊平作用。在板式给料机的后部安装有切削轮和切削唇体，随着切削轮的旋转，将板式给料机输送过来的表土剥离物进行连续不断地切削。切削唇既是切削床，又可清理板式给料机上的物料。在切削轮的下方安装有排料溜槽，溜槽将溜出的物料汇集到带式输送机上。切削轮对板式给料机输送过来的表土松软物料具有“切”和“扒”的双重作用，除对大粘土块具有切削破碎的功能外，还具有控制物料下泻的功能，从而可以均匀物料流。作业机理类似于轮斗挖掘机斗轮预
切刃对物料的破碎作用。
由于轮式软岩破碎机不存在堵塞和粘结问题，因此凡适合轮斗挖掘机采装的物料，轮式软岩破碎机都能适应，而且轮式软岩破碎机对物料不存在卸载、“粘斗底”等问题，所以对物料的适应范围比轮斗挖掘机更大。
轮式软岩破碎机能够实现对单斗挖掘机采装的表土剥离物中的大块进行破碎、物料流均匀、克服冲击载荷等，而又不会对设备造成粘结和堵塞。
3、轮式软岩破碎机的试验
元宝山露天煤矿在地表以下40—80 m深度内覆盖有松软物料（表土、砂砾石、第三系红粘土等），由西南向东北逐渐变厚。目前，轮斗挖掘机一带式输送机系统只采掘地表以下36 m内的物料，其余由单斗汽车采运。生产系统布置如图1所示。
轮式软岩破碎机放在121号带式输送机尾部，与2号轮斗挖掘机共用一条带式输送机作业。物料通过汽车倒短运输直接装入（或通过前装机）轮式软岩破碎机，进入带式输送机系统。作业时，在121号带式输送机尾部外侧做一卸载平台，高度
3.5 m左右，卸载平台土石方量1500m3左右（包括斜坡道）。121号带式输送机移设时，轮式软岩破碎机跟随移设，卸载平台的土石方量跟着轮式软岩破碎机滚动堆移。
3.1物料特性
第三系红粘土：天然密度2.2t/m3，松散系数1. 45，含水率12.4%一53. 2%，抗压强度0.1~0. 42 kPa。
砂砾石：磨圆度较好，呈扁圆状，粒径一般为2~ 30 mm，大者400 mm。
3.2试验结果
(1)采用前装机（斗容4.6m3）装载红粘土时，装载前大粘土块粒径最大可达500 mm，破碎后土块粒径一般为200 mm左右，通过切削轮的调速过程可以调整土块粒径的大小，破碎效果能够满足带式输送机对块度的要求。
(2)当板式给料机上的料层厚度较大时，若不开启切削轮，则物料从板式给料机到带式输送机上出现塌料、涌料及冲击载荷现象�？羟邢髀趾�，由于切削刃（齿）的旋转“切”、 “扒”作用，物料被控制均匀下泻，起到了均匀物料流的作用。
(3)采用液压反铲（斗容1Om3）装载时，由于料层厚度太小，切削轮的破碎及均匀物料流的功能降低。此时轮式软岩破碎机主要是起转载机作用，克服装载设备的冲击载荷。
(4)轮式软岩破碎机的生产能力主要受装载设备的影响。用斗容4.6m3前装机装载时，能力为360m3/h。用8t汽车装载时，平均能力150~200m3/h（实方）。最大日作业量4000m3（日作业15h），平均能力267m3/h。
(5)研制的轮式软岩破碎机在元宝山露天煤矿所做的试验，只是利用工作面带式输送机的部分富裕能力做搭载作业，所以搭载量较小。
目前设备已经加入元宝山露天煤矿带式输送机生产系统进行试用，设备运行状态良好。试验及使用过程中没有发生设备粘结、涌料和堵塞等现象，设备作业效果完全达到了设计目的，其功能满足了作业要求。
4、应用轮式软岩破碎机的经济效益分析
