Boomer 281鑿巖臺車在紫金山金銅礦的應用

劉溫泉

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司紫金山金銅礦)

·材料·裝備·

Boomer 281鑿巖臺車在紫金山金銅礦的應用

劉溫泉

(紫金礦業(yè)集團股份有限公司紫金山金銅礦)

某礦原采掘設備比較落后，作業(yè)人員勞動強度大，環(huán)境空氣質(zhì)量差，掘進效率低下，安全得不到很好保障，為此引進新型的液壓鑿巖臺車、撬錨臺車等高效智能的無軌采掘設備，打造安全高效的現(xiàn)代化礦山。以某礦深部開拓巷道作為Boomer 281單臂掘進鑿巖臺車作業(yè)點，利用鑿巖臺車掘進速度快、鉆孔精確度高、施工安全性高等優(yōu)點，縮短掘進循環(huán)的鑿巖和輔助作業(yè)時間，提高效率，節(jié)約成本，降低勞動強度，保證礦山的高效安全生產(chǎn)，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

鑿巖臺車 爆破數(shù)據(jù) 掏槽方式 成本分析

紫金山金銅礦目前正處在“金退銅進”的重要轉(zhuǎn)型期，地下開采銅礦資源將逐步取代露采，而地下開采巷道掘進采用YT型氣腿式鑿巖機，效率低下，作業(yè)人員勞動強度大，為此，2014年礦山引進了Atlas Copco Boomer 281單臂掘進鑿巖臺車，使井下采掘設備的配置更加合理。為了充分應用臺車，礦山特別成立了采掘隊，做好了設備到位后的人員培訓、爆破設計等各項前期準備工作。鑿巖臺車在掘進中能夠提高巷道成型，減少圍巖損傷和松動，減少安全隱患，為打造本質(zhì)安全型現(xiàn)代化礦山奠定基礎。

1 工程概況

銅礦資源綜合利用深部5 000 t/d項目主要是開采紫金山+100～-100 m礦體，深部Ⅺ銅礦帶位于銅金礦區(qū)西北礦段0#礦帶下盤，為大型銅礦床。礦床工程地質(zhì)條件屬堅硬-半堅硬塊狀巖類為主、局部夾薄層軟弱巖石的簡單類型。+100～-100 m 銅礦床主要埋藏于潛水面以下的原生帶中，裂隙發(fā)育程度較弱。銅礦體與頂?shù)装鍑鷰r性質(zhì)相同；礦巖穩(wěn)定性好，抗壓強度高。礦石自然類型主要為原生礦，不結塊，不自燃。巖石硬度系數(shù)f=8～10，個別地段達到10以上。

鑿巖臺車主要作業(yè)地點為深部-50 m中段，掘進巷道斷面為1/3三心拱，4 m×3.8 m，斷面面積為14.47 m2。掘進21#礦房鑿巖硐室，正北方向為正坡掘進，坡度為2.89%，正南方向為負坡掘進，坡度為-1%。

2 臺車特性概述

(1)鑿巖臺車單循環(huán)進度快，鉆孔進尺最大達3.4 m，提供了較為先進的性能技術支撐[1]，同時臺車可以根據(jù)不同的巖石性質(zhì)，通過調(diào)節(jié)液壓鑿巖控制系統(tǒng)參數(shù)，使鑿巖機的扭矩、釬桿轉(zhuǎn)速、沖擊壓力以及推進力等達到最佳鑿巖性能。

(2)安全性能高,鑿巖臺車操作室具有可自由升降的防護棚，操作人員在防護棚下操作較為安全，操作室距巷道掌子面有約5 m的安全距離，且視線好，易在鑿巖過程中觀察圍巖的變化情況，從硬件上和機械設計上增加了操作人員的安全系數(shù)[2]。

(3)臺車采用柴油-電力驅(qū)動，行駛過程中由柴油機驅(qū)動液壓傳動裝置，在100 m范圍內(nèi)可自由控制電纜長度；鑿巖時，由電動機驅(qū)動液壓泵，提供工作油壓。液壓鑿巖機能量利用率高，輸出功率大，噪音小，工作面廢氣污染小。

(4)臺車采用液壓系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性可靠，特別是在沖擊、回轉(zhuǎn)、推進回路中應用了防卡閥，從而可達到最佳的鑿巖性能。Boomer 281鑿巖臺車主要性能參數(shù)見表1。

