地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀---淮筱斌

1、地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀金屬與非金屬礦山部分 專專 業(yè)：業(yè)：安全科學(xué)與工程安全科學(xué)與工程 學(xué)學(xué) 號：號： 20132011072013201107 姓姓 名：名： 淮淮 筱筱 斌斌 20132013 年年 1111 月月 1010 日日2013201107安全科學(xué)與工程淮筱斌目錄目錄前前 言言.1第一章第一章 鑿巖設(shè)備鑿巖設(shè)備.31.1 掘進(jìn)鑿巖鉆車.31.2 采礦鑿巖鉆車.41.3 世界首臺敞開式無軌運輸硬巖掘進(jìn)機(jī)問世.51.4 無軌機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢展望.5第二章第二章 鏟運機(jī)鏟運機(jī).72.1 我國鏟運機(jī)的發(fā)展.72.2 鏟運機(jī)的發(fā)展趨勢.8第三章第三章 地下汽車地下汽車.103.

2、1 國外地下汽車的發(fā)展現(xiàn)狀.103.2 國內(nèi)地下汽車的發(fā)展現(xiàn)狀.113.3 地下汽車發(fā)展趨勢.12第四章第四章 無軌化開采技術(shù)在我國礦山的應(yīng)用無軌化開采技術(shù)在我國礦山的應(yīng)用.164.1 大紅山礦區(qū).164.2 三山島金礦.184.3 煎茶嶺金礦.184.4 貴州錦豐金礦.194.5 吉林白山板廟子金礦.19第五章第五章 我國無軌采礦設(shè)備存在的主要問題及建議我國無軌采礦設(shè)備存在的主要問題及建議.21第六章第六章 無軌采礦設(shè)備的發(fā)展總趨勢無軌采礦設(shè)備的發(fā)展總趨勢.23主要參考文獻(xiàn)主要參考文獻(xiàn).24地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀0地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀前前 言言無軌運輸是井

3、下最原始的運輸方式。在生產(chǎn)力十分低下的時代，井下運輸只能靠人背、牲口馱，進(jìn)而是無軌道的手推車、畜力車，再后來，才出現(xiàn)了軌道運輸。從無軌運輸?shù)接熊夁\輸，不能不說是一次井下運輸方式的飛躍。然而，隨著井下機(jī)械化無軌運輸設(shè)備的出現(xiàn)和發(fā)展，又顯現(xiàn)出井下有軌運輸靈活性差等弊端。有軌運輸必須有專用的有軌運輸水平，其轉(zhuǎn)彎半徑大，列車裝車線、卸礦線長，導(dǎo)致井巷工程量增加，運輸距離延長。而且，有軌運輸巷道很難直接用于采準(zhǔn)工程。加上鋪軌、架線及軌道的拆除、回收等，都將使工程造價和綜合運輸成本增加。這就一定程度上抵消了有軌運輸成本低廉的優(yōu)勢。20世紀(jì)60年代，世界幾個先進(jìn)國家開始在地下礦山推廣使用無軌采礦設(shè)備，使礦山

4、生產(chǎn)工藝發(fā)生了一場“革命”，生產(chǎn)效率大幅度提高，并改善了礦山安全環(huán)衛(wèi)條件。地下礦山無軌采礦設(shè)備，是指具有不需軌道的行走機(jī)構(gòu)（輪胎和履帶）的自行式設(shè)備。礦山坑道和采場使用這種設(shè)備，不需鋪設(shè)軌道和架設(shè)牽引導(dǎo)線；可采用旋線斜巷開拓方案，縮短礦山投產(chǎn)建設(shè)時間；無軌設(shè)備出礦，能夠簡化采準(zhǔn)巷道布置和采場底部結(jié)構(gòu)，減少運輸巷道和溜井的數(shù)量；無軌自行設(shè)備機(jī)動靈活，一機(jī)多能，從而減少采、裝、運設(shè)備的總數(shù)，提高了設(shè)備利用率，減少了維修工作量和備品配件的庫存；無軌設(shè)備系統(tǒng)易于實現(xiàn)采掘作業(yè)全面機(jī)械化，生產(chǎn)效率高，工作人員少，并改善了生產(chǎn)安全條件。根據(jù)用途不同，無軌采礦設(shè)備分為主體設(shè)備（鉆孔、鏟裝、運輸?shù)仍O(shè)備 ）和輔助

5、設(shè)備（裝藥、錨桿、噴漿等設(shè)備）。以掘進(jìn)鉆車、采礦鉆車、裝運機(jī)、鏟運機(jī)和運礦車為主體的采礦設(shè)備，其技術(shù)水平和開拓創(chuàng)新，直接影響礦山生產(chǎn)的發(fā)展、以及經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已成為礦業(yè)裝備行業(yè)關(guān)注的重點。目前，國外無軌采礦的比例約占冶金開采的2/3以上，全世界擁有的LHD設(shè)備總數(shù)達(dá)2800030000臺，產(chǎn)品型號多達(dá)245種以上，計算容量為0 .30.4 m,運輸能力為0.617.69t，功率為30400馬力。據(jù)不完全統(tǒng)計，1984年用無軌自行設(shè)備的礦山已占礦山總數(shù)的88%左右，無軌自行設(shè)備已在現(xiàn)代化的地下礦山中各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到普遍的應(yīng)用。以鏟運機(jī)(LHD)為核心的地下無軌設(shè)備包括：（1）用于鑿巖的鑿巖

6、臺車；地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀1（2）用于裝運的鏟運機(jī)；（3）井下汽車；（4）相對于鑿巖、裝載、運輸三大主體生產(chǎn)設(shè)備以外的無軌輔助車輛。通常指裝藥、撬毛、噴錨支護(hù)、二次破碎、運送人員與物料、鋪設(shè)管道與電纜，以及加油和維修等作業(yè)的車輛。下面本文將如上分類分別介紹這些自行式采礦設(shè)備的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀2第一章第一章 鑿巖設(shè)備鑿巖設(shè)備鑿巖鉆車是隨著采礦工業(yè)不斷發(fā)展而研制的一種高效鑿巖作業(yè)設(shè)備。最早出現(xiàn)于19世紀(jì)50年代，經(jīng)過幾年生產(chǎn)實踐考驗之后，1960年得以迅速推廣。這種設(shè)備是一種將一臺或幾臺鑿巖機(jī)連同自動推進(jìn)器一起安裝在特制的鉆臂上，并配有行走機(jī)構(gòu)（輪胎式或履帶式），使

7、鑿巖作業(yè)實現(xiàn)了機(jī)械化，減輕了工人的勞動強(qiáng)度。鑿巖鉆車廣泛應(yīng)用于礦山巷道掘進(jìn)和采礦作業(yè)中，也可用于鐵路交通隧道掘進(jìn)、水利工程和國防工程施工中。隨著礦山鑿巖爆破工藝的不斷改進(jìn)，鑿巖鉆車在生產(chǎn)建設(shè)中越來越凸顯其優(yōu)越性。目前,我國許多礦山使用的仍是氣動鑿巖設(shè)備。氣動鑿巖機(jī)是傳統(tǒng)產(chǎn)品,該機(jī)特點結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,但噪聲大,效率低。在國外應(yīng)用很廣泛的高效液壓鑿巖設(shè)備在我國尚未得到推廣應(yīng)用。1980年我國第一臺用于生產(chǎn)的液壓鑿巖機(jī)誕生并通過鑒定。雖然起步尚早,但發(fā)展緩慢,這主要是受機(jī)械制造和液壓技術(shù)總體水平的限制。投入研發(fā)的型號較多,但最終形成的穩(wěn)定產(chǎn)品較少。1.1 掘進(jìn)鑿巖鉆車掘進(jìn)鑿巖鉆車掘進(jìn)鑿巖鉆車的鉆

