某地下金屬礦山生產(chǎn)能力與采礦鑿巖作業(yè)的關(guān)系研究

張國(guó)強(qiáng) 徐志宏 吳立活

（1.五礦礦業(yè)控股有限公司，安徽合肥234000；2.《金屬礦山》雜志社，安徽馬鞍山 243004）

金屬地下礦山生產(chǎn)能力（以下簡(jiǎn)稱(chēng)礦山生產(chǎn)能力）是礦山企業(yè)的一項(xiàng)重要生產(chǎn)指標(biāo)［1］，是反映礦山生產(chǎn)規(guī)模大小的重要標(biāo)志，是礦山首先要解決的重要問(wèn)題。金屬地下礦山采礦鑿巖作業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鑿巖作業(yè)）是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，鑿巖作業(yè)進(jìn)度、精度、開(kāi)孔偏差、終孔位置偏斜誤差等參數(shù)是影響后續(xù)爆破作業(yè)后礦石塊度是否均勻和礦塊二次爆破作業(yè)頻次的關(guān)鍵因素，對(duì)提高礦山生產(chǎn)能力至關(guān)重要。礦山管理人員利用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)并多次進(jìn)行相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究影響生產(chǎn)能力的關(guān)鍵因素，探索提升礦山生產(chǎn)能力的有效途徑。

1 傳統(tǒng)鑿巖設(shè)備介紹

某地下金屬礦山鑿巖作業(yè)最初采用YGZ90鉆機(jī)，該鉆機(jī)鉆頭直徑60 mm，可施工鉆孔直徑64 mm［2］。該鉆機(jī)施工10 m以下鉆孔，效率較高。施工10～15 m鉆孔時(shí)，裝、卸釬桿均為人工，鑿巖作業(yè)效率開(kāi)始下降。當(dāng)鑿巖作業(yè)的深度＞15 m時(shí)，YGZ90鉆機(jī)出現(xiàn)鑿巖作業(yè)進(jìn)度慢、鑿巖作業(yè)精度差、出現(xiàn)鉆桿彎曲現(xiàn)象、鉆頭消耗增加、設(shè)備故障多；爆破作業(yè)后礦石塊度不均勻、礦塊二次爆破作業(yè)頻度多等弊端，嚴(yán)重影響礦山生產(chǎn)能力的提高。

2 礦山生產(chǎn)能力的初步提升

2.1 生產(chǎn)能力初步提升前存在的問(wèn)題

該礦山原設(shè)計(jì)礦石年生產(chǎn)能力為100萬(wàn)t，采用分段高度為10 m，進(jìn)路間距為10 m，由于YGZ90鉆機(jī)施工10～15 m以上深鉆孔時(shí)，出現(xiàn)了鑿巖作業(yè)進(jìn)度慢、開(kāi)孔位置誤差大、鉆桿彎曲導(dǎo)致終孔位置偏斜增大、鉆頭消耗增加、設(shè)備故障多等問(wèn)題；爆破后也出現(xiàn)礦石塊度不均勻、礦塊二次爆破作業(yè)頻度多等問(wèn)題；二次爆破對(duì)巷道的破壞而修復(fù)的成本，二次爆破材料的成本都增加了采礦作業(yè)成本，礦石年生產(chǎn)能力只能達(dá)到80萬(wàn)t左右，無(wú)法達(dá)到礦山年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力100萬(wàn)t的規(guī)模。

2.2 生產(chǎn)能力初步提升采取的對(duì)策

為了進(jìn)一步發(fā)揮礦山規(guī)模效益，初步提升礦山生產(chǎn)能力，針對(duì)YGZ90鉆機(jī)施工10～15 m以上鉆孔時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，決定引進(jìn)動(dòng)力更強(qiáng)大的QZG 80A潛孔鉆機(jī)。由于鑿巖動(dòng)力增加，初步解決了鑿巖進(jìn)度慢、鉆頭消耗增多的問(wèn)題；鉆孔直徑增加后，鉆桿直徑也加粗，這樣可以使開(kāi)孔、終孔偏斜變小，使二次爆破后礦石塊度不均勻、礦塊二次爆破作業(yè)頻度多等問(wèn)題也得到初步控制，礦山年生產(chǎn)能力可以達(dá)到200萬(wàn)t左右。

