液壓鑿巖臺車在敦德礦業公司的應用

趙 新

(新疆八鋼礦業資源有限公司)

引 言

近年來，隨著資源需求量的增加及安全要求和環保意識的提升，鑿巖臺車作為井巷鉆爆掘進時鉆鑿炮孔和錨桿孔的大型機械化掘進設備，已在各地下金屬礦山得到廣泛應用[1-4]。魯愛輝等[5]通過與傳統鑿巖設備對比，驗證了鑿巖臺車在大型基建期礦山使用的必要性。熊曉晨等[6-7]對液壓鑿巖臺車的鑿巖爆破參數進行優化分析，改善了實際鑿巖的施工效率及安全性。郭生茂等[8]在堅硬礦巖條件下對鑿巖臺車鉆鑿性能進行測試，結果表明該鑿巖臺車滿足實際生產需求。

鑿巖臺車在鉆孔效率、精準度及安全環保等方面表現突出。其中，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車在紫金山金銅礦[9]、新橋礦[10]、杏山鐵礦[11]等礦山的巷道掘進中均得到實踐，取得了較好的經濟效益和社會效益。本文闡述了BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車的特性，并結合該鑿巖設備在巴州敦德礦業有限責任公司(下稱“敦德礦業公司”)的應用進行分析，為類似礦山鑿巖設備的選型提供有效參考。

1 工程背景

敦德礦業公司地處中天山南麓，礦區海拔3 568～4 000 m，屬高寒高海拔環境。礦體賦存于灰綠色矽卡巖、大理巖中，巖體完整性及穩定性較好，結構面規模不大，裂隙呈緊閉狀態，充填物較少。礦體傾向由淺部向深部有較大的變化，走向近北東—南西，3 788 m中段以北東傾向為主，傾角多數在55°～80°，平均厚度102.76 m。礦山采用無底柱分段崩落采礦法開采，一期生產規模150萬t/a，年掘進量約6 000 m，前期采用YT-28型氣腿式鑿巖機，以人工鑿巖方式進行巷道掘進。由于礦區海拔高，含氧量全年不超過20 %，礦巖硬度較高，存在人工鑿巖體力勞動繁重，掘進效率低等問題，并且作業人員長期暴露在采場巖體下作業，粉塵危害大，安全風險較高。

2 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車的應用

2.1 鑿巖臺車特性

為適應智慧制造發展規劃，提高本質安全系數，改善井下作業環境，提高勞動生產率，敦德礦業公司于2017年引入BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車。該設備長8.6～11.0 m，寬1.65 m，高2.1 m(頂棚升至最高時高2.8 m)，行駛通道最小尺寸為3.0 m×2.8 m(寬×高)，采用三相異步電動機，額定電壓380 V，工作頻率50 Hz，其他性能參數如表1所示[10]，鑿巖臺車施工現場如圖1所示。

表1 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車性能參數

圖1 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車施工現場

此外，通過應用BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車在井下進行鑿巖作業，發現該設備具有以下優點：

1)車身矮小，結構緊湊;設備寬度窄，轉彎半徑小，靈活性較高，非常適合地下礦山采掘作業。

2)設備性能先進，在中硬巖石條件下的純鑿巖速度為2.5 m/min。同時，可以根據不同的巖石性質，調節液壓鑿巖控制系統參數，使鑿巖臺車的扭矩、釬桿轉速、沖擊功率及推進力等參數達到最佳匹配。

3)BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車采用柴油-電力混合動力驅動。行駛過程中由柴油機驅動液壓傳動裝置，工作時由電動機驅動液壓泵，提供設備所需的工作油壓。該鑿巖臺車能量利用率高，輸出功率大，噪聲小，工作面廢氣污染小。

4)BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車的操作及自動控制均為液壓控制，性能穩定可靠，特別是在沖擊、回轉、推進回路中應用防卡閥，使鑿巖性能達到最佳。

2.2 鑿巖臺車應用情況

BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車在敦德礦業公司主要用于鉆孔，為巷道掘進提供合適條件。以3 850 m 中段采礦進路掘進為例，進路斷面為三心拱，尺寸為4.8 m×4.1 m，斷面面積約為18.06 m2。在每天爆破1次的情況下，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車單班掘進2個工作面，每個工作面作業時間約4 h。目前，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車掘進該進路時采用3.5 m鉆桿，可以爆破3.0～3.2 m巷道，鑿巖效率滿足礦山生產需求。根據敦德礦業公司近幾年在3 850 m中段各分層的作業情況統計，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車具體鑿巖能力如表2所示。