8、臂指向前方，主要用于開鑿礦山巷道和鐵路交通隧道。20世紀(jì)70年代以前，我國先后研制成功8種掘進(jìn)鑿巖鉆車，但多數(shù)為軌輪式行走機(jī)構(gòu)。此后，在廣泛吸收國外先進(jìn)技術(shù)的同時，結(jié)合我國礦山生產(chǎn)實際情況，將液壓傳動技術(shù)應(yīng)用于鑿巖鉆車，成功設(shè)計并制造了輪胎式自行掘進(jìn)鑿巖鉆車。這一時期礦山生產(chǎn)使用的自行式掘進(jìn)鑿巖鉆車有單臂、雙臂、三臂和四臂幾種型式。使用實踐證明，三臂和四臂式在工作現(xiàn)場所需輔助時間較多，而單臂式工作效率較低；同時認(rèn)為履帶式行走機(jī)構(gòu)比較笨重，機(jī)動靈活性較差，所以，輪胎自行式雙臂掘進(jìn)鑿巖鉆車成為主要機(jī)型。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，改革開放政策促進(jìn)了礦業(yè)開發(fā)，礦山機(jī)械制造業(yè)隨之迅速發(fā)展。特別是液壓技術(shù)水平

9、大幅度提高，陸續(xù)研制成功幾種導(dǎo)軌式液壓鑿巖機(jī)，使行業(yè)對過去采用壓氣驅(qū)動的鑿巖鉆車進(jìn)行更新?lián)Q代創(chuàng)造了條件；同時，還從瑞典、芬蘭和法國引進(jìn)了幾種技術(shù)先進(jìn)的鑿巖設(shè)備。在借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)幾個廠家研制成功一批“全液壓”型掘進(jìn)鑿巖鉆車。這類鉆車成孔效率較高，操作性能好，安全可靠，并改善了工作條件。進(jìn)入21世紀(jì)以來，“十五”和“十一五”國民經(jīng)濟(jì)計劃的勝利完成，使各行各業(yè)對能源材料的需求劇增，因而促使礦業(yè)開發(fā)和礦業(yè)裝備得以高速發(fā)展。為了滿足礦山生產(chǎn)建設(shè)需求，張地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀3家口礦山建設(shè)機(jī)械公司、宣化華泰礦冶機(jī)械公司、石家莊煤礦機(jī)械公司和南京風(fēng)動鑿巖機(jī)械公司等分別研制了CMJ系列、N

10、H系列和HT系列掘進(jìn)鉆車。新一代掘進(jìn)鑿巖鉆車在采用液壓傳動技術(shù)方面有很大改進(jìn)，充分展現(xiàn)了設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動靈活、工作穩(wěn)定、移動性能好，爬坡能力強(qiáng)等特點，大幅度提高了施工效率和施工質(zhì)量，并改善了現(xiàn)場工作條件。采用現(xiàn)代設(shè)計方法，進(jìn)一步提高液壓化和自動化水平，實現(xiàn)“一機(jī)多用”和“一機(jī)多能”，是掘進(jìn)鑿巖鉆車創(chuàng)新發(fā)展的主要趨勢，并已取得一定成績。 （1）鉆撬一體。當(dāng)掘進(jìn)鑿巖鉆車進(jìn)入經(jīng)過爆破出渣后的工作面，準(zhǔn)備鉆孔之前，必須首先處理頂板和兩幫浮石（現(xiàn)場稱撬毛）。鉆車前端加裝的專用工作臺可為這一工作提供方便，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度。 （2）鉆錨一體。當(dāng)工作面頂板需要采用錨桿加固支護(hù)時，鉆車的工作機(jī)構(gòu)即可鉆

11、鑿錨桿孔，并按要求裝卡錨桿；不需再用專用錨桿鉆機(jī)進(jìn)入工作面。既提高了設(shè)備利用率，節(jié)約了設(shè)備投資，又縮短了鑿巖爆破的輔助工作時間。（3）鉆鏟一體。掘進(jìn)工作面出渣或處理頂板及邊幫后，經(jīng)常遺留一些散碎巖石，帶有鏟斗的工作機(jī)構(gòu)，即可很方便地清除巖石，保持工作面整潔，以利于鑿巖鉆孔工作。1.2 采礦鑿巖鉆車采礦鑿巖鉆車采礦鑿巖鉆車的鉆臂指向上方或兩側(cè)，主要用于采場鉆鑿落礦炮孔工作。其應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展提高了采礦工作效率和礦產(chǎn)資產(chǎn)資源回收率，加快了回采工作速度，也推進(jìn)了采礦工藝改革。采礦工藝方法不同，所用采礦鑿巖鉆車的結(jié)構(gòu)型式也不同，采用較多的是單臂式或雙臂式兩種，早期的采礦鑿巖鉆車采用壓氣驅(qū)動。20世紀(jì)80

12、年代以后，已普遍采用液壓傳動技術(shù)?！熬盼濉焙汀笆濉逼陂g，我國冶金礦山生產(chǎn)高速發(fā)展，采礦工藝方法也有改革創(chuàng)新，從而促使采礦鑿巖鉆車的設(shè)計制造技術(shù)水平上了一個新的臺階。大部分鉆車更新?lián)Q代，液壓鉆車成為主導(dǎo)機(jī)型，鉆孔直徑由3050 mm提高到5080 mm；鉆孔深度由315 mm提高到1530 mm；并引入電-液控制技術(shù)，定位系統(tǒng)可靠，鉆孔精度高，可在大斷面一次穩(wěn)車鉆鑿中深平行孔，大幅度提高了單位爆破產(chǎn)量。在地下礦山采掘裝運作業(yè)的各環(huán)節(jié)中，鑿巖鉆車是實現(xiàn)“地下無人礦山”的關(guān)鍵設(shè)備之一。地下礦山自行式鑿巖鉆車的創(chuàng)新發(fā)展趨勢可概括如下：（1）采用現(xiàn)代設(shè)計方法，進(jìn)一步提高鉆車的液壓化、自動化、智能化和結(jié)

13、構(gòu)模塊化設(shè)計水平；實現(xiàn)自動定位，自動開孔，自動接桿，達(dá)到設(shè)定孔深自動返回，自動卸桿。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀4（2）設(shè)備制造采用新材料、新工藝，強(qiáng)化鉆車的穩(wěn)定性和可靠性，提高鉆車對巖石條件變化的適應(yīng)能力；并可自動處理卡釬故障和進(jìn)行參數(shù)補償。（3）采用“機(jī)電液”一體化和數(shù)控技術(shù)，提升鉆車的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析能力；保證鉆孔精度和成孔質(zhì)量，及時反饋和調(diào)整釬具的沖擊功、沖擊頻率、軸壓及反彈力等參數(shù)，確保在一個循環(huán)過程中，整個釬具鏈中的任一環(huán)節(jié)都不會損壞，以使“無人礦山”成為可能，并提高采掘作業(yè)效率。地下裝運機(jī)和鏟運機(jī)在地下礦山的“鉆爆鏟裝運輸”工藝循環(huán)過程中，鏟裝工作所占工時比例最大，一般可達(dá)5

14、0%60%。研制適用的高效鏟裝設(shè)備，歷來是行業(yè)關(guān)注的重點。輪胎自行式鏟裝設(shè)備的出現(xiàn)，使采掘作業(yè)效率大幅度提高；特別是在“端部放礦溜井卸礦”工藝系統(tǒng)中，可使出礦效率達(dá)到或接近最大化。裝運機(jī)（有儲倉裝載機(jī)）20世紀(jì)60年代，國外先進(jìn)礦山在無軌采掘系統(tǒng)中開始廣泛使用有儲倉裝載機(jī)（即裝運機(jī)）。這種設(shè)備多數(shù)采用壓氣驅(qū)動；前端是個可實現(xiàn)后卸的鏟斗，后面是承接礦巖的儲倉；一般以35斗裝滿儲倉，然后駛往溜井卸礦。如此往返，在100200 m運距范圍內(nèi)，其工作效率可達(dá)耙礦絞車出礦效率的35倍。20世紀(jì)70年代初，我國引進(jìn)這種設(shè)備并很快實現(xiàn)“國產(chǎn)化”。在借鑒瑞典T2G和T4G型裝運機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，制造出ZYQ-1