3 礦山生產(chǎn)能力大幅提升

3.1 生產(chǎn)能力大幅提升前存在的問(wèn)題

但QZG 80A潛孔鉆機(jī)施工深度＞25 m的鉆孔時(shí)，出現(xiàn)了鑿巖作業(yè)進(jìn)度明顯變慢，鉆桿長(zhǎng)度＞25 m后鉆桿彎曲度增加，終孔位置偏斜變大，鉆機(jī)的故障率變大，鑿巖效率變低等問(wèn)題；＞25 m以上礦塊爆破作業(yè)后仍出現(xiàn)礦石塊度大小不一、二次爆破作業(yè)頻度增加的問(wèn)題，使礦山年生產(chǎn)能力局限在200萬(wàn)t/a左右而無(wú)法大幅度提高。

3.2 生產(chǎn)能力大幅提升采取的對(duì)策

為了進(jìn)一步發(fā)揮礦山規(guī)模效益，大幅度提升礦山生產(chǎn)能力，采用分段高度為15 m，進(jìn)路間距為15 m大結(jié)構(gòu)參數(shù)礦塊。針對(duì)QZG 80A潛孔鉆機(jī)施工＞25 m時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，引進(jìn)瑞典Atlas Cop（阿特拉斯公司）的先進(jìn)采礦鑿巖臺(tái)車(chē)SIMBAH1354，國(guó)外礦山年生產(chǎn)能力500萬(wàn)t左右的金屬地下礦山多配備該鑿巖臺(tái)車(chē)［3］；該采礦鑿巖臺(tái)車(chē)長(zhǎng)×寬×高=8 495 mm×2 430 mm×3 110 mm，旋轉(zhuǎn)角范圍為 0°～360°，俯仰角范圍為-180°～+180°，鑿巖中心為1.82 m，釬桿庫(kù)可容27根釬桿（一般不裝滿），單釬桿長(zhǎng)1.52 m［4-5］。該鑿巖臺(tái)車(chē)的參數(shù)指標(biāo)較前述設(shè)備均有較大改善，該臺(tái)車(chē)剛試驗(yàn)時(shí)，由于體積較大，加上剛開(kāi)始操作人員操作不熟練，臺(tái)車(chē)移動(dòng)困難，浪費(fèi)了作業(yè)時(shí)間，無(wú)形中降低了作業(yè)效率；但該臺(tái)車(chē)鑿巖速度是QZG80A潛孔鉆機(jī)的3～4倍，鑿巖作業(yè)效率高，裝、卸釬桿均為機(jī)械化，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，這方面受到了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的歡迎，為進(jìn)一步檢驗(yàn)使用效果，進(jìn)行了如下現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

