我国金属矿山采矿装备现状与趋势_汪绍元

　　S e r i a l N o . 491 Ma r c h . 2010 现 代 矿 业 MO R D E NMI N I N G 总 第 491期 2010年 3 月第 3 期 我国金属矿山采矿装备现状与趋势 汪绍元 王 杰 ( 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 ) ( 中 南大学资源与安全工程学院 ) 杨金林 摘 要: 通过对我国金属矿山采矿装备生产企业现状的分析 , 并与国外金属矿山采矿装备生产 企业的现状进行了对比 , 提出了我国金属矿山采矿装备的发展趋势和展望 。 关键词 : 金属矿山 ; 装备 ; 现状 ; 趋势 中图分类号 : T D 4文献标识码 : A 文章编号 : 16746082( 2010) 03001602 S t a t u s a n dT r e n do f C h i n a Me t a l Mi n e Mi n i n gE q u i p me n t Wa n gS h a o y u a nWa n g J i eY a n g J i n l i n ( 1. S i n o s t e e l M a a n s h a nI n s t i t u t e o f M i n i n gR e s e a r c hC o . , L t d .; 2.S c h o o l o f R e s o u r c e s a n dS a f e t yE n g i n e e r i n g , C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y ) A b s t r a c t : T h ed e v e l o p m e n t t r e n da n dp r o s p e c t o f C h i n am e t a l m i n em i n i n ge q u i p m e n t a r er a i s e d t h r o u g ht h e a n a l y s i s o f s t a t u s o f C h i n a m e t a l m i n e m i n i n g e q u i p m e n t m a n u f a c t u r e e n t e r p r i s e a n dc o m p a r e d w i t ht h e s t a t u s o f m e t a l m i n e m i n i n ge q u i p m e n t m a n u f a c t u r e e n t e r p r i s e f r o ma b r o a d . K e y w o r d s : M e t a l m i n e ; E q u i p m e n t ;S t a t u s ; T r e n d 采矿业是国民经济的基础行业 , 涉及的范围十 分广泛 。 开采对象包括煤 、 石油 、 天燃气 、黑色金属 、 有色金属等 。 在过去 20 ～ 30a 里 , 我国采矿工业得 到了蓬勃地发展 , 这很大程度上得益于采矿装备的 进步 。 但与发达国家相比还存在很大差距 。 我国金 属矿开采普遍存在效率低 、 损失率大 、 贫化率高的特 点 。 传统的采矿工艺和现有的采矿装备已严重阻碍 了我国采矿业的发展 。 随着国家 对资源类产品一系列紧缩政策的出 台 , 整个采矿行业向安全 、 低污染 、高技术含量方向 转型 。 以单纯获利为目的 、粗放型采矿行业将被阻 止进入 。 所有这一切都意味着我国采矿业亟需提高 采矿装备水平 。 1我国金属矿山采矿装备现状 目前我国只有少数国有大型矿山 , 如金川镍矿 、 凡口铅锌矿 、 梅山铁矿 、 德兴铜矿等矿山装备水平接 近 , 甚至达到国际先进水平 , 但其方式还是通过向国 外引进先进设备 。 其他大多始建于 20 世纪 50 ～ 60 年代的大中型矿山 , 由于具体国情的原因 , 很多矿山 存在滥采滥挖的现象 。 不顾具体的采矿工艺所必须 留的矿柱 、 顶 、底板尺寸采富弃贫 , 导致地下金属矿 山大量采空区存在 , 为矿山进一步延伸开采留下了 安全隐患 。 矿山设备与采矿工艺也很不配套 , 给采 矿安全造成隐患 。 总体上讲 , 我国金属矿山装备水平偏低 , 还远远 落后于发达国家 。 当前我国金属矿山采矿装备存在 的主要问题有以下几个方面 。 1. 1凿岩设备 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 [ 1] 发的型号较多 , 但最终形成的稳定产品较少 。 1. 2汽车运输 我国目前开采的矿山 , 大多都还集中在地表以 下 600m以内 。 南非 、澳大利亚等国开采深度早已 达到了千米以下 。 我国许多矿山仍以电耙为主要的 出矿设备 。 