15、2和ZYQ-14型裝運機(jī)。后來有些廠家對其行走系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，研制出可原地轉(zhuǎn)向的C-30和C-50型裝運機(jī)。由于這種裝運機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動靈活，操作和維修方便，很受生產(chǎn)礦山歡迎；20世紀(jì)90年代以前，我國很多礦山都采用這種設(shè)備。至今，有些小型礦山仍在使用。1.3 世界首臺敞開式無軌運輸硬巖掘進(jìn)機(jī)問世世界首臺敞開式無軌運輸硬巖掘進(jìn)機(jī)問世中信重工與煤炭科工集團(tuán)上海研究院研制的世界首臺敞開式無軌運輸硬巖掘進(jìn)機(jī) 2013 年 9月 29 日成功試車。我國新型 15 米敞開式無軌運輸硬巖掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)成功，打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，引領(lǐng)國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建立起我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的硬巖掘進(jìn)機(jī)研發(fā)平臺。硬

16、巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）是集機(jī)械、電子、液壓、激光、控制等技術(shù)于一體的高度機(jī)械化和自動化的大型隧道開挖成套設(shè)備，具有自動化程度高、施工速度快、節(jié)約人力、安全經(jīng)濟(jì)、不受外界氣候影響等施工優(yōu)點，是目前巖石隧道掘進(jìn)最有發(fā)展?jié)摿Φ臋C(jī)械設(shè)備。國際上 TBM 已廣泛應(yīng)用于水利水電、礦山、交通、市政、國防等工程中，技術(shù)十分成熟。目前國內(nèi)相關(guān)研究剛剛起步，工程在用的硬巖掘進(jìn)機(jī)幾乎都為國外進(jìn)口。該設(shè)備總長約 200 米，總重約 800 噸，可實現(xiàn)最小水平轉(zhuǎn)彎半徑 235 米，適應(yīng)隧道最大坡度 9,一個掘進(jìn)行程為 1.5 米，刀盤最大推力達(dá)9000 千牛。中國從此擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)的硬巖掘進(jìn)機(jī)，價格僅為進(jìn)口同類產(chǎn)品價格

17、的 1/2。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀5直徑 5 米敞開式無軌運輸硬巖掘進(jìn)機(jī)運輸、安裝更加方便，敞開式保證了作業(yè)過程中可以做到及時支護(hù)，防止掘進(jìn)后的變形， “無軌”設(shè)計使該裝備成為一個工具，作業(yè)現(xiàn)場無需鋪設(shè)鋼軌，降低了工程造價。預(yù)計未來 5 到 10 年，國內(nèi)硬巖掘進(jìn)機(jī)市場需求應(yīng)在 500-800 臺，市場前景廣闊。1.4 無軌機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢展望無軌機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢展望機(jī)械化快速掘進(jìn)技術(shù)是無軌機(jī)械化采礦技術(shù)的重要組成部分，是實現(xiàn)大規(guī)模高效率采礦與掘進(jìn)工作協(xié)調(diào)配合、確保三級礦量平衡的關(guān)鍵。當(dāng)前,世界地下掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢為：（1）向無爆破掘進(jìn)技術(shù)方向發(fā)展，一些大型的地下井巷掘進(jìn)

18、機(jī)械相繼問世。 目前，在歐美的一些礦區(qū)平巷掘進(jìn)機(jī)已成功地應(yīng)用于礦山的開拓采準(zhǔn)工程當(dāng)中，日掘進(jìn)平均進(jìn)尺達(dá)到 25m 以上(礦巖抗壓強(qiáng)度 200MPa) ，并被認(rèn)為是掘進(jìn)成本最低的掘進(jìn)方法。（2）傳統(tǒng)的鑿巖爆破方法向鑿巖設(shè)備的無軌化、大型化方向發(fā)展。目前世界上無軌自行式鑿巖臺車型號繁多，具有代表性的有：阿特拉斯科普科的 Boomer系列和 Boomer H 系列；阿里馬克的 A1imatic L(或 H)型系列；加德納一丹佛的 Minibore 系列；喬尹(JOY)公司的 Serpent 系列；英格索一蘭德(Ingersoll-Rand)公司的 TCAR 系列產(chǎn)品等。這些鑿巖臺車除部分是單臂單機(jī)外

19、，大量的是多臂多機(jī)全液壓鑿巖臺車，具有很高的鑿巖效率，平均單機(jī)的鑿巖速度超過 1.0m/min。 （3）深孔掘進(jìn)爆破技術(shù)的發(fā)展。加拿大采用一個大直徑中心炮孔取代以往的掏槽孔組。此深孔的直徑通常為200mm250mm，用鑿巖機(jī)鉆進(jìn)，孔深 5.2m。試驗表明，這種掘進(jìn)方式平均日掘進(jìn)進(jìn)尺超過12m。瑞典仍采用傳統(tǒng)的掏槽方式，只是對炮孔角度稍有改變，孔深甚至達(dá)到 7.5m，可見，傳統(tǒng)的掏槽方式仍有較強(qiáng)的生命力。 （4）自動化鑿巖技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)代掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的又一重要標(biāo)志。阿特拉斯科普科公司的最新精品，Boomer353ES“Eagle”鑿巖臺車，裝備了 Copl838/ECS型鑿巖機(jī)組，并配備周邊導(dǎo)向

20、定位系統(tǒng)，此系統(tǒng)可消除周邊定位誤差。鉆具由激光器精確定位，巷道掘進(jìn)邊界和鑿巖網(wǎng)孔圖形顯示在臺車司機(jī)室內(nèi)的監(jiān)視屏上，導(dǎo)向系統(tǒng)可精確地控制鉆孔偏角，并在屏幕上顯示的信息指出如何將周邊孔的偏角減到最小，從而消除過度超、欠挖。這種新型的鑿巖方法將鑿巖速度、精度和良好的人機(jī)工程學(xué)結(jié)合起來，可在地面或井下實施遙控操作，并可由一人操作多機(jī)多工作面掘進(jìn)。經(jīng)測試表明，自動化鑿巖技術(shù)平均可節(jié)省 1020地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀6的雷管和炸藥消耗量，減少 50的超、欠挖，增加 1020有效鑿巖時間，臺班鑿巖效率增加 1020。此外，自動化鑿巖系統(tǒng)還可根據(jù)所采用的推力自動調(diào)節(jié)沖擊功，從而消除推力不足和推力過大，減少

21、了鋼釬應(yīng)力過度，延長了釬桿的使用壽命。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀7第二章第二章 鏟運機(jī)鏟運機(jī)20世紀(jì)40年代末期，發(fā)達(dá)國家開始使用井下無軌運輸設(shè)備。1953年研制出第一臺自裝自卸履帶式運輸設(shè)備。后來因為運行速度慢、維修費高，改為膠輪式裝運機(jī)。1962年第一臺柴油驅(qū)動的井下無軌鏟運機(jī)問世后，無軌運輸?shù)玫綇V泛應(yīng)用。無軌運輸車又稱無軌膠輪車、自行礦車，英美稱之為“自由駕駛車”，俄羅斯則稱之為“自行礦車”。它是近10年來發(fā)展較快的一種運輸設(shè)備，無軌運輸車是一種以柴油機(jī)、蓄電池為動力，可直接在較硬的巷道底板上運行，不需專門軌道使用膠輪在道路上自動行駛的車輛。這種車輛是在鏟運車(LHD)基礎(chǔ)上演變而來的，

