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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流新技术装备在地下采掘凿岩中的应用.精品文档.摘要：介绍了机器人化钻车在矿区作业中的使用性能及新技术装备，如适用于不同场合的中小型、大型自动化钻车、集凿岩/装载于一体的多功能设备、改进后的气动钻车在一些矿区的应用和推广情况、冲击频率可调的液压凿岩机和耐磨球齿钎头的技术改进情况。关键词：机器人化钻车；中小型自动化钻车；多功能设备；气动钻车；液压凿岩机；耐磨球齿钎头中图分类号：TD421.2+4文献标识码：B 1概述钻车机器人化和远程控制这两项技术成为地下钻凿的热门话题。澳大利亚的Olympic Dam矿和瑞典北部地区LKAB公司的Kiruna矿已
2、经在用先进的远程控制技术进行钻凿工作。采用这种先进技术意味着工人可以在矿井的安全区进行钻凿操作(有时甚至可以在地面进行)，一名工人可以同时控制两台半自动钻机，大大提高了生产效率。但这并不意味着机器人化钻机和远程控制钻机就是市场唯一的发展方向，有些生产厂家侧重于钻机的通用化而不是开采效率，而有些生产厂家更注重凿岩机和钻头性能的改进。2北极圈附近国家的钻车使用概况瑞典LKAB公司认为，在矿山中不断地引入先进技术是与其他生产成本低的公司进行竞争的最佳途径，因此，该公司始终坚持在新技术方面进行大的投入，在该公司位于瑞典北部的Kiruna地下铁矿可以见到世界上最先进的采矿技术的应用。为了适应市场需要，公
3、司的Kiruna和Malmberget矿制定了新的采矿标准，他们的目标是到1999年底两矿矿石生产总和达到3000万吨。为了达到这一目标，LKAB公司不惜投入巨资购买先进设备(仅Kiruna矿用于设备更新的费用就达到3.5亿美元)。通过使钻孔深度增加到55m，平巷的垂直跨距增大到28.5m，LKAB公司相信这会降低开采费用，即使到下世纪初该矿山仍会保持旺盛的活力。由此看来先进设备在整个工程中起的作用是关键的。LKAB和AtlasCopco公司于1993年末签定了一份联合开发新的开采凿岩设备的合同，W469型钻车就是根据施工要求设计的。第一台钻车计划配备WassaraGDrill公司的ITH液压
4、凿岩机(这种凿岩机最初也是为LKAB公司设计的)。W469钻车于1995年初装配完毕，进行工业性试验，检验该钻车是否能达到钻孔300m/d，平均无故障运行时间不少于100h，结果完全达到设计要求(最高钻孔达到500m/d)，平均无故障运行时间达到104h，其他如维修保养、钻孔质量、成孔偏差、钻凿功率等指标也都令人满意。由于对合作充满信心，LKAB公司一年后又准备订购第二台。钻孔控制程序要求能一次自动钻凿10个孔的扇面，然后钻凿下一个扇面，试验结果完全达到要求。试验过程中，钻车控制程序同时也受到检验，要使钻车在程序控制下做到：准确调整推进器；准确对准炮孔位置；达到符合要求的炮孔深度；连接/拆卸钻
5、杆；一次钻孔完毕后，移至下一孔位。先钻115mm深45m的炮孔，然后用W469钻车钻到55m(孔径不变)。对于这种深炮孔来说，钻孔精度是十分重要的，要求30m孔深的偏差不超过1.5%，激光测量装置测量孔的精度。由于对W469钻车和ITH凿岩机的设计很满意，LKAB公司决定下一步进行机器人化钻车的凿岩，1997年初又向Atlas公司订了四台Simba型机器人化钻车。Atlas Copco公司先将两台W469s钻车交付LKAB公司的Malmberget矿，另外两台于1997年10月份交付Kiruna矿。这些钻车都配备ITH液压凿岩机。目前这种机器人化钻车的设计还不完善，现在的有线控制系统将被光纤/