從現(xiàn)場(chǎng)操作的實(shí)際情況來(lái)看（礦山生產(chǎn)能力與采礦鑿巖作業(yè)的關(guān)系見(jiàn)表1），該采礦鑿巖臺(tái)車(chē)在硬度較大的巖層中作業(yè)時(shí)，平均每米釬桿鉆進(jìn)所用時(shí)間100 s左右；在硬度較小的巖層中作業(yè)時(shí)，平均鉆進(jìn)每米釬桿所用時(shí)間40 s左右；換釬桿所用時(shí)間40 s左右，退釬桿所用時(shí)間50 s左右。而QZG 80潛孔鉆在硬度較大的巖層中作業(yè)時(shí)，平均每米釬桿鉆進(jìn)所用時(shí)間600 s，在硬度較小的巖層中作業(yè)時(shí)，平均每米釬桿鉆進(jìn)所用時(shí)間300 s，換、退釬桿時(shí)間是60 s，效率提高了6～7倍。隨著現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)采礦鑿巖臺(tái)車(chē)操作水平的逐步熟練，每班鉆孔作業(yè)量呈逐漸上升趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)能力（礦巖量）也穩(wěn)步提升；單班鉆孔最高產(chǎn)量實(shí)際可達(dá)到170 m，平均每班鉆孔作業(yè)量達(dá)到110 m左右，單臺(tái)采礦鑿巖臺(tái)車(chē)每月鉆孔產(chǎn)量可達(dá)110×3×30×0.8=7 920 m。每月對(duì)應(yīng)礦山生產(chǎn)能力（礦巖量）在63 360～97 920 t，生產(chǎn)能力（礦巖量）是QZG80潛孔鉆機(jī)的3～4倍。

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3.4 影響爆破作業(yè)效果的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和需要，對(duì)影響爆破作業(yè)效果的邊孔角和鉆孔排距進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。選取鉆孔邊孔角45°、50°、57°和排距1.5 m、1.7 m、1.9 m 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；試驗(yàn)結(jié)果顯示：邊孔角為50°、排距為1.7 m時(shí)，爆破作業(yè)后的大塊少，后排孔不易被堵，礦堆的流動(dòng)性好，爆破作業(yè)后的效果最好。其它角度和其它排距的大塊率和礦堆的流動(dòng)性都要差一些［8］。

3.5 采礦鑿巖臺(tái)車(chē)成本消耗的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

采礦鑿巖臺(tái)車(chē)自第1月井下開(kāi)始生產(chǎn)試驗(yàn)，至第5月試驗(yàn)基本完成，產(chǎn)量穩(wěn)定提高，單車(chē)產(chǎn)量達(dá)到8 231.67 m。臺(tái)車(chē)試驗(yàn)期間成本消耗數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，材料消耗主要包括工具、電纜、油品等，備品備件主要有鉆頭、鉆桿、釬尾等，采礦鑿巖臺(tái)車(chē)試驗(yàn)抽調(diào)6名職工進(jìn)行試驗(yàn)，每月發(fā)生人工費(fèi)12 000元［4-5］。

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由表2可以看出，第1月、第2月、第3月鉆孔成本費(fèi)偏高，第4月鉆孔成本費(fèi)28.08元/m，第5月鉆孔成本費(fèi)為27.02元/m，后2個(gè)月降到了定額水平。隨著職工操作熟練程度的提高，保養(yǎng)到位和維修技術(shù)的提高，鉆孔產(chǎn)量在逐步增大，相應(yīng)的操作人員、維修人員逐步減少，備件、材料消耗逐漸降低；鉆孔成本消耗逐漸降低。

3.6 試驗(yàn)期間出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

采礦鑿巖臺(tái)車(chē)下井后出現(xiàn)了一系列故障，其中最典型的是設(shè)備受潮后的電氣故障；該設(shè)備主要是電氣控制液壓元件執(zhí)行鉆孔的系列動(dòng)作，由于井下濕度較大且電氣元件受潮后工作極不穩(wěn)定，造成電氣元件故障，如機(jī)械手不能回到等待位置、夾釬器無(wú)動(dòng)作、無(wú)推進(jìn)無(wú)沖擊、鑿巖臺(tái)車(chē)無(wú)左右旋轉(zhuǎn)等。最嚴(yán)重的一次故障發(fā)生在第3月，由于頂板滴水到操作臺(tái)且無(wú)防護(hù)措施致使電纜內(nèi)部的1根插針折斷［4-5］；針對(duì)這一情況設(shè)備工程師積極與廠家溝通，綜合各方面意見(jiàn)決定在設(shè)備的配電箱及操縱臺(tái)等處放置可重復(fù)使用的硅膠干燥機(jī)，經(jīng)處理后此類(lèi)故障基本消失。