22、使用靈活，不需要軌道，轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)少，安全可靠，運輸能力大，機(jī)動性強(qiáng)，初期投資少，重載爬坡能力達(dá)到12度，空載可達(dá)30度，不僅可以用于礦石運輸和巷道掘進(jìn)，而且還可以用來運送人員和材料，以及進(jìn)行其他維修服務(wù)工作。可大大提高全礦效率，顯著降低運輸費用，采區(qū)內(nèi)不設(shè)車場及相關(guān)硐室，是礦井輔助運輸?shù)陌l(fā)展方向。缺點是對巷道要求條件較高，巷道斷面尺寸要求較大。2.1 我國鏟運機(jī)的發(fā)展我國鏟運機(jī)的發(fā)展裝載機(jī)、裝運機(jī)是一種使用橡膠輪胎以發(fā)動機(jī)、電力或壓縮空氣為動力，僅需1人操作即可完成鏟、裝、運輸及自卸的多功能聯(lián)合裝運機(jī)械。它具有運轉(zhuǎn)靈活、平穩(wěn)的特點，既可在露天礦場進(jìn)行作業(yè)，也可在狹窄地下巷道快速行駛，例如：C30

23、和CG12型裝運機(jī)可在井下有壓氣設(shè)備的開拓、回采巷道中進(jìn)行裝運礦石工作，并可將礦石直接卸入溜井、溜槽或其他運輸設(shè)備上，該類型裝運機(jī)通常是由動力裝置、車架、行走裝置、傳動裝置、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和工作裝置部件組成，有多種機(jī)型，操縱方便靈活，可靠性高，維修也方便，大功率的裝運則采用裝載機(jī)。裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。換裝不同的輔助工作裝置還可進(jìn)行推土、起重和其他物料如木材的裝卸作業(yè)。在道路、特別是在高等級公路施工中，裝載機(jī)用于路基工程的填挖、瀝青混合料和

24、水泥混凝土料場的集料與裝料等作業(yè)。此外還可進(jìn)行推運土壤、刮平地面和牽引其他機(jī)械等作業(yè)。由于裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、機(jī)動性好、操作輕便等優(yōu)點，因此它成為工程建設(shè)和礦山施工的主要機(jī)種之一。根據(jù)不同的使用要求，裝載機(jī)（裝運機(jī)）發(fā)展形成了不同的結(jié)構(gòu)類型。（1）按行走裝置不同，分為輪式和履帶式。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀8（2）按使用場合不同，分為露天用裝載機(jī)和井下用裝載機(jī)。（3）按動力傳動系統(tǒng)的不同分為機(jī)械傳動、液力機(jī)械傳動、全液壓傳動和電動式、氣動式。（4）按裝卸的方式不同，分為前卸式、側(cè)卸式、回轉(zhuǎn)式和后卸式。輪式裝載機(jī)基本上都是前卸式。（5）按轉(zhuǎn)向方式不同，分為整體式和鉸接式。由于裝運機(jī)后面

25、拖著供氣軟管，運輸距離受到限制，不能滿足大型礦山的出礦要求。20世紀(jì)80年代我國從波蘭引進(jìn)一批內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的LK-1型鏟運機(jī)，并在一些礦山試用后很快“國產(chǎn)化”，制造出我國第一代鏟運機(jī)。這種鏟運機(jī)沒有“尾巴”，在工作面調(diào)度方便，其經(jīng)濟(jì)運輸距離可達(dá)300400 m，大大增加了使用運行范圍，從而可以減少采場溜井布置數(shù)量，節(jié)約井巷開鑿工程投資。由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的鏟運機(jī)沒有儲礦倉，設(shè)備前端裝有一個大容積鏟斗，裝滿后直接駛往溜井卸載，一機(jī)同時具有“裝運卸”功能。由于鏟運機(jī)多采用前后兩部鉸接車架，油缸牽動車架折腰轉(zhuǎn)向，所以整機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑較小，機(jī)動靈活，爬坡能力強(qiáng)，對于地下礦山較惡劣的工作條件，適應(yīng)性較好。從“九五”

26、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)時期開始，國內(nèi)一些制造廠家對地下鏟運機(jī)陸續(xù)進(jìn)行全面改進(jìn)和創(chuàng)新。首先是研制大型電動鏟運機(jī)，對內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的鏟運機(jī)進(jìn)行更新?lián)Q代。在地下礦山采場，往返穿梭運行的內(nèi)燃鏟運機(jī)所排放的尾氣對工作環(huán)境污染很嚴(yán)重；特別是尾氣中所含致癌物質(zhì)，對人的生命有嚴(yán)重危害。所以采用電力拖動的地下鏟運機(jī)應(yīng)運而生。在引進(jìn)德國GHH公司、美國Eimco公司和Wagner公司先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國國情，研制出一批適用、高效的鏟運機(jī)。 進(jìn)入新世紀(jì)以來，衡陽力達(dá)機(jī)械公司、南昌通用機(jī)械公司、金川金格車輛公司和北京安期生技術(shù)公司等，采用現(xiàn)代設(shè)計方法和先進(jìn)制造技術(shù)，分別研發(fā)出CY系列、CYE系列、WJ系列、WJD系列、JCC

27、Y系列和ACY系列等地下鏟運機(jī)。無論是內(nèi)燃鏟運機(jī)還是電動鏟運機(jī)，在規(guī)格型號、整機(jī)結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能等方面，都已趕上國外先進(jìn)水平，完全可以滿足礦山生產(chǎn)需要。北京科技大學(xué)是鏟運機(jī)的國內(nèi)啟蒙單位之一，自 1974 年開始就沒有離開過無軌設(shè)備一步， 金川公司與北科大合作 10 年時間，先后不間斷完成了 2M3、4M3、6M3柴油鏟運機(jī)，DCY4 電動鏟運機(jī)和 JKQ-10、 JKQ-25 型礦用卡車的研制開發(fā)和定型小批量生產(chǎn)，同時派生出了 12 噸和 20 噸卡車，形成了 2 立方以上鏟運機(jī)和 1025 噸卡車的較大覆蓋面。2.2 鏟運機(jī)的發(fā)展趨勢鏟運機(jī)的發(fā)展趨勢地下鏟運機(jī)是設(shè)計制造技術(shù)比較復(fù)雜的礦山設(shè)備

28、之一。近年來，隨著采礦工業(yè)的迅速發(fā)展，地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀9鏟運機(jī)進(jìn)入一個新的發(fā)展時期，技術(shù)發(fā)展的重點是提升自動化水平，改善作業(yè)條件，體現(xiàn)以人為本；嚴(yán)格貫徹安全環(huán)保節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求；開發(fā)適應(yīng)不同工作環(huán)境的新產(chǎn)品、新裝備。鏟運機(jī)發(fā)展創(chuàng)新的趨勢可以概括如下。（1）開發(fā)性能良好、多種用途、多種功能、適應(yīng)性較強(qiáng)的機(jī)型。設(shè)計換裝簡便的工作機(jī)構(gòu)，例如可裝配不同鏟斗、可裝叉爪、可裝碎石機(jī)和工作平臺等，以便進(jìn)行采掘工作面清頂和修理巷道壁面等工作。此外還應(yīng)研制適用于高溫、薄礦層、含有燃爆氣體等工作場所的鏟運機(jī)。（2）開發(fā)充電式高儲能鏟運機(jī)。電動鏟運機(jī)沒有尾氣排放污染問題，也沒有煙霧和氣味，溫升較低，噪聲小