表1 Boomer 281鑿巖臺車主要性能參數(shù)

3 鑿巖爆破設計

3.1 掏槽方式

根據(jù)巷道的圍巖條件，選擇平行空孔直線桶形掏槽方式，平行空孔直線掏槽孔均垂直工作面，且相互平行，其中幾個不裝藥的空孔作為輔助自由面和破碎巖石的補償空間[3]。直孔掏槽具有炮孔利用率高、破碎塊度均勻、鉆孔方便、準確率高以及適用于不同巖性的優(yōu)點。

桶形掏槽采用4個φ76 mm空氣補償孔，1個裝藥炮孔，按照0.69的碎脹系數(shù)計算可滿足爆破后巖石破碎的碎脹要求。裝藥炮孔直徑為42 mm，4個空氣補償孔均勻布置在裝藥炮眼周圍[4]，間距為150 mm；2#炮眼間距為339 mm，距1#中心眼240 mm；3#擴槽孔距離中心眼417 mm，孔間距為590 mm。掏槽孔布置見圖1。

圖1 掏槽孔布置(單位：mm)

3.2 炮孔布置

炮孔數(shù)目與掘進斷面、巖石性質(zhì)、炮孔直徑、炮孔深度和炸藥性能等因素有關[5]。確定炮孔數(shù)目的基本原則是在保證爆破效果的前提下，盡可能減少炮孔數(shù)目，理論計算公式如下：

(1)

式中，N為炮孔數(shù)目，個；f為巖石堅固性系數(shù)，取10；S巷道掘進斷面面積，14.04 m2。

計算得出裝藥炮孔數(shù)為43個。

炮孔布置見圖2。

圖2 炮孔布置(單位：mm)

3.3 爆破器材

采用膨化硝銨炸藥及乳化炸藥。膨化硝銨炸藥藥卷直徑為32 mm，長200 mm，150 g/卷；乳化炸藥藥卷直徑為32 mm，長200 mm，200 g/卷；雷管采用半秒延塑料導爆管雷管，段位為1～10段；起爆電源為高能脈沖起爆器。起爆順序及段別見表2，炮孔參數(shù)及裝藥量見表3。

表2 起爆順序及段別

表3 炮孔參數(shù)及裝藥量

4 鑿巖臺車掘進爆破數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

4.1 鑿巖臺車效率

鑿巖臺車鉆鑿速度較快，按回轉(zhuǎn)→推進→沖擊的操作順序鑿巖時，施工3.4 m的平均用時為150 s,即純鑿巖速度為1.6 m/min，是普通人工YT型氣腿式鑿巖機0.16 m/min的10倍；按底眼→周邊眼→1#中心眼→空氣補償孔→掏槽眼→輔助眼的順序施工，掘進全斷面平均總用時為3.4 h，比普通人工鑿巖一排炮孔快35%～40%，并且隨著操作人員對鑿巖臺車性能的熟悉和操作水平的提高，鑿巖速度仍會進一步加快。

4.2 實際施工進度

正式投入使用17 d，共計34排炮孔，其中中段停電2個班次，補炮孔4個班次，臺車掘進全斷面班次為28排炮孔，單班平均鑿巖時間為3.4 h，平均鑿巖進尺為81 m，掘進方量為1 137.24 m3，炮眼利用率均在85.8%以上，鑿巖與爆破效果較好。

4.3 巷道成型

鑿巖臺車的鉆孔精確度可保證掌子面炮孔的平、直、準、齊，每個炮孔質(zhì)量較人工鑿巖有明顯地提高，特別是保證了巷道頂板的平整度與穩(wěn)定性，降低了頂板臨噴、掛錨網(wǎng)的難度，提高了巷道成型的質(zhì)量，減少了巷道的片幫與冒落的概率，在一定意義上節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4.4 材料消耗及施工成本

由于巷道的堅固性系數(shù)較大，鑿巖臺車的鉆頭磨損度高，致使平均一排炮孔需要更換一個鉆頭，鉆頭消耗量較大；巷道底板凹凸不平，在施工底眼時，臺車前臂上的液壓油管與底板摩擦，導致油管破裂的幾率增加；鑿巖臺車屬于先進設備，要求司機具有比較高的操作水平，人工費用較高；巷道巖石堅固性系數(shù)較高，也是造成火工品成本較高的主要原因；井下開采銅礦使得鑿巖臺車用水含酸性，具有強腐蝕性，造成水封消耗過大；鑿巖臺車的COP 1838型液壓鑿巖機的沖擊頻率與振動大，使連接在鑿巖機上的釬尾與膠套在長時間的振動下造成損壞。具體指標見表4～表6。

