神华北电胜利能源有限公司内蒙古自治区锡林郭勒盟锡林浩特市026000
摘要：本文以胜利一号露天矿为例，分析了电铲尾线电缆收放装置的研发与应用，以提高电铲工作效率和尾线电缆使用的安全性为目的，助力矿山生产安全、高效，对使用大型电铲的露天矿有较大的推广意义。
关键词：电铲；尾线电缆；收放装置
1.胜利露天矿简介
胜利一号露天矿，位于胜利煤田的中西部，锡林浩特市北5km。矿区地表东西平均长6.84km，南北平均宽5.43km，面积37.14km2，可采储量21.36亿t，煤炭平均热值13.98MJ／kg，中灰、低硫、低磷，为优质动力和化工用煤[l]。主要可采煤层为5号煤和6号煤，5号煤平均厚度18.16米，6号煤层平均厚36.64米，平均剥采比2.65m3／t。露天煤矿剥离采用单斗一卡车开采工艺，即WK-35电铲(37m³)电铲配载重量220t卡车。煤层开采用单斗一卡车一地面破碎站一带式输送机半连续工艺[2]。采煤采用顶板露煤，分层开采方法。
大型电铲的高效运行是矿山发展和的生产力，因此，如何提升大型电铲的生产效率是露天矿生产首要研究课题，减少大型电铲非工作时间可以有效提高其工作效率。电铲采装而挖掘机在生产过程中，需要考虑工程质量、电铲行走方式、卡车装车位置、尾线电缆跟进与摆放等众多生产实际问题。同时这些问题也往往是生产实际中制约挖掘机生产效率发挥的重要因素[3]。电铲尾线电缆装置研发与应用解决了上述提到的大型电铲尾线电缆跟进与摆放的实际问题。
2.电铲尾线电缆收放装置研发背景
目前胜利露天矿10台电铲均使用铲斗悬挂绳索拖拽电缆，由于绳索与电缆的接触面积较小，拖拽电缆过程中易造成电缆损伤，导致电缆更新频率增加，长时间使用此种方式拖拽电缆，轻则造成电缆发生短路故障，重则会引发人员触电伤亡事故。同时使用铲斗悬挂绳索拖拽电缆存在较大的安全风险，如果主副司机沟通配合不佳或操驾技能较低，可能会造成电缆非正常损坏。为此我矿早期曾为电铲配备电缆爬犁，受效率低、工况制约等因素影响，无法正常使用。后期曾为一台电铲配备了原装的电缆自动收放装置，由于电铲受土质松软影响，离地间隙降低，电缆收放装置离地间隙也相应会降低，在发生拖底后，电缆收放装置被顶起，电铲配重与其发生剐蹭，造成电缆收放装置损坏，最终该项目终止。目前我矿针对跟进电缆的方式采取了措施，使用辅助设备协助人员跟进尾线电缆，从目前效果来看，效率较低不宜长期使用。为此，露天矿对电缆自动收放装置进行了调研，并确定了电铲尾线电缆卷放装置的研发项目。
3.电铲尾线电缆收放装置研发方向:
通过分析现有电铲跟进尾线电缆跟进方式和存在的弊端，结合我矿实际生产，需将电铲尾线电缆卷放装置与电铲分开，可自行驱动行走，形成一套单独的系统，不受工况、走退铲影响。由于我矿生产工作面土质松软且易出水，所以确定行走系统采用履带式。电铲正常作业时行走频率较低，时间较短，对行走驱动方式采用电机驱动或液压驱动进行对比：液压驱动对油温变化比较敏感，考虑我矿地处北方冬季温度较低，液压驱动不得不面对低温时液压油的凝固趋向问题，液压油的凝固会使得系统的运行极不稳定，出现震颤现象、局部液压油高温或高压现象，影响设备整体的稳定性。电机受环境温度影响较小，运行可靠，且承受过载能力高，容易实现自动化控制。确定行走驱动方式采用电机驱动。
电铲尾线电缆收放装置主要结构及工作原理:
电铲尾线电缆收放装置主要由行走总成、平台总成、机房总成、电缆卷放总成、电控系统总成。如图1，电铲尾线电缆收放车总图。
行走总成主要由行走电机、行走减速机、驱动轮、履带架、支重轮、履带链、张紧总成、引导轮总成等部分组成。行走电机通过行走减速机及驱动轮带动履带链实现行走功能。履带张紧机构是由引导轮总成和张紧总成组成的，履带的松紧是靠张紧油缸推动引导轮总成来调节的，张紧油缸的注油在履带外侧进行操作，方便实用，并配有盖板保证外形美观。行走减速机由高强度螺栓与履带架连接，履带架与平台由连接座相连，连接座上下面由24个M30高强度螺栓和8个铰制孔螺栓进行连接。