29、，牽引能力較大，維修工作量較小，設(shè)備完好率較高。但是電動鏟運機(jī)拖曳著一條動力電纜，限制了設(shè)備的運行范圍，而且會車時容易發(fā)生“絞纜”事故。如果鏟運機(jī)裝有功率較大的充電儲能裝備（如高能電池等），其使用性能和適應(yīng)性能即可顯著優(yōu)于內(nèi)燃鏟運機(jī)，一定更受歡迎。（3）提升鏟運機(jī)自動化程度和工作可靠性，改善作業(yè)條件，實現(xiàn)“人性化”運行。地下礦不同于露天礦，實現(xiàn)采掘作業(yè)自動化，必須克服一系列特殊困難。需要研制適用的由計算機(jī)硬件、軟件和通訊系統(tǒng)組成的、可以完成全部工藝過程監(jiān)視和控制的系統(tǒng)裝置；車載電腦可以判斷環(huán)境，在全程目標(biāo)內(nèi)指揮鏟運機(jī)離開巷道墻壁，找到溜井卸載，并準(zhǔn)確返回待裝巖堆；實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，甚至無人操縱的

30、全程自動控制。（4）研制節(jié)能降耗、安全環(huán)保、人性化的新型鏟運機(jī)。對于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的鏟運機(jī)，改進(jìn)增壓中冷技術(shù)、燃油噴射電控技術(shù)、變形蝸輪增壓器技術(shù)和發(fā)動機(jī)燃燒低排放等技術(shù)，優(yōu)化節(jié)能降耗效果。對于大型鏟運機(jī)，采用封閉、隔音、防振、帶空調(diào)、防傾翻及防落石的駕駛室；同時加大內(nèi)部空間，減小反光率；盡量簡化操縱桿件和按鈕。遵照人機(jī)工程學(xué)原理，美觀科學(xué)地布置儀表，設(shè)計可調(diào)整、可轉(zhuǎn)動、懸浮式座椅，以增加駕駛員的舒適性和擴(kuò)大能見度，減輕操作疲勞，防止發(fā)生事故，提高鏟裝作業(yè)效率。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀10第三章第三章 地下汽車地下汽車3.1 國外地下汽車的發(fā)展現(xiàn)狀國外地下汽車的發(fā)展現(xiàn)狀國外早在20世紀(jì)50年代就

31、開始了井下汽車的研發(fā)工作。Atlas Cocoa Wagner公司于1960年開發(fā)出第一臺載重量為10t井下汽車。1998年在MT420型的基礎(chǔ)上推出MT420B型汽車，載重量18.2t。進(jìn)入新世紀(jì)，在載重量50t的MT5000、MT5010型汽車基礎(chǔ)上相繼又推出MT6020型汽車，載重量60t，自重為43.9t。該車動力性能好，操作舒適，在Stawell金礦試驗表明：能保持MT5010型汽車的行駛速度，生產(chǎn)能力提高20。Caterpillar Elphinstone公司于1994年開始生產(chǎn)井下汽車，2001年推出載重量55t的AD一55型汽車，在澳太利亞塔斯馬尼亞的Caterpillar E

32、lphinstoru礦使用效果良好，現(xiàn)已推廣使用，占全球大型車市場較大份額。目前，該公司生產(chǎn)載重量38、40、45和55t井下汽車。Sandvik Tamarack公司的下屬子公司：芬蘭TORO公司、加拿大EJC公司分別生產(chǎn)TORO和EJC系列井下汽車。TORO公司于1978年開始生產(chǎn)井下汽車，1990年生產(chǎn)載重量40t的40D型汽車，1995年生產(chǎn)載重50t的50D型汽車，1999年開發(fā)了全球最大載重量80t的Supra0012HSupra0012R型汽車，前者用于平路運輸、后者用于坡道運輸。2005年開發(fā)出TORO60型汽車，牌號Sandvik TH660。首臺車用在加拿大北美鈀公司Lac

33、 Deslles鉑集團(tuán)的金屬礦山，從地下采場直接運往地表破磨廠。使用表明：該車機(jī)動性能好、易于操作、生產(chǎn)能力大、運行良好。另外有6臺TH660型汽車在澳大利亞Newcrest公司的Ridgeway礦山投入運行。EJC公司從2O世紀(jì)90年代開始生產(chǎn)井下汽車，現(xiàn)在主要生產(chǎn)中小型汽車，載重量從11830t等6個系列產(chǎn)品，載重30t的EJC530SX型新產(chǎn)品，具有高度矮、寬度窄、外型緊湊、適用性強(qiáng)的特點。GHH公司從1964年開始生產(chǎn)井下汽車。目前生產(chǎn)載重量從12t到60t的l0種型號汽車。最近開發(fā)的SKA301型汽車載重量30t，采用伸縮式后卸車廂，適用于巷道高度低的礦山使用。瑞典Kiruna采礦運

34、輸公司從20世紀(jì)80年代生產(chǎn)電動地下汽車，具有無廢氣和噪聲污染、生產(chǎn)效率高、運營成本低、操作舒適的特點，備受用戶關(guān)注。第一臺載重50t的K1050E型電動汽車在加拿大礦山使用表明：既可由架線供電，也可用蓄電池供電，適應(yīng)性強(qiáng)，牽引性能好，在20的坡道運行速度達(dá)20km/h，連續(xù)運行時間長，可靠性高。目前仍生產(chǎn)載重量30t和50t的電動汽車。加拿大MTI國際采礦技術(shù)公司的JCI公司從20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)井下汽車，載重量從6t到27t等5個型號汽車，發(fā)動機(jī)為水冷柴油機(jī)，采用電控系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有高效節(jié)能和廢氣排放低的特點。還生產(chǎn)低矮型、載重27.3t的井下汽車，適合井下巷道低的礦山使用。加拿大D

35、UX公司生產(chǎn)的地下汽車，載重量從11t到55t等11個型號汽車，其中地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀11TD.16、TD.20、TD一26、TD一30和TD-45型汽車為伸縮式后卸汽車，其載重量分別為15、18.2、24.5、27.2和41t；ET.24和ET一33兩種型號為推板式汽車，卸載高度大大降低。南非Bell公司于2O世紀(jì)8O年代中期生產(chǎn)鉸接汽車，主要型號為B17CB40C，載重量從1736.5t。主要特點是整車承載能力大、可靠性高，使用壽命長，降低了司機(jī)室高度，改善了司機(jī)的操作條件，污染、振動和噪音低。最近又開發(fā)出載重量55t的井下汽車?？傊?，目前國外井下汽車以中小車型為主，近期也開發(fā)了一

36、些載重量55、60和80t的大型汽車；動力以柴油機(jī)驅(qū)動為主，也有電動和其他動力的汽車；車廂以后傾翻卸料為主，也發(fā)展了伸縮式后卸和推板式卸料。這些汽車結(jié)構(gòu)成熟、可靠性高、堅固耐用、操作方便，自動化水平高；發(fā)動機(jī)廢氣排放少，滿足日益要求嚴(yán)格的排放法規(guī)，并逐漸實現(xiàn)零排放；噪音低、振動小、操作舒適；動力性能、經(jīng)濟(jì)性能不斷提高，更有效地適應(yīng)地下礦山的運輸要求。3.2 國內(nèi)地下汽車的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)地下汽車的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)研制地下汽車始于2O世紀(jì)70年代中期。目前，我國井下汽車的研發(fā)工作尚處于初期階段，品種、數(shù)量尚滿足不了國內(nèi)地下礦山的需求；技術(shù)性能、可靠性、舒適性、環(huán)保性及自動化水平等方面與國外先進(jìn)設(shè)備相比存

37、在一定差距。金川有色金屬公司與北京重型汽車制造廠合作，引進(jìn)德國G.H.H公司的MK.A25型、載重量25t的汽車散件，組裝10臺汽車；太原礦山機(jī)器廠、金川有色金屬公司和南昌礦山機(jī)械研究所合作仿制G.H.H公司的產(chǎn)品，制成UK.12型汽車，在金川有色金屬公司礦山使用；太原礦山機(jī)器廠在測繪美國Wagner公司樣機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)了UK.12A型井下汽車；濟(jì)南重型機(jī)器廠于20世紀(jì)90年代初開發(fā)出1520t汽車，在山東地下金礦使用；長沙礦山研究院和南寧重型機(jī)器廠、大廠礦務(wù)局合作，于1993年開發(fā)成功DQ-18型井下汽車，在大廠銅坑錫礦使用；北京礦冶研究總院與石家莊新華礦冶機(jī)械廠合作，于1995年開發(fā)出10

