冬瓜山-875m中段运输矿车精细化维护初探

何太龙， 白光辉， 徐 雄

(1.铜陵有色金属集团 冬瓜山铜矿， 安徽 铜陵 244000；2.中国恩菲工程技术有限公司 电气及自动化事业部， 北京 100038)

冬瓜山-875m中段运输矿车精细化维护初探

何太龙1， 白光辉2， 徐 雄1

(1.铜陵有色金属集团 冬瓜山铜矿， 安徽 铜陵 244000；2.中国恩菲工程技术有限公司 电气及自动化事业部， 北京 100038)

基于在冬瓜山- 875 m运输中段团山线路已经实现无人驾驶电机车运输的前提下，把矿车传统维护模式和矿车精细化维护模式优缺点进行分析，对实施矿车精细化维护方案进行初探，寻求更好的矿车维护模式，为降低采矿生产成本探索新的思路。

无人驾驶电机车运输； 精细维护； 电子标签

0 概述

无人驾驶电机车运输技术于20世纪80年代在国外少数先进的大型矿山已经有使用实例。无人驾驶电机车运输技术是包含了多学科、多专业、多种门类技术的一项综合技术。无人驾驶电机车运输以在生产过程中的安全性、大幅度减少现场操作人员数量、提高生产稳定性和连续性、可以获得更高的经济效益等诸多优点广泛受到采矿领域的青睐。同时，此项技术也符合目前国际数字化采矿的发展趋势，可以在矿石运输环节为数字化采矿打下良好的基础。

在新技术的使用过程中，有些新技术只解决一个或几个方面的问题，而有些新技术完成上述功能的同时，也会给相关的环节或领域提供进一步改善的基础和条件。笔者认为无人驾驶电机车运输技术就是这样一项新技术，在实现无人驾驶电机车运输功能的同时，还可以为采矿整个运输环节提供全面改善的条件。例如：电机车能源和滑触线管控、生产数据的自动统计、矿车精细化维护等。本文要初探的观点就是在实现无人驾驶电机车基础上，对运输矿石中大量使用的矿车进行精细化维护方案进行探讨和分析，从中寻找更优的矿车维护模式。

1 冬瓜山- 875 m运输中段工况简介

1.1 矿石运输量、运输线路、运输工作制度

冬瓜山铜矿- 875 m为全矿运输中段，每天矿石运输量1.4万t、卸载站1个、装载站24个、运输线路11条。运输线路总长度8693 m，运输线路平均行驶长度1530 m。采用4班3运转运输工作制度；每班的司机操作工8人、调度人员2人；运输环节操作人员总共40人。

1.2 运输工具

冬瓜山铜矿运输中段采用电机车运输矿石方式，使用两台20 t电机车前后牵引一列编组，由11节10 m3矿车组成一列编组，总共使用4列编组完成全矿矿石运输生产任务。每班每列编组平均运输5次，每次运输量为200～240 t左右。每天每列编组行驶平均距离23 km左右。全矿矿车保有数量在60节左右，其中44节投入生产，11节矿车处于备用编组，剩余矿车处于维护状态。

1.3 矿车传统维护模式和内容

目前冬瓜山铜矿运输工区每班司机在工作前，对使用的电机车和矿车进行点检。矿车修理性检查每月1次、维护每月1次、润滑每月1次、中修1年1次，每班维护人员3人。

1.4 矿车维护材料消耗

矿车所需要维护材料包含：螺栓、焊条、12 mm钢板、16 mm钢板、轮对、上下拱板、碰头拉杆、碰头橡胶弹簧、轴承、卸载轮、铰链、上下盘和心轴。上述材料一年消耗106万元，其中轮对花费79.2万元、轴承花费1.5万元。

1.5 矿车传统维护模式存在的现状

(1)维护工作全部依赖人工，矿车基本处于“不坏不修”状态；

(2)矿车维护缺乏可靠的数据，全部是按时间定期保养；

(3)矿车润滑欠保养引发机械问题，导致设备损坏加剧甚至报废；

(4)矿车润滑欠保养引发牵引电流增大，增大运输生产电能消耗。

2 冬瓜山- 875 m中段无人驾驶电机车运输情况简介

2.1在冬瓜山-875m团山线路实现无人驾驶电机车运输

团山运输线路总长度840 m，由1个装载站、1个卸载站、2个弯道和直道组成；无人驾驶电机车运行受控范围1100 m；受控对象为一列前后双电机车牵引编组(编组长度75 m)；在地下集中控制室完成对无人驾驶电机车全部运输任务的遥控，现场不再需要任何操作人员。