电机车牵引普通矿车 、 侧卸式矿车 、 人力 汪绍元 ( 1982 ) , 男 , 汉族 , 四川 峨眉山 人 , 243004 安徽省 马鞍 山市 。 1 1 2 卸载矿石都是常用的运输方式 。 随着开采深度的增 加 , 铁路运输效率降低 , 转弯半径也受到限制 , 爬坡 16 汪绍元 王 杰等 : 我国金属矿山采矿装备现状与趋势 2010年 3月第 3 期 能力大为降低 。 这些都需要采用无轨运输 。 矿用汽车是矿山的重要运输设备 , 但我国的矿 用汽车吨位级普遍偏小 。 采用 100t 位级以上矿用 汽车的矿山寥寥可数 , 这也与我国矿山规模普遍偏 小也有关系 。 我国矿用汽车的使用普遍遵循 “新三 年 , 旧三年 , 缝缝补补又三年 ”的原则 , 矿用汽车年 [ 2] 更新率在 4%左右徘徊 。 汽车更新率低 , 影响矿 山的工作效率及工作安全性 。 2我国矿山装备行业现状 我国矿用汽车行业 形成于 20 世纪 60 年代末 [ 2] 70 年代初 , 经过几十年的发展 , 已经具有了一定 规模 。 但总体来讲 , 企业规模较小 , 缺乏相关的核心 技术 , 使用效率和寿命都很难满足用户要求 。 能够 批量生产矿用汽车的企业很少 。 自 2003 年以来 , 中国工程机械内部就开始了收 购联合 。 在 2007 年达到了顶峰 。 到目前为止 , 中国 已经形成了自己的大型工程机械产业基地 。 如 : 以 中联重科 、 三一重工 、三一智能为代表的湖南基地 ; 以徐工 、常林 、镇江为代表的江苏基地 ; 以柳工 、玉 柴、 柳建为代表的广西基地 。 虽然如此 , 中国工程机械企业仍然发展艰难 , 个 体竞争力不强 , 创新的东西不多 , 年销售利润很少 。 即使是中国规模最大的工程机械制 造企业徐工集 团 , 年销售利润还不到美国卡特彼勒公司的 10%。 3国外金属矿山采矿装备发展现状 国外采矿装备日益大型化 、 配套化 、 标准化 、 系 列化 、微型 化 。 1995 年 小 松 公 司 推 出了 272t 的 930E 矿用汽车 , 1998 年卡特彼勒又推出了 C A T 797 型 327t 矿用汽车 。 与此相配套 , P ＆H 4100型电铲斗 容也达到了 35m , 4铲就可以装满一辆 327t 的矿用 汽车 。 装备自动化 、 智能化程度高 。 井下无人采矿一 直是采矿追求的目标 。 在南非德比尔斯的芬齐金刚 石矿 。 在 2000 年露天转地下开采的工程设计中 , 耗 巨资采用了一种自动采矿系统 , 包括自动卡车运输 系统的设计 、 建设 、 设备购置和安装 。 该矿采用崩落 法放矿 、L H D 和卡车联合装运系统 , 其中卡车系统 由地面遥控 , 通过无线射频系统和矿井主干通信网 连接 。 卡车自动控制系统提高了井下卡车运行速度 和设备生产率 , 地表操作员可同时操作多台卡车 、 提 高了劳动生产率 , 显著减少了井下人员数量 , 极大地 改善了矿山安全生产状况 。 国外知名的矿山装备企业多 , 发展迅速 。 南非 B e l l 公司于 1985 年生产出首台 A D T 、 型号为 B 25铰 [ 4] [ 3] 3 结汽车 。 1989 年就又推出了 B 40, 随后不断发展完 善 , 生产出了 C 系列 , 现在已经发展到 D 系列了 。 美国 T e r e x 公司生产 A D T 也有多年历史 , 生产 从 23t 到 36. 5t 的多种车型 。 加拿大的 D U X 公司生产的矿用汽车 , 发电机采 用德国最新 D e u t z 生产的柴油机 , 动力性能好 , 爬坡 能力强 。 瑞典 V o l v o 公司是目前世界上最大的 A D T 生产 商。 4 我国金属矿山采矿装备发展趋势 4. 1我国金属矿山装备业的未来发展 ( 1) 加强自主 创新 。 国内理 论研究很多 , 但对 于矿用机械实际应用很少 。 我国矿用设备基本上是 从仿制或引进技术开始的 , 缺乏原始创造 。 而仿制 或引进技术的周期又较长 。 当产品成熟时 , 这些产 品很可能已被国外淘汰 。 因此 , 我国采矿装备业必 须加强自身创新能力 , 才能有自己的立足之地 。 ( 2) 装备行业 强强联合 。 市 场竞争残酷 , 国内 矿山装备行业鱼龙混杂 , 强弱不 齐 , 整体竞 争力不 强 。 国内矿山装备行业应该联合起来或重组 、 兼并 , 以提高矿山装备行业的整体竞争力 。 ( 3) 加大科技 投入 。 远程采 矿 , 采矿装 备的大 型化 、 智能信息化是未来采矿装备发展趋势 , 都需要 强大的软件支持 。 我国矿山装备一直存在过分重视 硬件的开发 , 而忽视矿山装备的自动化 、维修 、智能 化等软领域的创造 。 应该积极地应用现代科技的最 新成果 , 并切实与 矿山实际应用 相结合 , 发 展智能 化 、自动化 、 高技术含量的矿山装备 。 借助快捷的现 代通信 、 网络 , 切实提高自己 的售后服务意 识与能 力 。 只有这样才能让顾客信任公司的产品 , 进而走 出国门 。 4. 2我国金属矿山装备发展趋势 ( 1) 设备大型化 。 