38、t的JZC10型井下汽車在凡口鉛鋅礦使用。該院相繼又開發(fā)出DKC一12型井下汽車。金川集團(tuán)機(jī)械制造有限公司是金川集團(tuán)有限公司(原金川有色金屬公司)的子公司，近年來主要生產(chǎn)JKQ一10、JKQ-25型井下汽車。2004年該公司與德國G.H.H公司合作，組建了金川金格車輛制造有限公司，實現(xiàn)了國外設(shè)計、國內(nèi)制造生產(chǎn)，既能結(jié)合國內(nèi)礦山實際，又采用了德國的先進(jìn)技術(shù)，投入市場后受到用戶好評；北京安期生技術(shù)有限公司從1992年開始與金川集團(tuán)公司第二機(jī)械廠合作，利用北京科技大學(xué)的技術(shù)優(yōu)勢，研發(fā)出JKQ.10和JKQ.25型井下汽車。目前北京安期生技術(shù)有限公司與北京科技大學(xué)車輛工程機(jī)械研究所組成緊密聯(lián)合開發(fā)體，

39、成立了“地下無軌設(shè)備產(chǎn)品發(fā)展中心”，已成功開發(fā)出載重量為1025t井下汽車；銅陵金湘重型機(jī)械科技發(fā)展有限責(zé)任公司是銅陵有色金屬集團(tuán)公司的子公司，生產(chǎn)1020t井下汽車；山東金興黃金設(shè)備有地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀12限公司無軌設(shè)備制造廠主要生產(chǎn)載重量8、12、20和25t的井下汽車。隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，我國井下汽車的研發(fā)水平有了很大的提高，從而促進(jìn)了井下汽車制造業(yè)的發(fā)展。3.3 地下汽車發(fā)展趨勢地下汽車發(fā)展趨勢3.3.1 整車向大型化、多樣化發(fā)展整車向大型化、多樣化發(fā)展（1）大型化）大型化隨著地下礦山無軌采礦技術(shù)的發(fā)展，礦山開采規(guī)模擴(kuò)大、生產(chǎn)能力的增加，應(yīng)用大型井下汽車生產(chǎn)效率高、燃油

40、消耗少，運營成本低等優(yōu)越性，使礦山企業(yè)優(yōu)選大型汽車，可以提高地下礦山勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，從而增大了大型井下汽車的市場需求；另外隨著汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，地下汽車制造商廣泛采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新材料，為井下汽車大型化創(chuàng)造了條件。近年來，國外一些制造商不斷推出大型井下汽車。Atlas Cocoa Wagner公司在20世紀(jì)80年代末生產(chǎn)載重量40t的MT444型汽車，1996年推出載重量50t的MT5000型汽車，進(jìn)入新世紀(jì)又更新為MTSOIO和MTS020型汽車，相繼又推出載重量60t的MT6020型汽車；Sandvik Tamrock公司1990年生產(chǎn)40t的40D型汽車，1995年推

41、出50t的50D型汽車，1999年推出80t的Supra0012HtSupra0012R汽車，2004年推出60t的TORO60型汽車；Caterpil1arElphinstone公司2001年推出載重量55t的AD55型汽車，2007年升級為載重量55t的AD55B型汽車；Bell公司也推出了載重量50t的井下汽車；G.H.H公司于2000年推出載重量60t的MK.A60型汽車。可見井下汽車大型化是今后主要發(fā)展方向之一。（2）多樣化）多樣化目前，絕大部分井下汽車采用后傾翻式卸料車廂，這種卸料方式可邊行駛邊卸料、卸凈率高、卸載方便。當(dāng)?shù)叵孪锏栏叨仁芟拗茣r，也有采用伸縮式車廂卸料，推板式車廂卸料

42、或側(cè)卸式車廂卸料。當(dāng)裝卸不同容重礦巖時，制造商可提供不同容積的車廂供用戶選用，以滿足不同礦山運輸條件的需求。使卸料方式向多樣化發(fā)展。井下汽車以鉸接式車架為主，但近年來大型汽車也有采用剛性車架；多種型式驅(qū)動橋；為適應(yīng)地下路面高低不平、彎多路陡的惡劣條件，前后車架需要相對擺動以使車輛盡可能的著地，以提高整車牽引附著性能和通過性。目前已出現(xiàn)了前橋擺動、鉸接處擺動、三點懸掛和雙后軸橋架等多種型式，以滿足用戶要求。3.3.2 動力系統(tǒng)向低污染、零排放、綠色化發(fā)展動力系統(tǒng)向低污染、零排放、綠色化發(fā)展綠色技術(shù)以節(jié)約能源，合理利用資源為目的，是減少環(huán)境污染，適合人類生存和環(huán)境保護(hù)的各種現(xiàn)代技術(shù)的集成。泛指保護(hù)

43、生態(tài)環(huán)境的思想和觀念，以護(hù)人類健康，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展為核心的所有生產(chǎn)技術(shù)的總稱。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀13（1）綠色柴油機(jī)技術(shù)）綠色柴油機(jī)技術(shù)柴油機(jī)是井下汽車的心臟，其性能優(yōu)劣直接影響汽車的動力性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能。它既是能耗裝置又給環(huán)境造成污染。為減少能耗，降低排放，對柴油機(jī)進(jìn)行一系列的研究，開發(fā)多項高新技術(shù)，取得顯著效果。用電子控制噴油系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械控制噴油系統(tǒng)，可隨時調(diào)節(jié)噴油量與噴油時間，使油氣混合均勻，燃燒迅速完全，大幅度降低NO和PM等有害物質(zhì)排放，降低油耗，燃油經(jīng)濟(jì)性好。渦輪增壓中冷技術(shù)可進(jìn)一步提高柴油機(jī)的充氣量，增加進(jìn)氣密度，實現(xiàn)稀薄燃燒，有效降低進(jìn)氣溫度與抑制N

44、O的生成，降低排放。廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)是將部分廢氣導(dǎo)入進(jìn)氣系統(tǒng)中，通過降低燃燒溫度來降低NO的排放，而又不會影響其經(jīng)濟(jì)性。每缸四氣門結(jié)構(gòu)使噴油器垂直于燃燒室中心，燃油分布均勻，燃燒狀況好，降低排放。Subdue公司和HyDrive Technologies of Mississaga公司合作開發(fā)出氫柴油燃燒技術(shù)，能提高柴油機(jī)功率，降低燃料消耗，減少廢氣中CO、CO、NO、HC和PM的含量。目前井下汽車的風(fēng)冷柴油機(jī)逐步被水冷柴油機(jī)替代，加裝機(jī)外廢氣凈化裝置，極大地改善廢氣排放，以滿足日益嚴(yán)格的法規(guī)要求。（2）清潔能源動力系統(tǒng)）清潔能源動力系統(tǒng)以電為動力的井下汽車具有無污染、噪聲低、功效高、

45、操作舒適、運輸和維修成本低和經(jīng)濟(jì)效益好。20世紀(jì)80年代開始研究，相繼開發(fā)出架線式和蓄電池井下汽車。如Atllac Cocoa Wagne公司載重量23tEMT-426和載重量36tEMT439等型汽車；Sandvik Tamarack公司載重量40t的TORO 40E型汽車；Kiruna和ABB公司合作開發(fā)載重量35t的K635E和50t的K1050等型汽車。電動汽車雖然實現(xiàn)了零排放，但電纜和架線制約了其適用范圍，影響其推廣應(yīng)用，在全球地下礦中應(yīng)用較少。最近開發(fā)的清潔能源有燃料電池、生物柴油、天然氣發(fā)動機(jī)和混合動力裝置。其中較有前途的是燃料電池。燃料電池FC(FuelCel1)是由氫氣和氧氣