平台总成位于行走总成上部，是由高强度H型钢为主材焊接而成，并通过4个连接座与行走总成连接。上部前侧装有机房，机房内部装有变压器柜、高压开关柜和低压电控柜；后侧装有放线总成；右侧装有高压分线箱；右前侧装有电缆支撑架及距离检测防拽器；平台两侧装有围栏及人梯。
电缆卷放总成主要由放线支架、卷筒机构、张紧链轮组、减速转向链轮组、摆线导向装置、导向链组、导向链轮组和护罩等部件组成。卷筒机构主要由固定轴座、卷筒体、高压电滑环、驱动轴座、减速机座和力矩电机减速机组组成。
图1电铲尾线电缆收放车总图
1.行走总成；2.平台总成；3.机房总成；5.电缆卷放总成；6.电控系统总成
电缆卷放总成通过卷筒机构中的高压电滑环，将外部的高压电引入到设备上的高压分线箱中，其中一路电由电缆经电铲尾部耦合器进入电铲内部供电铲工作使用，另一路电供放线车本身的电气系统使用。
电铲尾线电缆收放车电控系统由电滑环、高压分线箱、高压开关柜、变压器柜、低压电控柜、遥控器、防爆电铃、防爆急停按钮、防爆组合声光报警器、防爆旋转式声光报警器、空调、各电机、各传感器等组成。空调、照明灯的操作在低压电控柜的柜门上完成。行走及卷放缆有无线遥控与平台手柄两种操作方式。
电铲尾线电缆收放车控制系统以西门子PLC为核心。设备通电正常后，触发手持遥控器按钮发出信号，通过接收机给予控制器信号，控制器通过运算，发出指定动作信号，信号可使中间继电器闭合发出接触器闭合信号，接触器闭合正常的情况下，设备按照所发出信号的动作做出相应的反应。
电铲尾线电缆收放装置在生产现场的应用及预期效益：
电缆卷放装置为电动履带行走，速度为定速（1KM/H，略大于电铲行走速度），可通过无线遥控实现前进、后退、转弯；电动卷缆装置采用力矩电机带减速机驱动卷缆滚筒正反向旋转实现卷、放电缆，有自动排线装置，可通过无线遥控实现卷、放电缆（卷、放电缆速度与电缆卷放装置行走速度相同），行走和卷放电缆可同时操作。电铲尾线电缆卷放装置与电铲之间用60米（此处电缆长度要合适，距离过短：电铲挖掘作业每向前走铲一次都需要操作电缆卷放装置向前移动，操作频繁。距离过长：退铲时电铲与电缆卷放装置间的电缆过多，距离远监护困难，增加移动电缆工作量），长的电缆连接，以WK-35电铲为例，电铲尾线电缆支架处到尾线电缆收放装置的安全距离为25米，电缆剩余使用长度30米，WK-35电铲在一个采幅宽的正常段高工作面作业每班推进40米左右，每班作业前可将电铲尾线电缆收放装置移至电铲后方25米处，班中移动一次即可满足整班作业中需要的电缆长度。
预期效益：1、节省了设备、人员跟进电缆的时间，降低人工劳动强度，提高电铲工作效率；2、减少电缆磨损和非正常损坏，提高电缆使用的安全性，避免发生人员触电伤亡事故，延长电缆使用寿命；WK-35电铲每班跟进电缆至少需要10分钟，WK-35电铲2017年平均小时能力1700m³，按照每年正常作业10个月计算可得出，每年可多完成产量:0.5小时*1700m³/小时*300天=255000m³，节约成本25.5万m³*1.09元/m³（WK-35电铲完全成本剔除机械配件和其他材料单位成本）=27.79万元，电铲尾线电缆卷放装置自身能耗费用70KW（总装机功率）*1小时/天（平均每天走退铲时间）*300天*0.45元/度=0.94万元，可得出WK-35电铲使用电铲尾线电缆收放装置后每年可节约成本27.79万元-0.94万元=26.85万元，6台WK-35电铲每年可节约成本26.85万元*6=161.1万元。
参考文献
[1]电力电缆故障检测方法与应用[J].程嫣妍.中国高新区.2018(10)
[2]电力电缆的故障分析和判断[J].程滨.科技信息.2011(09)
[3]胜利露天煤矿生产效率优化实施[J].张来红，耿昊.露天采矿技术，20１7，32（９）：40－42.