我國(guó)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的現(xiàn)狀與展望

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

我國(guó)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的現(xiàn)狀與展望

張誼

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

采礦行業(yè)是我國(guó)的重點(diǎn)工業(yè)之一，從我國(guó)加入WTO以來(lái)，我國(guó)的采礦行業(yè)既迎來(lái)了機(jī)遇又面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在采礦中，地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的作用是非常重要的，但我國(guó)的鉆孔設(shè)備相對(duì)比較落后，無(wú)法滿足采礦行業(yè)發(fā)展的需要，使我國(guó)的采礦成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。本文對(duì)我國(guó)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就其未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行展望。

地下采場(chǎng)；鉆孔設(shè)備；現(xiàn)狀；展望

我國(guó)的采礦行業(yè)雖然已經(jīng)發(fā)展了一段時(shí)間，但由于技術(shù)水平和開(kāi)采設(shè)備比較落后，我國(guó)的采礦行業(yè)發(fā)展并不理想。在對(duì)礦山的發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，最主要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是鉆孔設(shè)備的水平，其決定著礦山的開(kāi)采效率，影響著礦山在開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。

1 發(fā)展歷程

1.1 起步階段

我國(guó)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的發(fā)展總共經(jīng)歷了三個(gè)階段，我國(guó)最初的采礦工程中，基本是依靠人工的方式進(jìn)行的，大部分的作業(yè)是手工作業(yè)。隨著我國(guó)第一個(gè)五年計(jì)劃的實(shí)施，為提高礦山的開(kāi)采效率，增加煤礦產(chǎn)量，我國(guó)開(kāi)始從蘇聯(lián)引進(jìn)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備。在最初引進(jìn)的一批鉆孔設(shè)備中，風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)的型號(hào)主要有OM-506、KLIM-4、01-45，潛孔鉆機(jī)的主要型號(hào)有BA-100。從20世紀(jì)50年代末到60年代初，我國(guó)加大對(duì)這些設(shè)備的研究力度，不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，并研發(fā)出更多型號(hào)的風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)和潛孔鉆機(jī)。隨著這些設(shè)備的廣泛應(yīng)用，我國(guó)的采礦行業(yè)已經(jīng)從無(wú)設(shè)備開(kāi)采發(fā)展到有設(shè)備開(kāi)采，鉆孔作業(yè)逐漸由手工過(guò)渡到機(jī)械化。

1.2 推廣使用階段

在從蘇聯(lián)引進(jìn)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備后，對(duì)我國(guó)礦業(yè)的發(fā)展起到過(guò)重要的推動(dòng)作用，相對(duì)于手工采礦而言，其采礦效率有很大程度的提高，且機(jī)械化水平也取得很大的進(jìn)步。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)開(kāi)始自主研發(fā)鉆孔設(shè)備，并很快研究出型號(hào)為YG80的重型導(dǎo)軌式內(nèi)回轉(zhuǎn)風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，同時(shí)還研發(fā)出與之配套的園盤(pán)鉆架和單機(jī)采礦鉆車(chē)。隨著YG80在采礦工程中的應(yīng)用，我國(guó)采礦工程的效率得到大幅度的提升，所以其在采礦行業(yè)得到大力的推廣。但是，這種型號(hào)的鉆孔設(shè)備內(nèi)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的扭矩比較小，且無(wú)法調(diào)節(jié)扭矩，其中的許多部件容易被損壞，所以在使用的過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生故障。因此，我國(guó)在1975年自主研發(fā)出YGZ90回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)，取代YG80型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，并研制出與之配套的園盤(pán)鉆架和可鉆上向平行孔的雙機(jī)采礦鉆車(chē)。隨著這些設(shè)備的普及，采礦工人的工作強(qiáng)度得到很大程度的降低，并推動(dòng)著我國(guó)采礦行業(yè)的迅速發(fā)展。