46、產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而生成電能的發(fā)電裝置。只要連續(xù)不斷供給燃料和氧化劑便可連續(xù)發(fā)電。燃料電池在常溫工作時能獲得較高電流密度，能實現(xiàn)車輛從低負(fù)荷到高負(fù)荷的高效運行。它具有效率高，達(dá)到5060為柴油機(jī)的2倍以上，零排放無污染，只排出純潔的水蒸汽，無噪聲污染。燃料電池為模塊結(jié)構(gòu)，可以組成各種功率的電池堆以滿足不同動力的井下汽車需求。目前國外已用于公路車輛，地下礦山車輛處于試驗研究階段。20世紀(jì)90年代末，Atllac Cocoa Wagner公司曾在sT一8型鏟運機(jī)上試驗，取得一定效果。由國際燃料電池推進(jìn)學(xué)會和加拿大自然資源部門發(fā)起的LLC的車輛項目，以Caterpillar公司的R1300型鏟運機(jī)為樣機(jī)，

47、以燃料電池替代柴油機(jī)的研究始于2002年3月，目前，正在組裝調(diào)試與井下試驗。加拿大MTI公司在自行開發(fā)的鏟運機(jī)上改裝成燃料電池鏟運機(jī)，目地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀14前正在進(jìn)行試驗，一旦在鏟運機(jī)上試驗成功，就能在井下汽車上推廣應(yīng)用。燃料電池清潔能源的應(yīng)用是井下汽車動力源的發(fā)展方向。3.3.3 電子控制柴油機(jī)燃油噴射技術(shù)電子控制柴油機(jī)燃油噴射技術(shù)電子控制燃油噴射技術(shù)，使柴油機(jī)廢氣排放更清潔，燃油消耗更少，提高了經(jīng)濟(jì)性。Caterpillar公司新開發(fā)的ACERT技術(shù)(先進(jìn)的燃燒排放減少技術(shù))，依靠燃油控制、電子控制和空氣控制的相互配合，達(dá)到降低油耗，減少排放的目的。燃油控制采用多次噴射燃油使柴油

48、機(jī)點火過程最佳，有效降低燃燒室溫度，從而增加充氣系數(shù)，減少有害氣體的排放；電子控制采用ADEM4先進(jìn)柴油機(jī)管理系統(tǒng)和控制軟件ECM，前者在柴油機(jī)上使用傳感器來測量汽車負(fù)荷和整車狀況，增加柴油機(jī)回饋信息，控制燃油供給和氣門打開時間以降低廢氣排放，后者通過程序隨時調(diào)節(jié)噴油量和噴油定時，使燃油燃燒更充分，降低燃油消耗；空氣控制除了排氣過程中采用渦輪增壓技術(shù)外，還在氣缸中采用空氣橫向流動技術(shù)，增加了充氣系數(shù)，減少了廢氣排放，達(dá)到了美國的EPA Tier IU的排放法規(guī)要求。2004年Detroit公司開發(fā)出DDECV完全集成發(fā)動機(jī)管理與控制系統(tǒng)的第五代產(chǎn)品，不僅使柴油機(jī)燃油消耗更少，而且排出廢氣更清潔

49、。Cummins公司開發(fā)柴油機(jī)Quantum電控系統(tǒng)和采用缸內(nèi)燃燒技術(shù)、燃油共軌噴射系統(tǒng)，使燃燒更充分，燃油消耗少，排放更低。Deutz公司開發(fā)了EMS柴油機(jī)電子監(jiān)測系統(tǒng)、EMR電子調(diào)速器和MVS電磁閥系統(tǒng)。從而實現(xiàn)對柴油機(jī)變速控制、扭矩控制，并根據(jù)柴油機(jī)運轉(zhuǎn)工況調(diào)節(jié)噴油泵供油量，達(dá)到最大功率輸出和最低廢氣排放。目前，電控柴油機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。通過傳感器把車輛各種信號傳給車載計算機(jī)，計算機(jī)控制噴油提前角、噴油時間和噴油量，以調(diào)整發(fā)動機(jī)在最佳工況下運行。由于采用電子控制燃油噴射技術(shù)，柴油機(jī)燃燒更充分，整機(jī)具有動力性能好、廢氣排放少、燃油消耗少、使用壽命長的特點。3.3.4 變速箱自動換檔技術(shù)變

50、速箱自動換檔技術(shù)變速箱是井下汽車實現(xiàn)變速、換向的關(guān)鍵部件，由于井下汽車作業(yè)條件復(fù)雜多變，運行時發(fā)動機(jī)負(fù)荷多變，車速變化頻繁，為使汽車高效節(jié)能作業(yè)，需要不斷地調(diào)節(jié)機(jī)械檔位。由于換檔時動力切斷時間長，影響汽車效率和節(jié)能效果。隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，國外一些制造商如Caterpillar公司、DANA(Clark)公司和VOLVO公司等的動力換檔變速箱實現(xiàn)了自動換檔。使汽車根據(jù)車速、行駛阻力和發(fā)動機(jī)油門開度，自動選擇最佳檔位。自動換檔變速箱是由常嚙合變速齒輪組和換檔離合器、油泵、油缸、電控?fù)Q向閥；微機(jī)、傳感器(油門位置、轉(zhuǎn)速、扭矩等傳感器)、D/A、A/D及相應(yīng)的接口電路組成。汽車運行過程中，微機(jī)從

51、各傳感器接收信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的參數(shù)，利用程序軟件計算處理，根據(jù)當(dāng)前油門位置、阻力和速度等參數(shù)求出地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀15最佳檔位，并輸出控制指令，通過電液換向閥控制油缸動作，驅(qū)使檔位換檔離合器結(jié)合，進(jìn)行自動換檔。由于自動換檔能根據(jù)汽車工況變化自動選擇最佳檔位，使發(fā)動機(jī)功率利用充分，能提高汽車運行效率，降低油耗；減輕司機(jī)的疲勞和誤操作；減少換檔時的振動和沖擊所帶來的車輛磨損和損壞，提高了車輛使用壽命。3.3.5 無人駕駛井下汽車無人駕駛井下汽車隨著地下開采深度的增加，井下溫度和礦巖壓力也隨之增加，通常從采深400m延深到1000m，下環(huán)境溫度從22C增加到40，井下條件更加惡化，對人

52、員安全威脅也愈大。為確保人身安全，國外一些礦山和井下汽車制造商早在2O世紀(jì)70年代開始研究試驗無人駕駛的井下汽車。瑞典波立登公司用一臺載重6t的井下汽車裝備了自動導(dǎo)向和控速裝置進(jìn)行無人駕駛試驗，取得一定效果。20世紀(jì)80年代中期，INCO公司研制一臺載重量70t的無人駕駛的架線供電井下電動汽車，在小斯托比(Lillte Stobie)礦山使用。從放礦點到溜井區(qū)間運行。到1994年該礦山閉坑時為止，累計運行29個月，共運礦石80萬t。90年代初諾蘭達(dá)技術(shù)中心(NTC)和加拿大中央碳酸鉀有限公司(ccp)共同開發(fā)了EIEquIP多用通訊系統(tǒng)和分布式天線系統(tǒng)，還自行開發(fā)用于汽車的視頻光學(xué)制導(dǎo)系統(tǒng)。使

53、載重26t的井下汽車實現(xiàn)了無人駕駛，最大運行速度22km/h，設(shè)備利用率90。NTC公司的最大地下礦山Brunswick鉛鋅礦，于2002年開始用兩臺WagnerMT-436B型井下汽車，實現(xiàn)了無人駕駛運行。每臺車上裝有各種傳感器、機(jī)載計算機(jī)和兩部攝像機(jī)(前、后各裝一部)。攝像機(jī)從敷設(shè)在巷道頂板上的光反射帶接受信息。整個系統(tǒng)由控制室操作人員通過計算機(jī)和顯示屏監(jiān)控車輛運行和裝、卸車全過程。車輛行駛速度7km/h，最大速度l0km/h。SandvikTamrock公司是較早開發(fā)自動化采礦的公司，正在實施的自動化礦山(Auto mine)控制系統(tǒng)，已在礦山試驗多年，現(xiàn)已推向市場。南非的Fin.sch