设备大型化仍是我国矿山装 备的发展方向 。 虽然目前我国矿山行业从业人员整 体上文化素质不高 , 现代高技 术设备还难以接 受 。 但随着国家对小型矿山的限制 , 小矿山经过整合或 关闭 , 矿山数量减少 , 但总体规模将扩大 , 有利于大 型矿山装备的应用 。 ( 2) 装备自动 化 、智能化 。 随着科学技 术的发 展 , 矿山要逐步发展到数字化开采 , 装备也必然实现 自动化 、 智能化 。 ( 3) 设备配套 。 目前 , 国内矿山总体效率低下 , 很多矿山规模小 。 但随着中国经济的迅速发展 , 对 矿 石需求量的增加 , 设备必然 要配 ( 下 转第 80页 ) 17 总第 491 期 现代矿业 2010 年 3月第 3 期 h = q ( x ,y ,z ,t ). nΓ2 当 降雨强 度小 于上 部土 体入渗 能力 时 ( q i K , 全部降雨均入渗 ; 当降雨强度大于等于上部土 0) 体入渗能力时 ( q ≥K , 其入渗速率等于土体入渗 i 0) 能力 , 多余降雨以迳流方式从底部平台排泄 。 对照降水量等级表 , 讨论暴雨工况下 ( 设定 为 72m m/d ) 边坡基质吸力动态响应特性 , 其余雨量 等级下吸力变化模式与之类似 。 3. 3 计算结果及分析 利用如图 1所示方法进行边坡基质吸力动态计 算 , 图 5 为从计算结果中所选取的各典型时刻的基 质吸力分布 。 由图 5( a ) 可知 , 当降雨持时 1d 时 ,由 于湿润峰的下移 , 坡顶处 90k P a 吸力等值线m , 而坡面上相对下降幅度稍大 ; 到第 3d 时 , 90k P a 吸力线m多 , 坡 顶及坡 面附近 开始 出现 70k P a 大小的吸力 ; 第 5d 时 , 湿润峰继续向下移动 , 70k P a 等值线也向下 运动 , 坡 面上开始出现 60k P a 吸力 ; 持时 7d 时 , 吸力进一步下降 。 可见 , 在一定的降雨强度下 , 随着降雨持时的增 加 , 边坡基质吸力也随之下降 。 在降雨初期 , 由于边 坡初始含水量较小 , 渗透系数很大 , 因此降雨入渗速 率较快 , 基质吸力下降幅度很大 ; 随着降雨的不断进 行 , 传导区范围增大 , 其含水量梯度减小 , 造成入渗 速率的降低 , 从而湿润峰下降速度趋于缓慢 , 基质吸 力分布变化程度减弱 。 图 5不同降雨持时下的基质吸力分布图 4结 论 在现有的基质吸力计算基础上 , 增加时间维变 量 , 提出基质吸力时空形态的动态数值模拟方法 , 并 应用于某露天矿边坡工程实例 。 结果表明 , 降雨作 用对边坡基质吸力分布的影响很大 。 通常在降雨初 期的一段时间内 , 边坡基质吸力变化范围及幅度均 较大 , 随着降雨入渗的进行 , 基质吸力变化速率趋于 降低 。 因上述计算增加了 “时间维 ”变量 , 实现了基质 吸力的 “动态计算 ”, 从而为降雨条件下非饱和土边 坡稳定性的动态评价提供了基础性工作 。 ( 上接第 17页 ) 套 , 提高效率 。 参 考 文 献 : [ 1] 甘海仁等 . 我国凿岩机械现 状 [ J ]. 矿山机械 , 2006, 34( 6) : 28 ～ 34. [ 2] 陈卫 东 . 矿用 汽 车的 基 本 现状 和 发 展趋 势 [ J ]. 中国 水 泥 , 参 考 文 献 : [ 1] L . A . R i c h a r d s .C a p i l l a r yC o n d u c t i o no f L i q u i d st h r o u g hP o r o u s M e d i u m [J ]. P h y s i c s . 1931( 1) :318 ～ 333. [ 2] M . T h . V a nG e n u c h t e n .AC l o s e d f o r mE q u a t i o n f o r P r e d i c t i n g t h e H y d r a u l i c C o n d u c t i v i t yo f U n s a t u r a t e d S o i l s [J ]. S o i l S c i e n c e S o c i e t y o f A m e r i c a nJ o u r n a l .1980, 44( 5) :892 ～ 898. [ 3] 吴俊杰 , 王成华 , 李广 信 . 非饱和 土基质 吸力对 边坡稳 定的影 响[ J ]. 岩土力学 , 2004, 25( 5) : 732 ～ 736. [ 4] 魏 永霞 , 王丽学 . 工程水 文学 [ M ]. 北京: 中国 水利水 电出版 社 , 2005. ( 收稿日期 2010 0224) 2004. [ 3] 国外采矿装备趋势 [ J ]. 有色矿山 , 2003( 4) : 7 [ 4] 吴和平等 . 井下无人 采矿技术 装备导航 与控制关 键技术 [ J ]. 有色金属 , 2007, 59( 6) : 12 ～ 16. ( 收稿日期 2009 1130) 80