元宝山露天煤矿采用轮式软岩破碎机完成的作业量属于搭载量，剥离物进入带式输送机系统后只影响带式输送机系统的可变成本，不影响系统的固定成本。进入带式输送机系统前的成本为直接成本（包括可变成本和固定成本）。
按每年运送30万m3考虑，可产生101万元的经济效益。
黑岱沟露天煤矿覆盖有大量的黄土，平均厚度49.15m，每年的黄土剥离量达到4 500～5 000万m3。根据设计，此部分黄土剥离物采用2种工艺开采，地表及基岩面部分由于受黄土冲沟和基岩面起伏影响，采用单斗挖掘机一汽车工艺，中间部分采用轮斗挖掘机一带式输送机工艺系统。轮斗挖掘机为SchRs710型，设计台年能力450万m3，年平均作业时间4 000 h。单斗挖掘机为395B型，设计台年能力750万m3，年平均作业时间6500 h。
若用轮式软岩破碎机和单斗挖掘机组成半连续开采工艺系统代替轮斗挖掘机作业，单斗挖掘机的台年能力可以达到l100万m3，每套系统的生产能力可由原来的900万m3/a增加到2 450万m3/a，二套系统的生产能力可以达到4 900万m3/a，比原设计能力1 800万m3/a多3 100万m3/a，增加172%，每年产生的经济效益为11 836万元，经济效益十分显著。
半连续工艺具有连续和间断工艺的综合优点。机动灵活，适应性强，运费低，能力大，系统可靠性高�；仆涟氩捎冒肓ひ�，对大冲沟、山头以及基岩接触面部位不便铺设工作面带式输送机的区域，可以将轮式软岩破碎机处于某一位置不动，工作面物料采用汽车倒短运输，然后进行二次装载。待工作线推出大冲沟、山头等部位后，再进行正常作业。由此，可以最大限度地将露天矿所发生的黄土剥离物运出，发挥带式输送机、排土机系统的作用，获得最好的经济效益。
黄土剥离采用半连续工艺后，此时由于所用的单斗挖掘机与剥离岩石的单斗挖掘机型号相同，半连续工艺所用的单斗挖掘机一旦出现故障时，可以将下部水平剥离岩石的单斗挖掘机调上来补充作业，设备系统的维修、备品备件等都非常便于管理，系统的可靠性及作业效率可以发挥最高水平。
所以，对正在使用带式输送机运送表土的露天矿（如黑岱沟露天煤矿、元宝山露天煤矿等），可以通过使用轮式软岩破碎机替代或替补轮斗挖掘机作业，充分利用起现有的设备，实现用带式输送机取代汽车输送，大幅度降低生产成本，增加露天煤矿经济收入。对表土覆盖层比较厚的新建露天矿，可以通过使用轮式软岩破碎机和单斗挖掘机组成的半连续工艺系统，为露天矿生产创造更大的经济效益。露天矿表土剥离采用半连续工艺是一项新技术，具有广泛的推广应用前景。
5、结 论
(1)试验证明，轮式软岩破碎机能够实现对表土松软剥离物中大块的破碎，克服冲击载荷、粘料、涌料及均匀物料流等。
(2)表土松软剥离物通过使用轮式软岩破碎机实现半连续工艺开采，可以使系统的可靠性提高，生产能力增加，生产成本降低。
(3)表土剥离采用半连续工艺是一项新技术。实现表土剥离采用半连续工艺的关键技术是破碎机。中国矿业大学提出并研制的轮式软岩破碎机已经在元宝山露天煤矿获得了较好的应用。为解决露天矿表土剥离采用半连续工艺提供了实验基础平台。由轮式软岩破碎机和单斗挖掘机组成的采矿工艺系统，可以替代或替补轮斗挖掘机作业，可以实现用带式输送机取代汽车运输。由此组成的采矿系统，可以兼顾连续及间断工艺的优点，创建一套新的露天开采高产高效模式。