1.3 快速發(fā)展階段

隨著我國(guó)地下采礦鉆孔設(shè)備的不斷發(fā)展，我國(guó)研制出地下高氣壓潛孔鉆機(jī)和與之配套的其他設(shè)備。隨著此設(shè)備的成功研制，我國(guó)的地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備開(kāi)始逐步從大型化過(guò)渡到高氣壓。到90年代初，一些規(guī)模較大的礦山開(kāi)始從國(guó)外引進(jìn)設(shè)備，這些設(shè)備屬于高氣壓環(huán)形潛孔鉆機(jī)。與此同時(shí)，我國(guó)還開(kāi)發(fā)出不同型號(hào)的地下牙輪鉆機(jī)，其在高氣壓地下潛孔鉆機(jī)的基礎(chǔ)上有很大的進(jìn)步，不僅消耗的能源更少，且工作過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲也比較少。但其開(kāi)發(fā)成本比較高，且使用壽命比較短，所以并沒(méi)有得到廣泛的推廣。隨后，液壓鑿巖鉆機(jī)的成功研制，不僅能減少能源消耗，提高采礦效率，還能改善礦山的開(kāi)采效率。但是，由于我國(guó)當(dāng)時(shí)的礦山水平比較低，液壓基礎(chǔ)比較落后，所以液壓鑿巖機(jī)的性能無(wú)法滿足礦山的開(kāi)采要求，這種設(shè)備因此沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。2000年，我國(guó)開(kāi)發(fā)出中深孔高氣壓地下潛孔鉆機(jī)，此類(lèi)設(shè)備的造價(jià)不高，體積比較小，靈活性比較高，在中小型地下礦山的開(kāi)采中有廣泛的應(yīng)用，能大幅度降低企業(yè)的采礦成本。

2 我國(guó)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的現(xiàn)狀

2.1 牙輪鉆機(jī)

牙輪鉆機(jī)主要用于地下礦山的開(kāi)采，一般對(duì)20cm以上的炮孔實(shí)施鑿巖作業(yè)，在我國(guó)礦業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)曾試圖用地下牙輪鉆機(jī)實(shí)施開(kāi)采作業(yè)。但是，由于低于20cm的牙輪鉆頭使用年限比較短，導(dǎo)致這類(lèi)設(shè)備在我國(guó)沒(méi)有得到廣泛的推廣，其在國(guó)外的使用頻率也不高。目前，我國(guó)在地下礦的開(kāi)采中，比較常用的牙輪鉆機(jī)是國(guó)產(chǎn)的，用到的型號(hào)主要有YZ-12、YZ-35、YZ-55。而在一些規(guī)模很大的煤礦山中，所采用的牙輪鉆機(jī)主要是進(jìn)口的，如DM30型牙輪鉆機(jī)。牙輪鉆機(jī)受以下因素的限制，并沒(méi)有成為采場(chǎng)的主要鉆孔設(shè)備。首先，品種單一，主要表現(xiàn)在其動(dòng)力、功能、結(jié)構(gòu)等方面都比較單一。其次，傳動(dòng)方式不夠靈活，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的牙輪鉆機(jī)基本都是通過(guò)機(jī)械方式傳動(dòng)的，所以其傳動(dòng)效率很低。再次，自動(dòng)化程度不高，進(jìn)口的牙輪鉆機(jī)上安裝有機(jī)載計(jì)算機(jī)，其自動(dòng)化水平比較高，還可利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，而國(guó)產(chǎn)的牙輪鉆機(jī)卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

2.2 頂錘式鉆機(jī)

在地下礦山的掘進(jìn)和采礦鑿巖作業(yè)中會(huì)用到頂錘式鉆機(jī)，頂錘式鉆機(jī)有兩種類(lèi)型，一種是全液壓形式的，一種是氣動(dòng)類(lèi)型的。氣動(dòng)頂錘式鉆機(jī)的開(kāi)采效率并不高，所以在國(guó)外很少被使用，在國(guó)內(nèi)的使用頻率仍然比較高。全液壓頂錘式鉆機(jī)在我國(guó)的使用已經(jīng)比較廣泛，且使用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。但是，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的全液壓鑿巖機(jī)穩(wěn)定性指標(biāo)一般保持在500米，而發(fā)達(dá)國(guó)家規(guī)定的穩(wěn)定性指標(biāo)為600米，與國(guó)際上相對(duì)先進(jìn)的水平相比，我國(guó)的全液壓鑿巖機(jī)在穩(wěn)定性方面還有很大的進(jìn)步空間。此外，現(xiàn)階段在我國(guó)地下礦山的平巷掘進(jìn)工程中，機(jī)械化水平仍然不高，所采用的鑿巖機(jī)類(lèi)型主要為人工加手持式，只有比較少部分的礦山會(huì)采用國(guó)外的全液壓鉆機(jī)。

2.3 潛孔鉆機(jī)

潛孔鉆機(jī)一般用于地下礦山的開(kāi)采中，當(dāng)?shù)叵碌V山的直徑為9～22.5cm，在鑿巖施工中就可采用潛孔鉆機(jī)。潛孔鉆機(jī)在近年來(lái)的發(fā)展非常迅速，目前我國(guó)使用的潛孔鉆機(jī)液壓化水平比較高，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)程控化。從總體來(lái)看，其技術(shù)水平已經(jīng)能夠與國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)水平相比擬。在地下礦山的采礦工作中，比較常用的技術(shù)為潛孔鑿巖技術(shù)，所采用的設(shè)備主要有立柱式潛孔鉆機(jī)、國(guó)產(chǎn)的CS系列潛孔鉆機(jī)，有時(shí)候也會(huì)采用進(jìn)口設(shè)備。

