我國地下采場鉆孔設備的現狀與展望

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

我國地下采場鉆孔設備的現狀與展望

張誼

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

采礦行業是我國的重點工業之一，從我國加入WTO以來，我國的采礦行業既迎來了機遇又面臨著嚴峻的挑戰。在采礦中，地下采場鉆孔設備的作用是非常重要的，但我國的鉆孔設備相對比較落后，無法滿足采礦行業發展的需要，使我國的采礦成本遠遠高于發達國家。本文對我國地下采場鉆孔設備的發展現狀進行分析，并就其未來的發展進行展望。

地下采場；鉆孔設備；現狀；展望

我國的采礦行業雖然已經發展了一段時間，但由于技術水平和開采設備比較落后，我國的采礦行業發展并不理想。在對礦山的發展水平進行評價時，最主要的評價標準是鉆孔設備的水平，其決定著礦山的開采效率，影響著礦山在開采過程中產生的經濟效益。

1 發展歷程

1.1 起步階段

我國地下采場鉆孔設備的發展總共經歷了三個階段，我國最初的采礦工程中，基本是依靠人工的方式進行的，大部分的作業是手工作業。隨著我國第一個五年計劃的實施，為提高礦山的開采效率，增加煤礦產量，我國開始從蘇聯引進地下采場鉆孔設備。在最初引進的一批鉆孔設備中，風動鑿巖機的型號主要有OM-506、KLIM-4、01-45，潛孔鉆機的主要型號有BA-100。從20世紀50年代末到60年代初，我國加大對這些設備的研究力度，不斷對其進行優化和改進，并研發出更多型號的風動鑿巖機和潛孔鉆機。隨著這些設備的廣泛應用，我國的采礦行業已經從無設備開采發展到有設備開采，鉆孔作業逐漸由手工過渡到機械化。

1.2 推廣使用階段

在從蘇聯引進地下采場鉆孔設備后，對我國礦業的發展起到過重要的推動作用，相對于手工采礦而言，其采礦效率有很大程度的提高，且機械化水平也取得很大的進步。在此基礎上，我國開始自主研發鉆孔設備，并很快研究出型號為YG80的重型導軌式內回轉風動鑿巖機，同時還研發出與之配套的園盤鉆架和單機采礦鉆車。隨著YG80在采礦工程中的應用，我國采礦工程的效率得到大幅度的提升，所以其在采礦行業得到大力的推廣。但是，這種型號的鉆孔設備內回轉機構的扭矩比較小，且無法調節扭矩，其中的許多部件容易被損壞，所以在使用的過程中經常發生故障。因此，我國在1975年自主研發出YGZ90回轉鑿巖機，取代YG80型風動鑿巖機，并研制出與之配套的園盤鉆架和可鉆上向平行孔的雙機采礦鉆車。隨著這些設備的普及，采礦工人的工作強度得到很大程度的降低，并推動著我國采礦行業的迅速發展。

1.3 快速發展階段

隨著我國地下采礦鉆孔設備的不斷發展，我國研制出地下高氣壓潛孔鉆機和與之配套的其他設備。隨著此設備的成功研制，我國的地下采場鉆孔設備開始逐步從大型化過渡到高氣壓。到90年代初，一些規模較大的礦山開始從國外引進設備，這些設備屬于高氣壓環形潛孔鉆機。與此同時，我國還開發出不同型號的地下牙輪鉆機，其在高氣壓地下潛孔鉆機的基礎上有很大的進步，不僅消耗的能源更少，且工作過程中產生的噪聲也比較少。但其開發成本比較高，且使用壽命比較短，所以并沒有得到廣泛的推廣。隨后，液壓鑿巖鉆機的成功研制，不僅能減少能源消耗，提高采礦效率，還能改善礦山的開采效率。但是，由于我國當時的礦山水平比較低，液壓基礎比較落后，所以液壓鑿巖機的性能無法滿足礦山的開采要求，這種設備因此沒有得到廣泛的應用。2000年，我國開發出中深孔高氣壓地下潛孔鉆機，此類設備的造價不高，體積比較小，靈活性比較高，在中小型地下礦山的開采中有廣泛的應用，能大幅度降低企業的采礦成本。

2 我國地下采場鉆孔設備的現狀

2.1 牙輪鉆機

牙輪鉆機主要用于地下礦山的開采，一般對20cm以上的炮孔實施鑿巖作業，在我國礦業的發展過程中，我國曾試圖用地下牙輪鉆機實施開采作業。但是，由于低于20cm的牙輪鉆頭使用年限比較短，導致這類設備在我國沒有得到廣泛的推廣，其在國外的使用頻率也不高。目前，我國在地下礦的開采中，比較常用的牙輪鉆機是國產的，用到的型號主要有YZ-12、YZ-35、YZ-55。而在一些規模很大的煤礦山中，所采用的牙輪鉆機主要是進口的，如DM30型牙輪鉆機。牙輪鉆機受以下因素的限制，并沒有成為采場的主要鉆孔設備。首先，品種單一，主要表現在其動力、功能、結構等方面都比較單一。其次，傳動方式不夠靈活，國內生產的牙輪鉆機基本都是通過機械方式傳動的，所以其傳動效率很低。再次，自動化程度不高，進口的牙輪鉆機上安裝有機載計算機，其自動化水平比較高，還可利用互聯網對設備進行遠程控制，而國產的牙輪鉆機卻沒有實現自動化。