表4 鑿巖爆破指標完成情況

表5 主要材料消耗情況

表6 施工成本分析

5 施工要求與保障措施

(1)保證掏槽眼及空氣補償孔的施工質(zhì)量。掏槽眼及空氣補償孔的施工質(zhì)量直接決定了整排炮孔的爆破成功率，由于掏槽眼與空氣補償孔的間距較小，必須充分利用臺車精確定位功能，不得過分扭動大小臂，保證掏槽眼位置及角度的精確性。

(2)保證巷道施工質(zhì)量。施工前必須將上一排炮孔爆破后留在底板上的殘渣用挖掘機排除干凈，確保迎頭面5 m以內(nèi)的距離均為實底，以保證臺車施工底眼時的精確度，另外嚴格按照中腰線標準進行布眼施工，提高巷道成型質(zhì)量。

(3)保證單班可施工多個作業(yè)面是滿足鑿巖臺車快速掘進，提高設備利用率的關鍵。為此，必須做好多個工作面的勞動組織與現(xiàn)場施工管理工作，從而減少設備閑置及鑿巖輔助作業(yè)時間。

(4)加強臺車的維護與保養(yǎng)工作。對鑿巖臺車進行日檢、周檢、月檢，按規(guī)定時間進行強制性集中維修保養(yǎng)[2]，完善《鑿巖臺車操作維護檢修規(guī)程》、《鑿巖臺車操作保養(yǎng)考核細則》等，同時組建專門的臺車維修服務隊，加強配件采購管理，以保證臺車充分發(fā)揮性能，減少故障率，確保施工進度。

6 結 語

Boomer 281鑿巖臺車的應用提高了巷道施工的工程質(zhì)量，減少圍巖的爆破破壞，改善了鑿巖司機的作業(yè)條件，減輕了工人的勞動強度，提高了操作工的操作技能與維修技能，為高效現(xiàn)代設備在紫金山金銅礦的應用提供了寶貴的經(jīng)驗，對公司的長遠發(fā)展將產(chǎn)生深遠的意義。同時，以液壓式鑿巖臺車為核心設備的大斷面掘進工藝必將推動礦山現(xiàn)代化進步。

[1] 王運敏.中國采礦設備手冊[M].北京，科學出版社，2007.

[2] 梁戰(zhàn)金.復雜地質(zhì)條件下液壓鑿巖臺車快速掘進技術[J].山西建筑，2010，36(21)：308-309.

[3] 王明林.鑿巖爆破[M].沈陽.東北大學出版社，1991.

[4] 陳鵬剛，孫福森.李樓鐵礦硬巖巷道掘進實踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(4)：101-102.

[5] 楊小林.地下工程掘進與采礦爆破[M].北京.冶金工業(yè)出版社，1999.

Application of Boomer 281 Drilling Jumbo in Zijinshan Gold-Copper Mine

Liu Wenquan

(Zijinshan Gold-Copper Mine, Zijin Mining Group Co., Ltd.)

Due to the disadvantages of relative backwardness of original mining equipments, high labor intensity of workers, poor quality of air around, low tunneling efficiency and low safety in a mine, the efficient and intelligent trackless mining equipments such as the new type hydraulic drilling jumbo and anchor car are adopted to conduct the construction of safety and high efficiency modern mine. The deep development roadway is taken as the operation point of Boomer 281 one-armed tunneling drilling jumbo, based on the advantages of high tunneling velocity, high drilling precision and construction safety of the drilling jumbo, the drilling time and auxiliary operation time of driving circulation are shortened, the drilling efficiency is improved, the cost is reduced, the labor intensity is lowered, therefore, the safety and high efficiency mining production can be ensured and the significant economic benefits and social benefits can be obtained.

Drilling jumbo, Blasting data, Cutting method, Cost analysis

2015-05-06)

劉溫泉(1985—)，男，助理工程師，364200 福建省上杭縣臨江鎮(zhèn)人民路163號。