1、概  述
    露天采礦的經(jīng)濟效果很大程度上取決于所采用的機械設(shè)備及由其組成的采礦工藝系統(tǒng)。在世界范圍內(nèi)，隨著新設(shè)備、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，形成了多樣化的開采工藝。針對礦床具體條件，優(yōu)化選擇先進工藝，可以大幅度提高經(jīng)濟效益。
    常用的露天采礦工藝系統(tǒng)有：單斗挖掘機一汽車工藝（即間斷工藝）；輪斗挖掘機一帶式輸送機工藝（即連續(xù)工藝）；單斗挖掘機一破碎機一帶式輸送機工藝（即半連續(xù)工藝）。
    從工藝環(huán)節(jié)看，單斗挖掘機具有設(shè)備價格低、性能可靠、適應(yīng)性強、作業(yè)成本低等優(yōu)點，年平均工作時間可達(dá)6 500h。輪斗挖掘機價格昂貴、要求的作業(yè)條件苛刻、技術(shù)管理水平高，年平均工作時間僅為4000 h，但由于其挖掘的物料塊度適中，非常適合帶式輸送機運輸。帶式輸送機具有生產(chǎn)能力大、作業(yè)成本低、性能可靠等優(yōu)點。用帶式輸送機取代汽車運輸，可節(jié)約大量生產(chǎn)成本。帶式輸送機噸公里運費僅是汽車運輸?shù)?/2—1/3。半連續(xù)工藝兼顧了單斗挖掘機和帶式輸送機的優(yōu)點。正因為如此，近些年來該工藝在國內(nèi)外得到了非常快的發(fā)展，用半連續(xù)工藝對礦山進行技術(shù)改造已經(jīng)成為確定的發(fā)展趨勢。
    露天采礦常需要移運大量的表土剝離物，此部分表土剝離物非常適合采用帶式輸送機運輸。
    實現(xiàn)露天礦表土剝離半連續(xù)開采工藝的關(guān)鍵技術(shù)是破碎轉(zhuǎn)載設(shè)備。傳統(tǒng)破碎機只能轉(zhuǎn)載和破碎硬及堅硬礦巖，表土物料具有很大的粘結(jié)性，當(dāng)其進入傳統(tǒng)破碎機后，極易對設(shè)備造成粘結(jié)和堵塞，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。所以，傳統(tǒng)的半連續(xù)開采工藝不能采運表土剝離物。
    平朔煤炭工業(yè)公司安太堡露天煤礦、安家?guī)X露天煤礦、準(zhǔn)格爾煤炭工業(yè)公司黑岱溝露天煤礦、霍林河露天煤礦、伊敏河露天煤礦、元寶山露天煤礦、云南小龍?zhí)堵短烀旱V等都存在有大量的表土，平均每礦每年的表土剝離量在2 000萬m3左右（最多達(dá)4000萬m3）。每年總的表土剝離量達(dá)2億m3。除此之外還有擬開發(fā)的哈爾烏素露天煤礦、平朔3號露天煤礦、霍林河2號露天煤礦、勝利露天煤礦、寶日希勒露天煤礦、昭通露天煤礦等，都賦存有大量的表土剝離物。
    單斗挖掘機采掘的物料不能直接裝入帶式輸送機。原因是單斗挖掘機的斗容大，在采裝過程中由于擠壓作用易出現(xiàn)大粘土塊，卸載過程中易出現(xiàn)涌料及較大沖擊載荷等。所以，若希望單斗挖掘機采掘的物料能夠通過帶式輸送機運輸，必須在單斗挖掘機和帶式輸送機之間配置破碎轉(zhuǎn)載設(shè)備，以便對單斗挖掘機采裝的物料進行大塊破碎、均勻物料流、降低沖擊載荷、克服涌料等。
    根據(jù)傳統(tǒng)破碎機存在的不足，中國礦業(yè)大學(xué)研制了一臺輪式軟巖破碎機，已獲得多項專利”1，該機目前正在元寶山露天煤礦進行測試及使用。
    設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)：①設(shè)備小時能力480m3(864 t)，可配合4～6m3單斗挖掘機、前裝機、液壓反鏟或小型汽車直接裝載；②料倉距地面高4.3 m，料倉寬3.7 m。設(shè)備最大長度15.1 m，最大寬度4.7 m；③總裝機功率98 kW；④整機質(zhì)量54.7 t；⑤切削輪采用無級調(diào)速；⑥設(shè)備配備測試系統(tǒng)，可以模擬試測各種不同型號的單斗挖掘機在采掘各種不同類別的土質(zhì)（如硬土、粘土、亞粘土、沙土等）條件下，所需配備破碎機的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能參數(shù)等的測試及優(yōu)化設(shè)計等問題。
2、輪式軟巖破碎機介紹
    輪式軟巖破碎機共由4部分組成：①受料由板式給料機和受料擋板組成；②破碎由切削輪和唇體組成；③排料由擋料板和排料懸臂組成；④支承機構(gòu)和控制系統(tǒng)等。
