液壓鑿巖臺(tái)車在敦德礦業(yè)公司的應(yīng)用

趙 新

(新疆八鋼礦業(yè)資源有限公司)

引 言

近年來(lái)，隨著資源需求量的增加及安全要求和環(huán)保意識(shí)的提升，鑿巖臺(tái)車作為井巷鉆爆掘進(jìn)時(shí)鉆鑿炮孔和錨桿孔的大型機(jī)械化掘進(jìn)設(shè)備，已在各地下金屬礦山得到廣泛應(yīng)用[1-4]。魯愛(ài)輝等[5]通過(guò)與傳統(tǒng)鑿巖設(shè)備對(duì)比，驗(yàn)證了鑿巖臺(tái)車在大型基建期礦山使用的必要性。熊曉晨等[6-7]對(duì)液壓鑿巖臺(tái)車的鑿巖爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，改善了實(shí)際鑿巖的施工效率及安全性。郭生茂等[8]在堅(jiān)硬礦巖條件下對(duì)鑿巖臺(tái)車鉆鑿性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明該鑿巖臺(tái)車滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

鑿巖臺(tái)車在鉆孔效率、精準(zhǔn)度及安全環(huán)保等方面表現(xiàn)突出。其中，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)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(jìn)中均得到實(shí)踐，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文闡述了BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車的特性，并結(jié)合該鑿巖設(shè)備在巴州敦德礦業(yè)有限責(zé)任公司(下稱“敦德礦業(yè)公司”)的應(yīng)用進(jìn)行分析，為類似礦山鑿巖設(shè)備的選型提供有效參考。

1 工程背景

敦德礦業(yè)公司地處中天山南麓，礦區(qū)海拔3 568～4 000 m，屬高寒高海拔環(huán)境。礦體賦存于灰綠色矽卡巖、大理巖中，巖體完整性及穩(wěn)定性較好，結(jié)構(gòu)面規(guī)模不大，裂隙呈緊閉狀態(tài)，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?yàn)橹?，傾角多數(shù)在55°～80°，平均厚度102.76 m。礦山采用無(wú)底柱分段崩落采礦法開(kāi)采，一期生產(chǎn)規(guī)模150萬(wàn)t/a，年掘進(jìn)量約6 000 m，前期采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)，以人工鑿巖方式進(jìn)行巷道掘進(jìn)。由于礦區(qū)海拔高，含氧量全年不超過(guò)20 %，礦巖硬度較高，存在人工鑿巖體力勞動(dòng)繁重，掘進(jìn)效率低等問(wèn)題，并且作業(yè)人員長(zhǎng)期暴露在采場(chǎng)巖體下作業(yè)，粉塵危害大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

2 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車的應(yīng)用

2.1 鑿巖臺(tái)車特性

為適應(yīng)智慧制造發(fā)展規(guī)劃，提高本質(zhì)安全系數(shù)，改善井下作業(yè)環(huán)境，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，敦德礦業(yè)公司于2017年引入BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車。該設(shè)備長(zhǎng)8.6～11.0 m，寬1.65 m，高2.1 m(頂棚升至最高時(shí)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(dòng)機(jī)，額定電壓380 V，工作頻率50 Hz，其他性能參數(shù)如表1所示[10]，鑿巖臺(tái)車施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

表1 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車性能參數(shù)

圖1 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車施工現(xiàn)場(chǎng)

此外，通過(guò)應(yīng)用BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車在井下進(jìn)行鑿巖作業(yè)，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)車身矮小，結(jié)構(gòu)緊湊;設(shè)備寬度窄，轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性較高，非常適合地下礦山采掘作業(yè)。

2)設(shè)備性能先進(jìn)，在中硬巖石條件下的純鑿巖速度為2.5 m/min。同時(shí)，可以根據(jù)不同的巖石性質(zhì)，調(diào)節(jié)液壓鑿巖控制系統(tǒng)參數(shù)，使鑿巖臺(tái)車的扭矩、釬桿轉(zhuǎn)速、沖擊功率及推進(jìn)力等參數(shù)達(dá)到最佳匹配。

3)BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車采用柴油-電力混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。行駛過(guò)程中由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓傳動(dòng)裝置，工作時(shí)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，提供設(shè)備所需的工作油壓。該鑿巖臺(tái)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(tái)車的操作及自動(dòng)控制均為液壓控制，性能穩(wěn)定可靠，特別是在沖擊、回轉(zhuǎn)、推進(jìn)回路中應(yīng)用防卡閥，使鑿巖性能達(dá)到最佳。