2.2无人驾驶电机车运输控制系统组成和主要功能

2.2.1无人驾驶电机车运输控制系统框图

无人驾驶电机车控制系统由3部分组成：

(1)电机车自动监视系统(ATS)：设置在集中控制室，完成对全部电机车的运行的控制和监视功能；

(2)电机车车载控制系统(ATO和ATP)：完成对电机车的控制和保护功能；

(3)巷道无线移动通讯系统：完成电机车自动监视系统与移动电机车之间的无线通讯功能。

2.2.2无人驾驶电机车运输控制的主要功能和达到的控制效果

(1)电机车运行完全受控于计算机系统控制不需要司机；

(2)电机车的运行状态通过无线通讯可以实时在调度室显示和实施调度；

(3)在调度室可以完成遥控装矿操作；

(4)实现前后双电机车同步牵引同步控制；

(5)在卸矿站实现无人操作；

(6)整个运输任务均由在调度室人员通过控制系统完成；

(7)在调度室显示电机车定位精确到1m；

(8)完全可以实现在地表调度室实现对地下轨道运输的控制人不需要下井。

3 实现对矿车精细化维护的手段

如概述中所述，实现对矿车精细化维护的基础是无人驾驶电机车运输技术，在此基础上经过以下辅助设备和手段，可以实现对矿车精细化维护。

3.1 矿车安装电子标签

为了实现对矿车精细化维护，首先在电机车和每节矿车上安装电子标签。每个电子标签设定唯一编号，可以对电机车和矿车进行识别。

3.2 电子标签读取装置

图1 无人驾驶电机车运输控制系统框图注：在图1中已经加入电机车和矿车电子标签、电子标签读卡器和轴承温度探测仪

根据冬瓜山- 875 m运输中段线路分布，在卸载站附近安装两套电子标签读取装置，可以完成对全部运行电机车和矿车的识别功能。

电子标签读取装置与巷道无线通讯系统的干线衔接，可以实现与电机车自动监视系统(ATS)之间通讯，采用工业现场总线通讯协议，ATS设备可以实时接收电子标签读取装置读取的电机车和矿车的编号信息。

3.3 矿车精细维护控制方案

3.3.1准确记录电机车牵引编组矿车的编号

当电机车牵引编组经过卸载站是，ATS设备通过电子标签读取装置电机车所牵引的矿车编号，同时查询牵引矿车的电机车编号。

3.3.2准确统计电机车、编组、矿车的运行数据

无人驾驶电机车控制系统中，电机车自动监视系统(ATS)可以实时读取电机车运行距离数据，精度达到1 m，通过上面采集矿车的编号，可以自动统计每节矿车行驶距离。

根据每节矿车运行累计行驶里程决定维护工作，做到每节矿车预维护，杜绝每节矿车欠保养情况。有了这些数据，可以提前合理调配和安排维护人员。

3.3.3实时检测矿车运行过程中的状态

即使实现按照矿车运行累计里程进行维护，但由于各节矿车的制造水平、使用年限和其它情况(轴承厢盖意外松动掉落)不同，也会出现个别矿车在达到维护里程前，出现需要维护的个别情况。对于这种情况，需要采用下面方法进行实时检测。

在电子标签读取装置位置，同时安装矿车轴承温度红外检测装置，对运行中矿车的轴承进行实时检测，对于温度过高的矿车发出报警给集中控制室调度人员。调度人员负责协调维护工作。

4 实现对矿车精细化维护获得的效益

4.1 节省电能消耗

(1)正常保养矿车平均运行电流：从采用无人驾驶电机车控制系统对运输电机车进行电流测试可知，电机车维护正常时，平均电流在150 A左右。如果矿车处于欠保养状态，电机车电流在220 A左右。矿车欠保养状态比正常多消耗70 A的电能。

(2)每次运输运行时间：1530 m÷3 m/s=510 s。

(3)一列欠保养编组一次多消耗电能：1.732×70 A×380 V×4台×510÷3600s÷1000=26.11 kWh。

(4)全天四列欠保养编组多消耗电能：26.11 kWh×5次×4列×3班=1566 kWh。

(5)一年工作时间按照330h计算(欠保养时间占1/3)：1566 kWh×110 h=172260 kWh(折合17万元)。

上述计算依据无人驾驶电机车运行数据和一些假定数据进行的计算，可能存在较大的出入，对矿车空载返回情况和调度的情况也未加计算，更加准确的计算还要等全面实施无人驾驶电机车运输后才能实现。这里仅要表明欠保养矿车会造成电能消耗增加是肯定的。在无人驾驶电机车运输调试过程中，一次欠保养矿车编组在单电机车全载启动时，电机车电流到达360 A，仍无法拖动整列编组运行。

