杨 超，崔帮全，邓 斌

（云南华联锌铟股份有限公司，云南 文山 663700）

1 铜曼露天采场基本情况

铜曼露天采场地处滇东南地区马关县边境区域，是云南华联锌铟股份有限公司（以下简称：华联锌铟）旗下的大型露天矿山，矿产资源丰富，稀贵金属铟储量全国第一，锡金属储量全国第三，锌金属储量云南省第三；该矿山属于山坡露天矿，采用传统的“单斗-卡车”工艺开采，年采剥总量在1700万m³左右，目前已实现矿山数字化建设，设备大型化配置。随着我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段以及《中国制造 2025》计划的不断推进，传统矿山行业面临着经济结构调整、转型升级的严峻挑战，“智能+绿色”已成为未来矿山行业的发展主题。

2 矿用卡车纯电动改造

TR50原车为机械传动自卸车，整车纯电动改造就是将柴油机驱动改造成动力电源驱动，去除原车柴油机及其相关系统和变速箱，增加动力电源、逆变器和牵引电机；借助山坡露天矿空载上坡，重载下坡的地理优势，采用交流传动技术，将重运下坡势能转化为电能，实现车辆制动能量的自动回收反冲，最大限度地降低整车运行能耗，实现整车运行无污染、零排放改造。

纯电动矿用卡车不消耗不可再生资源石油而使用绿色环保的电能作为动力源是最大的改革创新，在节能和环保方面有着与燃油车型不可比拟的优势，此次研发打破了以往“油改电”技术不适用于大型矿用设备的瓶颈，是华联锌铟打造绿色矿山的排头兵，为此我们需要进一步应用好该台设备，为后续批量化的推广运用做好铺垫准备。

3 纯电动矿用卡车生产匹配性研究

3.1 纯电动矿用卡车运行现状

在试运行期间，YX06#纯电动矿用卡车随机安排在各平台运输作业，采用智能卡车调度系统对其生产数据进行收集并整理，存在如下特点：

（1）动力单位成本明显低于同类燃油车型。

（2）配件单耗成本明显低于同类燃油车型。

（3）充电频繁，平均一班次需充电两次，单次充电时间在1小时左右，导致设备生产延误率较高，有效作业时间较短，生产效率未能充分发挥。

（4）重载爬坡将导致电量快速消耗，用电周期缩短至正常值的一半，是该类型设备需要特别规避的工况条件。

（5）行车速度略高于同类燃油车型。

（6）小时台效略高于同类燃油车型。

（7）出勤率因设备处于调试运行期间低于同类燃油车型。

（8）试运行期间累计用电单耗为0.53kwh/m³·km，具备进一步下降空间。

从表1数据及分析可知，YX06#纯电动矿用卡车多项运行指标均优于同类燃油车型，此次“油改电”技术研发是成功的。

表1 纯电动矿用卡车系统运行指标

3.2 纯电动矿用卡车成本及路径优化

针对设备试运行期间存在的出勤率低、动力单耗偏高等问题，华联锌铟进一步开展精细化研究，围绕成本及运行路径开展技术攻关试验。

在生产安排方面，通过生产组织形式调整，把YX06#安排至采区不同生产作业平台以及不同卸载点作业，并用RTK实时采集装卸区域的准确标高，结合智能卡车调度系统实时收集的平均运距计算出每条运行路径的准确坡比；进一步要求矿用卡车驾驶员记录单趟运输开始及结束时的电量变化百分比，并将数据上报调度中心；调度中心根据电量百分比变化、充电量、平均坡比以及运输功计算出不同工况条件下的准确动力单耗数据，并建立数据收集统计台账统计试验期间的所有数据，针对特别好以及特别差的数据进一步采用“行者”软件跟车采集YX06#的运行轨迹及相关数据再次复核其准确性。

传统动力单耗计算方法普遍认为充电量（或加油量）等于消耗量，该方法适用于工程设备自身无准确计量功能且计算周期大于月的情况，即月动力消耗等于月充电量（或加油量），但对于细化到日动力消耗准确计算时便会导致误差过大，数据失真的情况出现，为此需要重新制定日动力消耗计算方法。

