黄志兵
云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663701
摘要：随着露天开采规模的增大，矿山大型设备的投入比例也相应地增加，如何高效、经济地使用露天大型设备是目前的重要研究方向，因此，保证矿山设备生产能力最大化是采场工作的重中之重，分析大型设备在露天矿山的高效运转模式也变得尤其重要。本文以矿区为背景，针对影响电铲的因素，经过长期的现场跟踪观测，数据收集，得到了挖掘设备的工作时间，出勤率，台班效率等相关数据，根据所收集的数据对设备在采场的使用情况进行分析，对影响设备生产效率的因素进行研究。
关键词：露天矿山；电铲；台班效率；生产模式
露天矿电铲一般指履带式电动控制的机械正铲矿用挖掘机，其所有工作传动装置均由交流变频异步电动机驱动。电铲传动工作装置包括提升机构、回转机构、推压机构、行走机构４个部分。2020年三台电铲总铲装方量达到962万m3，比2019年（890万m3）增加了71.64万m3。主要原因：（a）2020年台班效率较去年同期同比上升14%；（b）2020年车间不断优化就餐、适度重载率交接班的模式后，提高设备作业效率；（c）通过优化生产组织，增加了备用剥离点和调整了夜班4:30以后主要铲装运输设备的分批次轮流停机计划，提高了设备实际工作时间，从2020年2月21日起至12月25日，三台电铲累计加班剥离量达到36.55万m3；综上所述使电铲铲装方量同比上升。作为超大型工程机械，在进行挖掘作业时，矿用电铲必须协调各组成部分完成相应动作，主要依靠斗杆与铲斗之间的推压、提升等进行挖掘工作。其回转机构实现多角度挖掘及定位卸载，行走机构支持设备根据开采工况需求进行移动。矿用电铲通过不间断地重复“装载、回转、卸载、再回转”的动作来实现物料的采掘和卸载。矿用电铲由于其作业能力强、作业范围大、作业效率高、维护成本低、环境适应性极强等特点，被广泛应用于露天矿开采作业中。矿用电铲传动装置主要通过电控比例操作手柄来实现挖掘和行走动作。但是，电铲操作复杂，且劳动强度大、效率低。面对多变的物料堆积形貌，人工操作挖掘作业存在满斗率低、易过载、挖掘效率低、控制精度不高等问题。为保障电铲稳定、高效作业，减轻操作人员劳动强度，提高操作精度及生产作业效率，研究矿用电铲的智能化十分必要。智能化是矿山装备发展的方向，智能化技术的应用不仅可提升作业精度，优化工作流程，还能最大限度解放劳动力，提升生产质量与效率，保障人员安全。
1设备运行情况
因堆场矿量减少，采场直供矿石量增多，需加快剥离进度，尽早揭露更多主矿体形成备采。在这样的背景下，某露天矿山决定启用利勃海尔9250E电铲同时作业的方式，来提高露天采场的生产能力。2020年计划铲装量1788万m3，实际铲装量1954万m3，完成计划的109%，与去年相比（1746万m3）增加了208万m3；主要铲装设备（电铲、4.5m3和7m3挖机）平均出勤率为61%，较去年同期（57%）上升了4个百分点。
2影响设备工作效率的因素
由上述统计数据得知，D1#电铲在3月和10月的实际台时效率变化较大；根据D1#电铲在不同区域的作业情况进行了深入的分析，具体如下。
（1）2020年电铲铲装方量与去年同比，铲装方量上升了6%，但铲装量占比情况同比去年下降2个百分点，主要原因是其原本的工作量被C20#挖机分担了部分，2020年C20#挖机完成76万m3的铲装量，占比为4%。
（2）C2#挖机计划铲装方量为101万m3，实际铲装方量为97万m3，完成计划的95%，C2#挖机铲装方量未完成的主要原因：2020年C2#挖机上半年作业区域为西帮1320-1410平台作业，在西帮作业初期C2#挖机以甩方作业以及生产辅助作业为主，甩方量未装车；之后C2#挖机调至1095-1170平台区域作业时，主要负责该区域的精细化分层开采作业，台班效率下降，计划台班效率为1600m3/台班，实际台班效率为1412m3/台班；上述原因导致C2#挖机铲装方量未完成。