2.2 頂錘式鉆機

在地下礦山的掘進和采礦鑿巖作業中會用到頂錘式鉆機，頂錘式鉆機有兩種類型，一種是全液壓形式的，一種是氣動類型的。氣動頂錘式鉆機的開采效率并不高，所以在國外很少被使用，在國內的使用頻率仍然比較高。全液壓頂錘式鉆機在我國的使用已經比較廣泛，且使用技術已經發展得比較成熟。但是，國內生產的全液壓鑿巖機穩定性指標一般保持在500米，而發達國家規定的穩定性指標為600米，與國際上相對先進的水平相比，我國的全液壓鑿巖機在穩定性方面還有很大的進步空間。此外，現階段在我國地下礦山的平巷掘進工程中，機械化水平仍然不高，所采用的鑿巖機類型主要為人工加手持式，只有比較少部分的礦山會采用國外的全液壓鉆機。

2.3 潛孔鉆機

潛孔鉆機一般用于地下礦山的開采中，當地下礦山的直徑為9～22.5cm，在鑿巖施工中就可采用潛孔鉆機。潛孔鉆機在近年來的發展非常迅速，目前我國使用的潛孔鉆機液壓化水平比較高，并且已經實現程控化。從總體來看，其技術水平已經能夠與國際上的先進技術水平相比擬。在地下礦山的采礦工作中，比較常用的技術為潛孔鑿巖技術，所采用的設備主要有立柱式潛孔鉆機、國產的CS系列潛孔鉆機，有時候也會采用進口設備。

3 對我國地下采場鉆孔設備的展望

3.1 實現潛孔鉆機的高氣壓化

我國已經成功研制出高氣壓大直徑的深孔潛孔鉆機，在很大程度上推動著大直徑采礦工藝的進步。在礦山的實際環境能滿足此設備的使用條件時，可加大對這類設備的推廣力度，以降低采礦過程中的能源消耗，提高采礦的安全性和效率。目前，利用此設備對地下礦山進行開采，能將采礦的分段高度提升至60米，從而縮短采礦時間，并減少開采成本，為采礦企業創造更多的經濟效益。我國自主研發的高氣壓中深孔環型鉆機，可以在鑿巖過程中實現360°全方位鑿巖，當鑿孔深度低于30米時，能將偏斜率控制在1%以下。與相同類型的低氣壓鉆孔設備相比，其鉆巖效率要高出2～3倍。

3.2 實現中深孔鉆機的全液壓化

在對中小型地下礦山進行開采時，使用頻率最高的方法是中深孔采礦法，而使用到的鉆孔設備則主要為氣動獨立回轉鑿巖機。由于這種設備的開采效率比較低，不能靈活調整鉆孔深度，且工作中產生的噪聲比較大，難以提高礦山的綜合經濟效益，所以這種類型的鉆孔設備并沒有得到廣泛的應用。而全液壓鑿巖機的優勢就比較明顯，其鑿巖的速度能高出2～3倍，消耗的能量只有原來的1/3，噪聲也比較小，且在作業過程中不會排放出油霧。隨著近幾年全液壓鑿巖機的不斷優化，其在各個行業的施工中都有廣泛的應用，推動著鑿巖技術的發展。

3.3 實現鉆孔設備的智能化和水力化

在一些發達國家的低下礦山開采中，已經將微電子技術充分的利用起來，建立自動化的系統對地下礦山的開采進行控制。其中的炮孔可編程控制系統，能夠實現鉆孔的自動鉆進，還能夠自動對礦山環境進行檢測，選擇最適合的位置鉆進，并自動識別出巖層的性質。同時，隨著GPS定位技術的應用，能在很大程度上提升鉆孔設備的整體性能，為施工人員提供更好的工作環境。液壓鑿巖機的工作效率雖然比較高，但在鉆孔深度加深的情況下，其鑿巖速度就會越來越慢。高氣壓潛孔鉆機能改善這一缺點，但在對能量進行利用時，利用效率卻不高。因此，可開發水利鉆孔機，結合這兩種鉆孔機的優點，實現地下鉆孔設備的水力化，提高采礦效率和對能量的利用效率。并且，我國有許多地下礦山都適合用水利潛孔鑿巖機進行開采。因此，在我國地下礦山未來的發展中，水利潛孔鑿巖機和與之對應的鑿巖技術，必然會得到廣泛的應用。

4 結語

綜上所述，在地下礦山的開采中，需要根據實際的礦山環境和開采條件，合理選擇不同的地下采場鉆孔設備。隨著我國地下鉆孔設備研發技術的提升，我國目前的地下鉆孔技術和設備已經取得很大的進步。在鉆孔設備未來的發展中，必然會逐步實現智能化、全液壓化、水力化，從而推動我國采礦行業的進一步發展。

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