    作業(yè)過程：受料槽接受由單斗挖掘機或汽車卸載的表土松軟物料，板式給料機對物料起緩沖作用，并負(fù)責(zé)物料的輸送。在受料檔板的上方安裝有物料限位刮板，對物料起攤平作用。在板式給料機的后部安裝有切削輪和切削唇體，隨著切削輪的旋轉(zhuǎn)，將板式給料機輸送過來的表土剝離物進行連續(xù)不斷地切削。切削唇既是切削床，又可清理板式給料機上的物料。在切削輪的下方安裝有排料溜槽，溜槽將溜出的物料匯集到帶式輸送機上。切削輪對板式給料機輸送過來的表土松軟物料具有“切”和“扒”的雙重作用，除對大粘土塊具有切削破碎的功能外，還具有控制物料下瀉的功能，從而可以均勻物料流。作業(yè)機理類似于輪斗挖掘機斗輪預(yù)
切刃對物料的破碎作用。
    由于輪式軟巖破碎機不存在堵塞和粘結(jié)問題，因此凡適合輪斗挖掘機采裝的物料，輪式軟巖破碎機都能適應(yīng)，而且輪式軟巖破碎機對物料不存在卸載、“粘斗底”等問題，所以對物料的適應(yīng)范圍比輪斗挖掘機更大。
    輪式軟巖破碎機能夠?qū)崿F(xiàn)對單斗挖掘機采裝的表土剝離物中的大塊進行破碎、物料流均勻、克服沖擊載荷等，而又不會對設(shè)備造成粘結(jié)和堵塞。
3、輪式軟巖破碎機的試驗
    元寶山露天煤礦在地表以下40—80 m深度內(nèi)覆蓋有松軟物料（表土、砂礫石、第三系紅粘土等），由西南向東北逐漸變厚。目前，輪斗挖掘機一帶式輸送機系統(tǒng)只采掘地表以下36 m內(nèi)的物料，其余由單斗汽車采運。生產(chǎn)系統(tǒng)布置如圖1所示。
    輪式軟巖破碎機放在121號帶式輸送機尾部，與2號輪斗挖掘機共用一條帶式輸送機作業(yè)。物料通過汽車倒短運輸直接裝入（或通過前裝機）輪式軟巖破碎機，進入帶式輸送機系統(tǒng)。作業(yè)時，在121號帶式輸送機尾部外側(cè)做一卸載平臺，高度
3.5 m左右，卸載平臺土石方量1500m3左右（包括斜坡道）。121號帶式輸送機移設(shè)時，輪式軟巖破碎機跟隨移設(shè)，卸載平臺的土石方量跟著輪式軟巖破碎機滾動堆移。
3.1物料特性
    第三系紅粘土：天然密度2.2t/m3，松散系數(shù)1. 45，含水率12.4%一53. 2%，抗壓強度0.1~0. 42 kPa。
    砂礫石：磨圓度較好，呈扁圓狀，粒徑一般為2~ 30 mm，大者400 mm。
3.2試驗結(jié)果
(1)采用前裝機（斗容4.6m3）裝載紅粘土?xí)r，裝載前大粘土塊粒徑最大可達(dá)500 mm，破碎后土塊粒徑一般為200 mm左右，通過切削輪的調(diào)速過程可以調(diào)整土塊粒徑的大小，破碎效果能夠滿足帶式輸送機對塊度的要求。
    (2)當(dāng)板式給料機上的料層厚度較大時，若不開啟切削輪，則物料從板式給料機到帶式輸送機上出現(xiàn)塌料、涌料及沖擊載荷現(xiàn)象。開啟切削輪后，由于切削刃（齒）的旋轉(zhuǎn)“切”、 “扒”作用，物料被控制均勻下瀉，起到了均勻物料流的作用。
    (3)采用液壓反鏟（斗容1Om3）裝載時，由于料層厚度太小，切削輪的破碎及均勻物料流的功能降低。此時輪式軟巖破碎機主要是起轉(zhuǎn)載機作用，克服裝載設(shè)備的沖擊載荷。
    (4)輪式軟巖破碎機的生產(chǎn)能力主要受裝載設(shè)備的影響。用斗容4.6m3前裝機裝載時，能力為360m3/h。用8t汽車裝載時，平均能力150~200m3/h（實方）。最大日作業(yè)量4000m3（日作業(yè)15h），平均能力267m3/h。
    (5)研制的輪式軟巖破碎機在元寶山露天煤礦所做的試驗，只是利用工作面帶式輸送機的部分富裕能力做搭載作業(yè)，所以搭載量較小。
    目前設(shè)備已經(jīng)加入元寶山露天煤礦帶式輸送機生產(chǎn)系統(tǒng)進行試用，設(shè)備運行狀態(tài)良好。試驗及使用過程中沒有發(fā)生設(shè)備粘結(jié)、涌料和堵塞等現(xiàn)象，設(shè)備作業(yè)效果完全達(dá)到了設(shè)計目的，其功能滿足了作業(yè)要求。
4、應(yīng)用輪式軟巖破碎機的經(jīng)濟效益分析
    元寶山露天煤礦采用輪式軟巖破碎機完成的作業(yè)量屬于搭載量，剝離物進入帶式輸送機系統(tǒng)后只影響帶式輸送機系統(tǒng)的可變成本，不影響系統(tǒng)的固定成本。進入帶式輸送機系統(tǒng)前的成本為直接成本（包括可變成本和固定成本）。