3 對(duì)我國(guó)地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備的展望

3.1 實(shí)現(xiàn)潛孔鉆機(jī)的高氣壓化

我國(guó)已經(jīng)成功研制出高氣壓大直徑的深孔潛孔鉆機(jī)，在很大程度上推動(dòng)著大直徑采礦工藝的進(jìn)步。在礦山的實(shí)際環(huán)境能滿足此設(shè)備的使用條件時(shí)，可加大對(duì)這類(lèi)設(shè)備的推廣力度，以降低采礦過(guò)程中的能源消耗，提高采礦的安全性和效率。目前，利用此設(shè)備對(duì)地下礦山進(jìn)行開(kāi)采，能將采礦的分段高度提升至60米，從而縮短采礦時(shí)間，并減少開(kāi)采成本，為采礦企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)自主研發(fā)的高氣壓中深孔環(huán)型鉆機(jī)，可以在鑿巖過(guò)程中實(shí)現(xiàn)360°全方位鑿巖，當(dāng)鑿孔深度低于30米時(shí)，能將偏斜率控制在1%以下。與相同類(lèi)型的低氣壓鉆孔設(shè)備相比，其鉆巖效率要高出2～3倍。

3.2 實(shí)現(xiàn)中深孔鉆機(jī)的全液壓化

在對(duì)中小型地下礦山進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，使用頻率最高的方法是中深孔采礦法，而使用到的鉆孔設(shè)備則主要為氣動(dòng)獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)。由于這種設(shè)備的開(kāi)采效率比較低，不能靈活調(diào)整鉆孔深度，且工作中產(chǎn)生的噪聲比較大，難以提高礦山的綜合經(jīng)濟(jì)效益，所以這種類(lèi)型的鉆孔設(shè)備并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。而全液壓鑿巖機(jī)的優(yōu)勢(shì)就比較明顯，其鑿巖的速度能高出2～3倍，消耗的能量只有原來(lái)的1/3，噪聲也比較小，且在作業(yè)過(guò)程中不會(huì)排放出油霧。隨著近幾年全液壓鑿巖機(jī)的不斷優(yōu)化，其在各個(gè)行業(yè)的施工中都有廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)著鑿巖技術(shù)的發(fā)展。

3.3 實(shí)現(xiàn)鉆孔設(shè)備的智能化和水力化

在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的低下礦山開(kāi)采中，已經(jīng)將微電子技術(shù)充分的利用起來(lái)，建立自動(dòng)化的系統(tǒng)對(duì)地下礦山的開(kāi)采進(jìn)行控制。其中的炮孔可編程控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔的自動(dòng)鉆進(jìn)，還能夠自動(dòng)對(duì)礦山環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，選擇最適合的位置鉆進(jìn)，并自動(dòng)識(shí)別出巖層的性質(zhì)。同時(shí)，隨著GPS定位技術(shù)的應(yīng)用，能在很大程度上提升鉆孔設(shè)備的整體性能，為施工人員提供更好的工作環(huán)境。液壓鑿巖機(jī)的工作效率雖然比較高，但在鉆孔深度加深的情況下，其鑿巖速度就會(huì)越來(lái)越慢。高氣壓潛孔鉆機(jī)能改善這一缺點(diǎn)，但在對(duì)能量進(jìn)行利用時(shí)，利用效率卻不高。因此，可開(kāi)發(fā)水利鉆孔機(jī)，結(jié)合這兩種鉆孔機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)地下鉆孔設(shè)備的水力化，提高采礦效率和對(duì)能量的利用效率。并且，我國(guó)有許多地下礦山都適合用水利潛孔鑿巖機(jī)進(jìn)行開(kāi)采。因此，在我國(guó)地下礦山未來(lái)的發(fā)展中，水利潛孔鑿巖機(jī)和與之對(duì)應(yīng)的鑿巖技術(shù)，必然會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在地下礦山的開(kāi)采中，需要根據(jù)實(shí)際的礦山環(huán)境和開(kāi)采條件，合理選擇不同的地下采場(chǎng)鉆孔設(shè)備。隨著我國(guó)地下鉆孔設(shè)備研發(fā)技術(shù)的提升，我國(guó)目前的地下鉆孔技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)取得很大的進(jìn)步。在鉆孔設(shè)備未來(lái)的發(fā)展中，必然會(huì)逐步實(shí)現(xiàn)智能化、全液壓化、水力化，從而推動(dòng)我國(guó)采礦行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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