表2 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖能力

通過對BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖能力統計，可以得出下列結論：

1)BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車純鑿巖速度較快，在使用初期，3.5 m炮孔純鑿巖時間為129 s，純鑿巖速度為1.4 m/min，雖低于2.5 m/min的理論鑿巖速度，但隨著對工作參數的不斷優化，操作工人對鑿巖臺車性能的熟悉和操作水平的提高，鑿巖速度將逐步提高。

2)純鑿巖時間與純鑿巖速度不匹配，這是由于礦巖硬度較大，在純鑿巖時間內掘進長度較短。

3)與純鑿巖時間相比，其他非鑿巖工序，如定位、退桿、換孔移位等所用時間較長，幾乎與純鑿巖時間相當。

4)為保持BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車良好的工作狀態，必須加強日常保養。據統計，每次循環鑿巖前的檢查約1 h，鑿巖結束后的清洗等約30 min。為提高使用效率，應盡量增加一次鑿巖量。但由于3 850 m中段各分層內作業面分布較廣，作業面集中度不夠，設備移位行走時間較長，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車效率沒有充分發揮出來。

2.3 機械鑿巖與人工鑿巖施工效率對比

敦德礦業公司前期采用YT-28型氣腿式鑿巖機進行人工鑿巖，鉆機鉆桿長度為3 m，每次爆破2.5～2.8 m，每個工作面作業時間約7 h，鑿巖效率較低，無法滿足后續開采需求。以3 850 m中段采礦進路掘進為例，將機械鑿巖與人工鑿巖施工效率進行對比，如表3所示。

表3 機械鑿巖與人工鑿巖施工效率對比

根據表3中機械鑿巖與人工鑿巖施工效率的對比，可以得出如下結論：

1)巷道掘進單班進尺由2.20 m提升至2.97 m，掘進效率提高了35 %。

2)人工鑿巖單作業面需要4人作業，單班可施工1個作業面；BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車單作業面只需2人，且單班可施工2個作業面，每班次單作業面的人員勞動效率提高了300 %。

3)敦德礦業公司現行炸藥單價12.7元/kg，雷管28.83元/發，按全年掘進巷道108 360 m3計算，人工鑿巖時火工品費用930萬元/a，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖時火工品費用893萬元/a，可節省鑿巖費用37萬元/a。

4)敦德礦業公司全年作業天數為300 d，巷道掘進量6 000 m，人工鑿巖每天掘進9個作業面，作業人員36人；BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車每天掘進8個作業面，所需車輛4臺，作業人員8人；BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖較人工鑿巖減少作業人員28人。

在目前敦德礦業公司井下單班作業條件下，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖與人工鑿巖相比，在掘進效率、人員精簡上均具有較好的技術經濟指標，消除了YT-28型氣腿式鑿巖機鑿巖過程中高壓風可能對作業人員造成傷害的風險，減輕了設備振動對作業人員身體的傷害。利用BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖時，作業人員在防護棚下作業，避免了直接暴露在采場巖體下，安全生產得到了更加有效的保證，且使用機械鑿巖能夠有效改善通風質量，減少作業面粉塵、消除水霧、減少噪聲，改善了作業環境，從而降低從業人員患職業病的風險。

3 結 語

BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車采用混合動力驅動，減少了井下廢氣的排放，并可根據礦巖實際情況調整設備參數，靈活性較高，其具備的液壓控制系統使設備鑿巖性能達到最佳。敦德礦業公司自2017年采用BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺車鑿巖代替人工鑿巖后，井下巷道掘進效率提高了35 %，減少作業人員28人，人員勞動效率提高了300 %，節約鑿巖火工品費用37萬元/a。此外，機械鑿巖減少了作業面粉塵、消除了水霧、減少了機械噪聲，有效改善了井下作業環境，且避免了鑿巖人員直接暴露在采場巖體下，提高了鑿巖作業的安全性，降低了從業人員患職業病的風險，為同類型礦山設備選型、應用提供參考。