6、无线控制系统取代。正在试制的两台Simbas钻车(包括将来的钻车)的控制方式是：一根光缆将控制中心与生产现场连接起来，指令可以从控制中心发往施工现场。生产现场通过无线电控制钻车，这样使Simbas钻车在不同工位移动更加灵活方便。如果一切都在按计划顺利进行的话，W469钻车此时已完成试验，LKAB公司准备买11台此种钻车投放到Kiruna矿和Malmberget矿。LKAB公司不仅仅使用AtlasCopco公司的钻车，他们也购买AtlasCopco公司的主要竞争对手Tamrock公司的设备，Kiruna矿就在使用Tamrock公司的钻车。一般来说，设备越先进，它的生产率就越高，目前矿山出产铁矿石
7、已达到现有设备的最高效率。1996年4月，Tamrock公司生产了两台Solo60钻车，该钻车是Tamrock公司最先进的液压凿岩钻车，配备Sandvik公司生产的新型钻具，一支钎头可以钻凿一个扇形断面，据说可以大大提高综合生产率。3澳大利亚钻车的使用概况Atlas Copco公司的H4356s钻车在Olympic Dam矿钻凿102mm、深30m的炮孔以来，已经创下了几项该矿的记录。平均钻孔速度达35m/h，1995年一年钻车总进尺达118663延米，12h钻孔340.9m，24h钻孔不少于667.8m，而且炮孔偏差控制在2%以内。该钻车在施工中显示出优良的性能，因此Olympic Dam矿
8、决定再购买两台H4356s钻车。第一台几个月后交付，另一台1998年初交付，与以前一样，两台钻车都配备Cop4050凿岩机和RHS夹钎器。因为矿井下的环境特殊，这两台钻车在防腐方面进行了一些改进(这种改进是在头一台钻车试验时开始进行的)。岩层中水的盐份很大(有些含盐量甚至是海水的7倍)。因此Atlas Copco公司把许多零件的材质改成不锈钢或青铜，同时用防锈漆来保护零件不受腐蚀。Atlas Copco公司说解决腐蚀性问题是很复杂的，需要做许多工作。Olympic Dam矿由西部采矿公司负责开采，主要出产铜、氧化铀、金、银，每年矿石产量达300万吨，折算要钻凿坑道500m。4老产品的更新Tam
9、rock公司一直在不断地开发新型钻车，同时对Tamrock和Tamrock Secoma系列进行了改进。第一种新产品Mercury1 LC10型钻车是由法国Secoma公司分部研制的，它是在原来Mercury 1 LC型钻车的基础上发展而来的用于深孔凿岩的，Mercury 1 LC10钻车的底盘与Mercury 1 LC22型一样是铰接式的，行走方式为四轮驱动胶轮式，轮与轮之间宽1.6m，可在崎岖路面和狭小空间移动。Mercury钻车上有一个可容纳10支钎杆的贮存器，可钻18 m深的炮孔，覆盖断面范围为626m2。另外，该钻车钻凿平行孔的宽度范围大，达5.3m，比钻臂尺寸相同的其他钻车都大。第
10、一台Mercury 1 LC10钻车准备配备Hydrastar 300L或Hydrastar 350L型凿岩机，两种型号凿岩机所用钎杆为R38或T38型。Hydrastar 300L型凿岩机重145kg，输出功率为1216kW，Hydrastar 350L型重155kg，输出功率为1418kW。钻车动力源为Deuts柴油，Mercury 1 LC10也具有其他钻车的一般功能，如：炮孔冲洗，液压支腿稳车功能、照明、防爆、除尘和电子测斜。Tamrock Secoma的这两台钻车，操纵位置上方有安全棚，棚顶高度可随巷道高度调节，棚顶高度的调节由液压缸伸缩来完成。最低高度为2m(标准高度为2.75m)