在試驗(yàn)第1月還發(fā)生了2次高壓蓄能器的損壞問(wèn)題，2次都是由于維修人員對(duì)該部位的原理、維護(hù)保養(yǎng)和檢查方法不明確且廠家沒(méi)有指導(dǎo)到位而致［4-5］；目前將該部位作為重點(diǎn)，每周保養(yǎng)2次，維修人員每班檢查。由于該設(shè)備在該地下礦山首次使用，沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)借鑒，備件消耗計(jì)劃不準(zhǔn)確，多數(shù)情況是遇到備件損壞了才按廠家建議臨時(shí)購(gòu)置，影響了設(shè)備的正常使用；通過(guò)使用一段時(shí)間后，摸索出使用該設(shè)備的一些規(guī)律，能夠針對(duì)性地訂購(gòu)備件，增加了備件消耗計(jì)劃的準(zhǔn)確性，減少了設(shè)備的故障停機(jī)率；針對(duì)進(jìn)口設(shè)備備件價(jià)格高、到貨周期長(zhǎng)的問(wèn)題，對(duì)一些易損、易耗備件進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)，選擇實(shí)力強(qiáng)、信譽(yù)好的周邊廠家作為長(zhǎng)期合作伙伴。

經(jīng)過(guò)5個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，操作人員已經(jīng)能夠熟練、正確地操作鑿巖臺(tái)車(chē)，作業(yè)效率也逐月上升，操作人員對(duì)設(shè)備的點(diǎn)檢及日常保養(yǎng)也比較到位；維修人員能夠根據(jù)設(shè)備故障現(xiàn)象及時(shí)準(zhǔn)確地確定故障原因，在日常的定期保養(yǎng)中對(duì)需保養(yǎng)部位做到了心中有數(shù)［4-5］；對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)的管理水平也有了明顯提高，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況、備件消耗、維修情況等都建立了設(shè)備臺(tái)帳，對(duì)鑿巖臺(tái)車(chē)的維護(hù)保養(yǎng)工作做到有據(jù)可依。

3.7 采礦鑿巖臺(tái)車(chē)改進(jìn)的方向

（1）采礦鑿巖臺(tái)車(chē)的備品備件多為進(jìn)口，價(jià)格昂貴，采購(gòu)周期長(zhǎng)，需向備品備件的國(guó)產(chǎn)化方向逐步改進(jìn)。

（2）如能在采礦鑿巖臺(tái)車(chē)操作系統(tǒng)增加一套能夠測(cè)量鉆孔孔深的裝置，在控制面板上相應(yīng)增加操作按鈕和顯示屏，做到現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)顯示鉆孔的深度、角度和鉆孔速率等指標(biāo)，則采礦鑿巖臺(tái)車(chē)的使用效果會(huì)更好。

（3）目前采礦鑿巖臺(tái)車(chē)的鉆孔角度定位仍沿用坡度規(guī)人工定位的老方法，鉆孔角度定位的自動(dòng)化和準(zhǔn)確性方面有待進(jìn)一步加以改進(jìn)。

4 結(jié) 論

（1）礦山鑿巖作業(yè)效率、鑿巖作業(yè)深度和鑿巖作業(yè)精度影響著爆破作業(yè)的質(zhì)量，進(jìn)一步影響礦山生產(chǎn)能力。

（2）為進(jìn)一步提高礦山生產(chǎn)能力，需要使用鑿巖作業(yè)效率高、鑿巖作業(yè)精度高、鑿巖作業(yè)施工孔深更深的高性能鑿巖設(shè)備，才能提高采礦爆破作業(yè)質(zhì)量，進(jìn)一步提高礦山生產(chǎn)能力。采礦鑿巖臺(tái)車(chē)的引進(jìn)在很大程度上提高了礦山生產(chǎn)能力，從而創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益，在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，鑿巖臺(tái)車(chē)的引進(jìn)將為礦山的高速發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。