（3）C4#挖机计划铲装方量为128万m3，实际铲装方量为125万m3，完成计划的96%，C4#挖机铲装方量未完成的主要原因：2020年C4#挖机主要在西帮1350-1380平台区域、岩冲整改1365-1395平台区域以甩方作业为主，甩方量未装车；之后调至1200-1245平台北帮区域进行精细化分层开采作业，台班效率下降；导致C4#挖机铲装方量未完成。
（4）C13#挖机计划铲装方量为110万m3，实际铲装方量为100万m3，完成计划的91%，C13#挖机铲装方量未完成的主要原因是：
（a）2020年C13#挖机主要安排在1010—1050平台的采矿区域进行剥离兼采矿，围绕13#矿体边界进行剥离，隔出废石；同时对29#和47#等矿体实施精细化采矿，设备效率下降；（b）2020年C13#挖机备用时间（1852h，备用率达22%）和故障停机时间（1586.7h，故障停机率达21%）均较长，导致C13#挖机出勤率（48%）低；上述原因导致C13#挖机未按计划完成铲装方量。
（5）电铲完成装铲后，需要将物料装载到矿用卡车上进行运输。电铲智能对位卸载技术一方面能够根据电铲位置及其动作范围，引导矿用卡车停靠在装载区域；另一方面能够自主精准地对卸载点进行定位识别，以完成物料卸载任务。为完成对位卸载作业动作，首先要获取电铲车身、铲斗及运输车辆的精准位置。针对矿区全球导航卫星系统（ＧＮＳＳ）信号不稳定问题，电铲车身及运输车辆采用车规级全球定位系统（ＧＰＳ）／北斗差分定位系统，结合高精度惯性导航器件进行多传感器融合，确保电铲及运输车辆的高精度定位，精度达到厘米级别。通过精准的车身定位，结合传感器系统的位姿信息、电铲车身的运动学解算信息等，可引导矿用卡车进入指定装载区域，同时，根据动作机构与电铲之间的相对位置信息，可对铲斗位置进行精确计算，实现精准的铲斗定位。通过布置在电铲及生产作业现场的激光雷达和光学设备，利用机器视觉、图像处理等技术，实现对进场装载运输车辆的类型、三维参数、货箱参数的精准识别与测量，并识别指定装载点，引导铲臂智能路径规划系统完成作业路径规划。在铲斗控制方面，以电铲动力学模型和铲斗控制模型为基础，采用ＰＩＤ算法控制斗杆速度和位置，将铲斗提升至高于矿用卡车货箱的高度，通过分解电铲动作机构的动作，实现电铲铲斗与矿用卡车货箱之间的智能对位卸载。
（6）车铲比
矿山生产工序中，铲装和运输是相互联系的环节，两者之间的相互影响极大，为了是电铲和矿用卡车的生产能力同时最优，需要对车铲比的控制精细化，因此就必须改变过去固定数量车辆配合电铲装车的模式，由调度人员通过智能调度系统，对比运输距离的远近，设备作业面的好坏，采取灵活调车的方式，能有效的减少铲运设备等待装车的时间。
总述，影响电铲效率的主要因素可归为以下几种：
1、作业区域对采掘设备效率的影响。
2、爆破效果对采掘设备效率的影响。
3、采场运输道路的质量因素对采掘设备效率的影响。
4、矿用卡车入换方式对采掘设备铲装效率的影响。
5、车铲比对采掘设备效率的影响。
3结论
通过跟踪电铲在露天矿山的运行情况，分析总结设备在生产过程中影响效率发挥的因素，并针对其影响因素提出合理的解决措施。
（1）创造适合电铲作业面，并为后续工作面的衔接提前做好相关准备工作，使电铲的连续性作业提高保证，提高电铲在实际生产中的作业效率。
（2）在爆破时适当的增加炸药单耗，提升爆破质量，使电铲在作业时尽可能避免因块度、根底等因素影响，即使爆破成本有所增加，但对于整体的生产工艺系统来说，提高了电铲作业的装车效率，也减少了发生二次爆破的机率。
参考文献
[1]陈素云.影响电铲挖掘效率的因素分析.产业与科技论坛.
[2]邓有燃,陈德付,威华,梅斌,谢云燕.安家岭露天矿电铲效率影响因素分析.露天采矿技术.