4.2可以有效延长矿车的使用寿命降低运行成本

从对矿车传统维护模式和矿车精细化维护模式分析可以看出，矿车的及时维护对提高矿车的使用寿命，特别是延长矿车轮对的使用寿命是非常重要的。其中轮对维护花费79.2万元，按照延长轮对1/3使用寿命计算，每年可以节省26万元左右。

4.3 寻求最佳的矿车维护方案

目前采用的矿车传统维护模式完全依赖人工，是一种非常粗放的维护模式。矿车一般处于“不坏不修”的状态，而这种“坏”一般需要更换新的备件或需要更多人工进行修理。没有做到像民用轿车按照行驶里程定期保养一样，对矿车实施预维护。

要获得最好的经济效益、降低运行成本，就要平衡矿车保养费用投入与矿车及时保养获得效益之间的关系。从上面实现矿车精细化维护分析看，一年可以获益43万元(26万备件费、17万电费)。在实现无人驾驶电机车运输的基础上增加精细维护设备，投资小于35万元，一年即可收回成本。从实施矿车精细化维护运行方面看，需要经过一段时间运行数据统计，找出最佳的矿车维护方案。

在实现矿车精细化维护的同时，也会相应减少维护人员的数量，进一步降低运营成本。

5 结束语

限于目前在冬瓜山铜矿尚未安装矿车精细化维护管控设备(目前已经完成矿车标签和读卡器测试工作)，同时也仅在团山线路上实现无人驾驶电机车运输，所以本文使用的数据还不够充足，但这并不妨碍对实施矿车精细化维护的初探。

据笔者所知，国外许多知名矿山机械制造商已经对其生产的机械设备已经采用预维护使用模式，例如：山特维克公司对其生产的铲运机采用预维护运行模式。采用这种保养模式后，不仅提高了铲运机连续生产率，同时也有效防止了关键部件的损坏，降低了运行成本。

在我国采矿运输过程中，轨道运输以自身的经济性、实用性、可靠性被广泛采用。无人驾驶电机车运输技术是目前采矿业最先进的轨道运输控制技术。根据我国目前矿山的发展现状可以推断，无人驾驶电机车运输技术在近几年内将被大型和特大型矿石逐步采用。在此基础上，如果能够与无人驾驶电机车技术同步实现对矿车精细化维护，势必给采矿企业带来可观的经济效益。

商务部补充下达2014年第一批有色金属出口配额

根据《货物进出口管理条例》和《出口商品配额管理办法》的规定，商务部对外贸易司补充下达2014年第一批锑、白银、稀土、锡出口配额。

配额包括四川鑫炬矿业资源开发股份有限公司的锑(包括锑合金)及其制品24 t；云南锡业股份有限公司的白银36 t；白银有色集团股份有限公司的白银29 t；江西铜业股份有限公司的白银155 t；大冶有色金属有限责任公司的白银85 t；包钢集团公司旗下的内蒙古包钢稀土(集团)高科技股份有限公司的轻稀土378 t，中重稀土12 t。

据了解，除稀土外，此次下达的2014年第一批出口配额为年度配额总量的70%。2014年第一批出口配额主要参照各企业2011年到2013年1～10月的产量、出口数量、出口金额进行计算。

RefinedMaintenanceResearchofMineTransportTrainsin-875mLevelofDongguashan

HE Tai-long1， BAI Guang-hui2， XU Xiong1
(1.Dongguashan Copper Mine, Tongling Nonferrous Metal Group Holding Co., Ltd. Tongling 244000, China; 2.Electrical and Automation Department, China ENFI Engineering Corporation, Beijing 100038, China)

Under the premise of that some of the transport lines had realized unmanned motor train transport in Dongguashan 875- level, this paper analyzes merits and drawbacks of the traditional maintenance model and the refined maintenance model of mine trains, searches a better maintenance way for the mine trains, seeks for a new thought for mining cost reduction.

unmanned motor train transport；refined maintenance；electronic label

2014-01-22

何太龙(1962-)，男，安徽潜山人，高级工程师，大学本科，主要从事采矿机电管理工作，现任铜陵有色技术集团冬瓜山铜矿技术主管。

白光辉(1963-)，男，北京市人，教授级高工，大学本科，主要从事有色金属矿山自动化控制工作，现任中国恩菲公司电气主任工程师。

TD5

B

1003-8884(2014)02-0006-04

徐 雄(1965-)，男，安徽枞阳人，主要从事冬瓜山铜矿运输区管理工作，现任铜陵有色技术集团冬瓜山铜矿运输区区长。