YX06#纯电动矿用卡车动力电源额定容量为370kwh，为减少设备频繁充电对设备性能及生产作业的影响，要求驾驶员电量低于20%时必须前往充电桩补充电量，调度中心经过反复数据对比以及多种计算方法推算，最终确定YX06#矿用卡车日耗电量计算公式为：

式中：Q—YX06#日耗电量（kwh）。A—YX06#日充电量（kwh）。370—车辆额定蓄电池容量（kwh）。L1—上一天中班结束剩余电量百分比（%）。L2—当天首次充电前剩余电量百分比（%）。L3—当天中班剩余电量百分比（%）。

用电单耗：

式中：Q—YX06#日耗电量（kwh）。N—运输方量（m³）。S—单边重载平均运距（km）。

根据公式一、公式二即可计算出当天用电单耗数据q（kwh/m³·km），再根据企业当地工业用电单位成本计算出动力单位成本，使YX06#成本数据关联量化性进一步增强。

为寻找最优用电单耗，针对不同装载点、不同卸载点以及不同行车路径开展试验，根据当前采区现状收集有效试验数据54组，基本确定了用电单耗与平均坡比之间是负相关的关系，如散点图所示。

图1 用电单耗与平均坡比之间散点图

根据试验数据得出了不同坡比对应的用电单耗。

表2 不同坡比对应的用电单耗情况

鉴于矿用卡车安全性能以及矿山安全作业的要求，坡比大于8.1%且连续长度大于1km以上的路径采场范围内不存在，未能开展测试获取数据。

表3 试验前后YX06#纯电动矿用卡车主要生产指标参数对比情况

4 应用成果

通过成本路径优化试验的不断开展，纠正了以往将日充电量作为日耗电量使用的错误，在设备计量功能缺失的情况下确定了铜曼采场适用的日耗电量计算公式，从数据源头上保障了数据准确率；验证了以往仅安排YX06#在东帮主运输道路区域装运废土作业的单一性错误，同时也找出了目前采区范围内成本最优的运输路线。通过开展YX06#成本及路径优化试验，找出了目前采场范围内用电单耗最低的工况条件，即：①从1290m平台经西帮公路发运矿石至新田车间；②平均运距2.4km；③平均坡比8.1%；当同时满足以上三个工况条件时，YX6#用电单耗为0.02～0.04（kwh/m³·km）。

5 经济效益

按工业用电费用0.5元/kwh计算，YX6#用电单耗费用仅为0.01～0.02元/m³·km，与TR50燃油车平均柴油单耗成本1.06元/m³·km对比，仅为其成本的1.9%，优势巨大。

根据试验结论精心组织生产，紧密安排YX06#的运输路径，按全年YX06#有50%的运输功是在用电单耗最低的工况条件下产出测算，年平均运输功以TR50车型73.5万m³·km/a为基准，较燃油车型节约单耗成本=73.5*10000*0.5*（1.06-0.02）=38.22万元。

根据以往统计数据可知YX06#每天平均充电4次，每次充电时间为0.8h/次，按用电单耗最低的工况条件下作业充电次数减少2次/天计算，其年增加生产作业时间=358*0.8*2*65%（出勤率）*0.75(利用系数)=279h，年增加运输功=138m³·km/h（台时运输能力）*279h=38502m³·km/h，增加运输功创效=38502*2.14元/m³·km=8.24万元

通过优化YX06#纯电矿用卡车成本及路径，找出了目前采场范围内用电单耗最低的工况条件，同时也降低了YX06#的充电时间及次数，增加矿车生产作业时间，年节约动力单耗成本及增加运输功创效=38.22+8.24=46.46万元。

6 结语

YX06#纯电动矿用卡车在动力单耗方面的巨大优势使其正常运行四年后即可平摊设备前期投资改造成本，其配件单耗方面成本仍具有进一步降低整体运行成本的潜力优势。

面对未来几年生产成本大幅攀升的巨大压力及挑战，华联锌铟直视困境加大科技创新，大力倡导新能源驱动技术，此次TR50车型“油改电”试验为进一步创造60-120吨级以上矿车“油改电”技术积累了丰富经验，在现如今国家大力倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色经济背景下，华联锌铟用实际行动一步步付诸实践，走出了自己独具特色的一条绿色矿山建设道路。