11、。同类型的其他钻车钻凿时须用一根电缆线来远距离控制，而Mercury钻车的操作人员在驾驶台就可全面监视凿岩情况。Tamrock Secoma公司的Quasar钻车据说是目前市场上配液压凿岩机的最小钻车。Quasar 1 L钻车只有1.6m宽，1.65m高，可以在小到2.4m2.4m，大到5.6m4.6m的巷道内钻凿，它的重量虽只有7.5t，而输出的冲击功率为1618kW，钻凿的孔径为5276mm。5其它产品在大力研制新型钻车的同时，有些公司把研究的重点放在了其他钻凿设备上，加拿大Cubex公司(该公司与美国得克萨斯Svedala Reedrill公司合作在进行一项大胆的尝试)对ITH凿岩作了许
12、多改进。该公司的Mauro Dobran先生曾在世界采矿设备上说，他们过去几年来一直在致力于ITH小孔径的开采凿岩工艺研究，而且利用这些研究成果钻出了89mm炮孔，这一尺寸比以前的炮孔尺寸都要小。普通钻车是以前钻凿小炮孔的唯一一种设备。当岩石的孔隙或断层较多时，用普通凿岩机钻出的孔的偏差很大，ITH凿岩工艺在这种岩石中钻出的孔偏差小。Cubex公司还用这种工艺钻凿向上孔。Dobran先生说：“这对我们是新的尝试”。安装了ITH凿岩机的Cubex 5200和Cubex 6200钻车可钻凿89mm、深30.536.6m的炮孔，它们已经在加拿大的几个金矿和铜矿中使用。Cubex钻车不限于使用ITH开
13、采凿岩，还与SvedalaReedrill公司合作使用Gardner Denver凿岩机进行深孔钻凿。这个合作项目已经进行了12个月，目前处于完善阶段。两个公司深信该项目将会使凿岩技术有重大进展。6多功能设备针对用户希望设备不仅高效而且能一机多用的想法，设计出了2000DL凿岩/装载一体化设备。2000DL坚固耐用，能在很差的环境下工作，装配或维修拆卸快速简便。该机钻臂部分可使凿岩机钻凿顶面、侧面和地面(包括正面)。钻孔时，它的铲斗可以增强机器的稳定性。如果需要的话，可在一分钟内把钻臂收拢起来，使铲斗灵活动作。目前已有一台2000DL凿岩/装载一体机在英国的ClevelandPotash矿进行
14、巷道掘进，它的优点是得到的巷道壁比较整齐，减少了超挖或欠挖量。因为2000DL钻凿/装载一体机是将原本分开的钻孔、装载功能合二为一，设备体积大，因而设备运转的灵活性就显得比较重要。由于功能多，2000DL的生产效率赶不上单一钻孔功能的钻车。但这种设备在矿脉狭小矿区及机械化程度低的矿区是非常适用的。有了2000DL可以使矿业公司不需购买其它新型采掘设备就能提高生产率。7小型钻车的应用有些矿区受巷道空间的限制，无法使用大型设备。针对这种情况，Smith公司在气动钻车的基础上设计出了LHU型钻车。这种设备不算很先进，但它作为多功能深孔钻车可钻凿孔径4889mm的孔(它还可打顶部锚杆孔，进行隧道挖掘)
15、。它是一种电液控制的钻车，配备的AP750型凿岩机也是Smith公司设计的，当系统压力达到16MPa时，凿岩机输出的冲击功率为16kW。这种凿岩机结构紧凑坚固，易于维修，可进行深孔钻凿。凿岩机所用钎尾长0.4m，钻车钻臂可摆动360，可钻凿的炮孔的最大平行距离为1.5m，推进器倾斜角度为向下5，向上60。一名操作人员控制钻车，控制位置上方有安全顶棚保护操作人员安全，钻车重4.5t，靠三个胶轮行走。钻车上可放出100m电缆，短距离可自行移动，长距离移动时由装载车拖动。8先进设备输出功率/机重比率高是Boart Longyear公司BLHD165凿岩机的一个特色，所用的新型耐磨C1球齿钎头使生产的