    按每年運送30萬m3考慮，可產(chǎn)生101萬元的經(jīng)濟效益。
    黑岱溝露天煤礦覆蓋有大量的黃土，平均厚度49.15m，每年的黃土剝離量達(dá)到4 500～5 000萬m3。根據(jù)設(shè)計，此部分黃土剝離物采用2種工藝開采，地表及基巖面部分由于受黃土沖溝和基巖面起伏影響，采用單斗挖掘機一汽車工藝，中間部分采用輪斗挖掘機一帶式輸送機工藝系統(tǒng)。輪斗挖掘機為SchRs710型，設(shè)計臺年能力450萬m3，年平均作業(yè)時間4 000 h。單斗挖掘機為395B型，設(shè)計臺年能力750萬m3，年平均作業(yè)時間6500 h。
    若用輪式軟巖破碎機和單斗挖掘機組成半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)代替輪斗挖掘機作業(yè)，單斗挖掘機的臺年能力可以達(dá)到l100萬m3，每套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力可由原來的900萬m3/a增加到2 450萬m3/a，二套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力可以達(dá)到4 900萬m3/a，比原設(shè)計能力1 800萬m3/a多3 100萬m3/a，增加172%，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為11 836萬元，經(jīng)濟效益十分顯著。
    半連續(xù)工藝具有連續(xù)和間斷工藝的綜合優(yōu)點。機動靈活，適應(yīng)性強，運費低，能力大，系統(tǒng)可靠性高。黃土剝離采用半連續(xù)工藝，對大沖溝、山頭以及基巖接觸面部位不便鋪設(shè)工作面帶式輸送機的區(qū)域，可以將輪式軟巖破碎機處于某一位置不動，工作面物料采用汽車倒短運輸，然后進行二次裝載。待工作線推出大沖溝、山頭等部位后，再進行正常作業(yè)。由此，可以最大限度地將露天礦所發(fā)生的黃土剝離物運出，發(fā)揮帶式輸送機、排土機系統(tǒng)的作用，獲得最好的經(jīng)濟效益。
    黃土剝離采用半連續(xù)工藝后，此時由于所用的單斗挖掘機與剝離巖石的單斗挖掘機型號相同，半連續(xù)工藝所用的單斗挖掘機一旦出現(xiàn)故障時，可以將下部水平剝離巖石的單斗挖掘機調(diào)上來補充作業(yè)，設(shè)備系統(tǒng)的維修、備品備件等都非常便于管理，系統(tǒng)的可靠性及作業(yè)效率可以發(fā)揮最高水平。
    所以，對正在使用帶式輸送機運送表土的露天礦（如黑岱溝露天煤礦、元寶山露天煤礦等），可以通過使用輪式軟巖破碎機替代或替補輪斗挖掘機作業(yè)，充分利用起現(xiàn)有的設(shè)備，實現(xiàn)用帶式輸送機取代汽車輸送，大幅度降低生產(chǎn)成本，增加露天煤礦經(jīng)濟收入。對表土覆蓋層比較厚的新建露天礦，可以通過使用輪式軟巖破碎機和單斗挖掘機組成的半連續(xù)工藝系統(tǒng)，為露天礦生產(chǎn)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。露天礦表土剝離采用半連續(xù)工藝是一項新技術(shù)，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
5、結(jié)  論
    (1)試驗證明，輪式軟巖破碎機能夠?qū)崿F(xiàn)對表土松軟剝離物中大塊的破碎，克服沖擊載荷、粘料、涌料及均勻物料流等。
    (2)表土松軟剝離物通過使用輪式軟巖破碎機實現(xiàn)半連續(xù)工藝開采，可以使系統(tǒng)的可靠性提高，生產(chǎn)能力增加，生產(chǎn)成本降低。
    (3)表土剝離采用半連續(xù)工藝是一項新技術(shù)。實現(xiàn)表土剝離采用半連續(xù)工藝的關(guān)鍵技術(shù)是破碎機。中國礦業(yè)大學(xué)提出并研制的輪式軟巖破碎機已經(jīng)在元寶山露天煤礦獲得了較好的應(yīng)用。為解決露天礦表土剝離采用半連續(xù)工藝提供了實驗基礎(chǔ)平臺。由輪式軟巖破碎機和單斗挖掘機組成的采礦工藝系統(tǒng)，可以替代或替補輪斗挖掘機作業(yè)，可以實現(xiàn)用帶式輸送機取代汽車運輸。由此組成的采礦系統(tǒng)，可以兼顧連續(xù)及間斷工藝的優(yōu)點，創(chuàng)建一套新的露天開采高產(chǎn)高效模式。