54、金剛石礦，采用了Auto mine自動控制系統(tǒng)，2005年無人駕駛的TORO50D型井下汽車投入生產(chǎn)，到2006年已有5輛無人駕駛的TORO50D型汽車和遙控作業(yè)的鏟運機(jī)，組成井下全自動化的運輸系統(tǒng)。裝在汽車上的導(dǎo)向系統(tǒng)由激光掃描器、陀螺儀和機(jī)載計算機(jī)組成。該車運輸效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀16第四章第四章 無軌化開采技術(shù)在我國礦山的應(yīng)用無軌化開采技術(shù)在我國礦山的應(yīng)用中國地下巖金礦山應(yīng)用無軌采礦設(shè)備始于 20 世紀(jì) 80 年代，并得到了迅速發(fā)展，以大紅山、焦家金礦、新城金礦、三山島金礦為代表的山東膠東地區(qū)的巖金礦山應(yīng)用最為普遍和成熟，基本實現(xiàn)了主要采礦作業(yè)的無軌化。部

55、分礦山還引進(jìn)了坑內(nèi)卡車以及撬毛臺車、人車、液壓碎石機(jī)、材料車等輔助車輛。另外，其他地區(qū)的巖金礦山，如內(nèi)蒙古紅花溝金礦、金廠溝梁金礦，河北金廠峪金礦，吉林夾皮溝金礦，河南秦嶺金礦，湖南湘西金礦等也進(jìn)行了試驗應(yīng)用。初始設(shè)備規(guī)格均較小，以微型、小型鏟運機(jī)為主，后陸續(xù)引進(jìn)了斗容 4.1mCTX-6B 型(三山島金礦)、TORO-300D 型(新城金礦)等中、大型設(shè)備，采掘設(shè)備已逐步大型化。但相對于澳大利亞、歐美等礦業(yè)發(fā)達(dá)國家，中國金屬礦山，特別是巖金礦山對無軌開采技術(shù)的應(yīng)用還多數(shù)僅限于采用鑿巖臺車鑿巖、鏟運機(jī)出礦的主要采礦作業(yè)環(huán)節(jié)。而包括平面及豎向運輸?shù)牟?、掘、運及其他輔助作業(yè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均采用無軌設(shè)備

56、的全無軌化采礦技術(shù)的應(yīng)用尚處于起步階段。目前比較有代表性的礦山有山東三山島金礦、陜西煎茶嶺金礦等。4.1 大紅山礦區(qū)大紅山礦區(qū)大紅山礦區(qū)位于云南省玉溪市新平縣戛灑鎮(zhèn)，在昆明市西南。公路距離 260km，交通方便。大紅山礦區(qū)是 1959 年發(fā)現(xiàn)的大型鐵銅礦床。經(jīng)過多年來的建設(shè)和發(fā)展，現(xiàn)在大紅山鐵、銅兩座地下礦山的礦石生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)到了年產(chǎn)近 1000 萬 t 的水平，成為目前我國最大的地下開采金屬礦區(qū)之一。大紅山銅礦對多層、中厚、緩傾斜至傾斜難采礦體采用無軌設(shè)備進(jìn)行機(jī)械化開采，使用小中段空場法、房柱法采礦，采后全面采用尾砂及廢石充填處理采空區(qū)；采用主膠帶斜井連續(xù)運輸代替箕斗豎井間斷運輸，實現(xiàn)了現(xiàn)代

57、化大規(guī)模生產(chǎn)，總體水平居國內(nèi)一流。擴(kuò)產(chǎn)工程建成之后，大紅山鐵礦生產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到 l200 萬 t/a，銅礦將達(dá)到 600 萬 t/a，整個礦區(qū)將達(dá)到1800 萬 t/a，仍將位列我國最大的以地下開采為主的金屬礦區(qū)的前列。不但將為昆鋼、云銅的發(fā)展和云南省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)，而且將進(jìn)一步為我國金屬礦山的建設(shè)提供寶貴的經(jīng)驗。設(shè)備與工藝相輔相成，工藝促進(jìn)設(shè)備的發(fā)展，設(shè)備推動工藝的進(jìn)步。設(shè)備是實現(xiàn)工藝的基礎(chǔ)、手段和保證。大紅山依據(jù)其突出重點，兼顧一般，根據(jù)發(fā)展變化適時增補的設(shè)備配置原則，兩礦均先后采用了先進(jìn)、高效的無軌開采工藝，配置了國內(nèi)一流的無軌采掘設(shè)備。先進(jìn)的采礦設(shè)備保證了大規(guī)模、高效率、安全生產(chǎn)

58、的實現(xiàn)，改變了礦山的面貌，取得了輝煌成果。地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀17（1）大紅山銅礦）大紅山銅礦二期工程使用無軌設(shè)備開采，設(shè)計規(guī)模 2400t/d，配置設(shè)備見表 1。設(shè)備 型號 數(shù)量/臺中深孔鑿巖臺車 simbaH1354 2平（斜）巷掘進(jìn)鑿巖臺車 boomer281/104 3+2出礦鏟運機(jī)（4m3） Toro-1400E/007 3+1出渣鏟運機(jī) 國產(chǎn) CY-2 6中深孔裝藥車 Normet 6315XCR 1移動式液壓破碎機(jī) MT-12HD/TB830XS 3生產(chǎn)中近幾年實行銅鐵含采，加大了礦體厚度，隨大直徑深孔采礦方法的應(yīng)用，添增了國產(chǎn)潛孔鉆，T-1502 臺：T-1002 臺。現(xiàn)

59、井下出礦 470 萬 t/a，無軌開采約占一半產(chǎn)量?，F(xiàn)正采購增加無軌設(shè)備 21 臺，包括 ACY-3L、ACY-4、EST1030、ST710 等國產(chǎn)和進(jìn)口鏟運機(jī)，sire-ba261、T.150 國產(chǎn)和進(jìn)口潛孔鉆，TM.12HD/TB830XS 移動式破碎臺車，DS-25-11 撬錨臺車、Bohec235H-DCS 錨桿臺車等。（2）大紅山鐵礦）大紅山鐵礦設(shè)計規(guī)模 400 萬 t/a，配置設(shè)備見表 2。設(shè)備 型號 數(shù)量/臺中深孔鑿巖臺車 simbaH1354 6平（斜）巷掘進(jìn)鑿巖臺車 boomer281 6（使用 4 年）出礦鏟運機(jī) Toro1400E 4出渣、出礦鏟運機(jī) ST-3.5 8裝

60、藥車 GIA 3移動式液壓破碎機(jī) Normet 1設(shè)計規(guī)模 400 萬 t/a 配置設(shè)備現(xiàn)產(chǎn)量增加到 500 萬 t/a 以上，承包單位白行增加：simbaH1354(1 臺)；simbaH254(2 臺，二手設(shè)備)；ST-1010(2 臺，原有)；boomerl04(1 臺原有)。（3）效果）效果銅礦。大紅山銅礦對多層、緩傾斜傾斜、中厚-厚難采礦體采用高效率大型無軌采掘設(shè)備進(jìn)行機(jī)械化大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，二期采礦工程投產(chǎn)后短期內(nèi)產(chǎn)量即從設(shè)計的 80 萬 t/a 擴(kuò)大了一地下無軌設(shè)備研究與應(yīng)用現(xiàn)狀18倍。目前大紅山銅礦一、二期工程已達(dá)到年產(chǎn) 470 萬 t 的水平，比設(shè)計能力翻了兩番多，一躍成為國內(nèi)