2.2 鑿巖臺(tái)車應(yīng)用情況

BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車在敦德礦業(yè)公司主要用于鉆孔，為巷道掘進(jìn)提供合適條件。以3 850 m 中段采礦進(jìn)路掘進(jìn)為例，進(jìn)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(tái)車單班掘進(jìn)2個(gè)工作面，每個(gè)工作面作業(yè)時(shí)間約4 h。目前，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車掘進(jìn)該進(jìn)路時(shí)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(chǎn)需求。根據(jù)敦德礦業(yè)公司近幾年在3 850 m中段各分層的作業(yè)情況統(tǒng)計(jì)，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車具體鑿巖能力如表2所示。

表2 BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖能力

通過(guò)對(duì)BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖能力統(tǒng)計(jì)，可以得出下列結(jié)論：

1)BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車純鑿巖速度較快，在使用初期，3.5 m炮孔純鑿巖時(shí)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(duì)工作參數(shù)的不斷優(yōu)化，操作工人對(duì)鑿巖臺(tái)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(shí)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(shí)間內(nèi)掘進(jìn)長(zhǎng)度較短。

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

4)為保持BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車良好的工作狀態(tài)，必須加強(qiáng)日常保養(yǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每次循環(huán)鑿巖前的檢查約1 h，鑿巖結(jié)束后的清洗等約30 min。為提高使用效率，應(yīng)盡量增加一次鑿巖量。但由于3 850 m中段各分層內(nèi)作業(yè)面分布較廣，作業(yè)面集中度不夠，設(shè)備移位行走時(shí)間較長(zhǎng)，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車效率沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。

2.3 機(jī)械鑿巖與人工鑿巖施工效率對(duì)比

敦德礦業(yè)公司前期采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)進(jìn)行人工鑿巖，鉆機(jī)鉆桿長(zhǎng)度為3 m，每次爆破2.5～2.8 m，每個(gè)工作面作業(yè)時(shí)間約7 h，鑿巖效率較低，無(wú)法滿足后續(xù)開(kāi)采需求。以3 850 m中段采礦進(jìn)路掘進(jìn)為例，將機(jī)械鑿巖與人工鑿巖施工效率進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

表3 機(jī)械鑿巖與人工鑿巖施工效率對(duì)比

根據(jù)表3中機(jī)械鑿巖與人工鑿巖施工效率的對(duì)比，可以得出如下結(jié)論：

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

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

3)敦德礦業(yè)公司現(xiàn)行炸藥單價(jià)12.7元/kg，雷管28.83元/發(fā)，按全年掘進(jìn)巷道108 360 m3計(jì)算，人工鑿巖時(shí)火工品費(fèi)用930萬(wàn)元/a，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖時(shí)火工品費(fèi)用893萬(wàn)元/a，可節(jié)省鑿巖費(fèi)用37萬(wàn)元/a。

4)敦德礦業(yè)公司全年作業(yè)天數(shù)為300 d，巷道掘進(jìn)量6 000 m，人工鑿巖每天掘進(jìn)9個(gè)作業(yè)面，作業(yè)人員36人；BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車每天掘進(jìn)8個(gè)作業(yè)面，所需車輛4臺(tái)，作業(yè)人員8人；BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖較人工鑿巖減少作業(yè)人員28人。

在目前敦德礦業(yè)公司井下單班作業(yè)條件下，BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖與人工鑿巖相比，在掘進(jìn)效率、人員精簡(jiǎn)上均具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，消除了YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖過(guò)程中高壓風(fēng)可能對(duì)作業(yè)人員造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)，減輕了設(shè)備振動(dòng)對(duì)作業(yè)人員身體的傷害。利用BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖時(shí)，作業(yè)人員在防護(hù)棚下作業(yè)，避免了直接暴露在采場(chǎng)巖體下，安全生產(chǎn)得到了更加有效的保證，且使用機(jī)械鑿巖能夠有效改善通風(fēng)質(zhì)量，減少作業(yè)面粉塵、消除水霧、減少噪聲，改善了作業(yè)環(huán)境，從而降低從業(yè)人員患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車采用混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，減少了井下廢氣的排放，并可根據(jù)礦巖實(shí)際情況調(diào)整設(shè)備參數(shù)，靈活性較高，其具備的液壓控制系統(tǒng)使設(shè)備鑿巖性能達(dá)到最佳。敦德礦業(yè)公司自2017年采用BOOMER-281型單臂液壓鑿巖臺(tái)車鑿巖代替人工鑿巖后，井下巷道掘進(jìn)效率提高了35 %，減少作業(yè)人員28人，人員勞動(dòng)效率提高了300 %，節(jié)約鑿巖火工品費(fèi)用37萬(wàn)元/a。此外，機(jī)械鑿巖減少了作業(yè)面粉塵、消除了水霧、減少了機(jī)械噪聲，有效改善了井下作業(yè)環(huán)境，且避免了鑿巖人員直接暴露在采場(chǎng)巖體下，提高了鑿巖作業(yè)的安全性，降低了從業(yè)人員患職業(yè)病的風(fēng)險(xiǎn)，為同類型礦山設(shè)備選型、應(yīng)用提供參考。