16、效率更高。BLHD165是一种先进的液压凿岩机，其钻孔方式为冲击回转式，冲击频率可以调节，凿岩机因而保持高效。BoartLongyear公司说该凿岩机通过调节冲击频率达到在不同地质条件下凿孔的最佳效果。凿岩机上有一个减震器，降低了结构中应力波的反射。凿岩机总重165kg，工作压力20MPa，活塞冲程时系统流量为120L/min，冲击功率15kW，凿岩机钎尾联接套根据需要可选用不同的螺纹尺寸，最大可达到内径51mm，成孔的最大直径127mm。凿岩机上增设了一个反冲活塞，转钎部分可配用六种不同型号的马达。这样使BLHD165型凿岩机的适用范围很广。BLHD165在南非使用后效果非常好，Boart
17、Longyear公司认为这种凿岩机一定能打开欧洲和北美市场。为了扩大影响，过去的几个月，他们的这种机型在许多产品博览会上亮相。值得注意的是，目前一些矿业公司从某个主要的钻车生产厂买来钻车，然后从别的生产厂商那里买来凿岩机配套在该钻车上。矿业公司如有几台凿岩机，使用后认为满意，就不会再选择其他的产品。此外，这些矿须与凿岩机生产商达成协议，以保证有充足的备用件，不至于因无备件而拆别的设备。这方面的一个例子是Boart Longyear公司。它生产的凿岩机被装备在许多型号的钻车上。BLHD165凿岩机的适用范围非常广，可装备到许多厂商的钻车上，因而受到用户的青睐。BoartLongyear公司不断开
18、发硬质合金钎头的种类，在通用的T6系列钎头基础上，计划开发新型C1球齿钎头系列。通过对钎头尺寸结构和冲洗孔布置形式进行更加深入的研究，以提高球齿的性能，同时找出提高碳化钨球齿耐磨性的新途径。该公司说已经开发出了用于硬岩的钎头，这项技术原来是用于金刚石岩心钻头的。其原理是将WCCo微粒扩散到较软且韧性好的WCCo基体中。这样由于添加了少量高硬度的WCCo微粒，大大提高了钎头的抗磨损能力，同时对钎头的韧性影响很小。在某些地质条件下，抗磨损能力可提高60%，一个钎头就能凿出一个完整的爆破面，中途无须更换钎头，既提高了凿孔效率又保证了凿孔质量。通常重复破碎占整个凿孔消耗费用的30%，因而耐磨球齿不仅仅
19、提高钎头寿命，而且大大降低了生产成本。在澳大利亚、中欧、北美、斯坎德纳维亚、南非的各种硬岩和地质条件不同的隧道中，C1球齿钎头进行了广泛的试验。目前，Boart Longyear公司在加快该钎头的推广，不久，在硬岩开采中，C1球齿钎头将替代T6型成为主流产品。9液压设备Sandvik公司推出的Wassara液压凿岩设备在加拿大的Louvicourt矿与普通气动凿岩设备进行了比较性试验。这是一次主要的改进，因为这以前，该液压凿岩设备从未在欧洲以外地区(甚至可能是LKAB以外的地区)的开采凿岩中运用过。三个月的试验是由加拿大矿产与能源技术中心、加拿大自然资源部和Louvicourt矿联合主持完成的。此项活动由GDrill公司(Wassara凿岩机的生产商)和一些对此感兴趣的公司(如：Aur Resources，Cambior，Placer Dom，HydroQuebec)发起的。试验共进行了6000m的钻凿，主要比较凿岩机的生产效率，成孔的直线度，能耗，操作的舒适程度。试验表明，Wassara液压设备在井下开采凿岩中的应用范围较广。李波译自WorldMiningEquipmentOctober1997：1418张兵校