某机械化矿山凿岩设备测试
2015-01-17郭生茂张海磊雷明礼顾新建严文炳柴衡山
郭生茂 张海磊 雷明礼 顾新建 严文炳 柴衡山
(1.西北矿冶研究院；2.上海交通大学机械与动力工程学院)
某机械化矿山凿岩设备测试
郭生茂1张海磊1雷明礼1顾新建2严文炳1柴衡山1
(1.西北矿冶研究院；2.上海交通大学机械与动力工程学院)
某特大型地下矿山采用无底柱分段崩落采矿法，凿岩设备选择国外全液压凿岩台车。为寻求凿岩台车的最佳的工况参数，在矿岩条件下对其凿岩性能进行测试。结果显示：无论是钻凿平行炮孔还是扇形炮孔，凿岩台车在开孔对位与耗时、退钎时间、钻孔速度及炮孔质量等主要技术参数上均符合要求，完全能够满足实际生产要求。
机械化开采 无底柱分段崩落法 凿岩台车 钻凿速度 炮孔质量
凿岩设备是矿山大规模机械化开采的重要组成部分[1-2]。无轨自行凿岩台车可精确钻凿出不同角度和孔位的炮孔，装长钎杆和多节钎杆钻凿深孔和大直径炮孔，提供最优的轴推力和大推力凿岩，并能远离工作面同时操作多台凿岩台车。但是，任何先进的凿岩设备对不同的岩层条件都有最佳工况参数的选择问题，如果不考虑岩层的物理力学性能，一味地追求凿岩速度，将各种参数调到最大值，可能会造成钻杆扭断、钻头损坏，反而影响凿岩效率。
我国西部某大型地下矿山主要采用无底柱分段崩落采矿法，凿岩设备选择国外某型号全液压凿岩台车。通过在该矿矿岩条件下对该型号凿岩台车进行钻凿平行炮孔、扇形炮孔测试，确定其最佳的工况参数[3]。
1 矿山矿岩条件
该矿区成矿地质条件好，主要产出火山沉积变质型矿床，其次有沉积变质、沉积和热液型矿床，计有铁、铜、金、煤及石灰石等十余个矿种。该矿矿体产于红山组浅色变钠质熔岩中，含矿围岩为浅色块状含磁铁变钠质熔岩、绿泥石化变钠质熔岩。
从物理力学性质测定结果看，矿岩多属坚硬-半坚硬岩类，抗压强度较高，稳固性较好。试验矿块矿石类型为赤铁矿，密度为3.54 g/cm3，含水量为0.07%，极限抗压强度为32～107 MPa，黏聚力为11.37 MPa，内摩擦角为45°。
2 凿岩台车简介
某型号凿岩台车是某世界著名的专业矿山设备公司生产的最新产品，具有凿岩效率高，钻孔质量好，自动化程度高和易于操作等诸多优点。该设备可自动接钎和退钎，具有高、中、低3个档位，可根据岩石的性能选择凿岩速度，钻机最大钻凿孔深55 m，孔径范围为55～110 mm，钻臂可实现360°旋转，在排面内可钻凿任何角度的深孔，性能优越。
3 凿岩台车性能测试
3.1 平行炮孔钻凿速度测试
测试地点选择在480 m分段3#矿块拉槽第42～45排，炮孔直径为80 mm，孔深25.8 m，倾角为90°，共测试18个钻孔。测试结果见表1。
表1 平行炮孔钻凿测试结果
注：机高1.8 m，钻机在中档位凿岩。
从表1可看出，在该矿矿岩条件下，该型号凿岩台车在0～6 m进尺实际钻凿平行炮孔的平均速度为0.668 m/min，6～12 m平均速度为0.613 m/min，12～18 m平均速度为0.558 m/min，18～24 m平均速度为0.487 m/min，超过24 m平均凿岩速度为0.37 m/min。测试结果基本达到了其中速档位要求的技术性能指标(平均凿岩速度为0.5 m/min)。
3.2 扇形炮孔钻凿速度测试
钻凿扇形炮孔的测试地点在510 m分段3#矿块放顶3-1巷第1排，共22个炮孔。测试结果见表2。
表2 扇形炮孔钻凿测试结果
注：机高1.8 m，钻机在中档位凿岩。
从表2可看出，在该矿岩条件下，该型号凿岩台车在0～6 m进尺实际钻凿扇形炮孔的平均速度为0.68 m/min，6～12 m平均速度为0.62 m/min，12～18 m平均速度为0.478 m/min，18～24 m平均速度为0.386 m/min，24 m以上平均速度为0.31 m/min。基本达到了其中速档位要求的技术性能指标(平均凿岩速度为0.5 m/min)。试验采场凿岩布置形式见图1。
图1 试验采场凿岩布置形式
3.3 扇形炮孔质量检验
凿岩质量主要是指台车钻凿的炮孔偏斜情况，即实际炮孔孔底的位置与设计炮孔孔底位置的偏差值是否控制在误差范围内。除切割槽以外，无底柱分段崩落采矿法的凿岩主要是钻凿扇形炮孔，对炮孔的偏斜要求十分严格，一般都要求实际钻凿的炮孔倾角与设计值的误差在3°以内。 扇形炮孔偏斜情况检验结果见表3、表4。
表3 460 m分层4#进路炮孔偏斜情况
表4 440 m分层2#进路炮孔偏斜情况
从表3、表4可知，除460 m分层4#进路第1排炮孔因所处位置岩石较破碎影响炮孔质量外，试验采场炮孔凿岩的质量总体较好，平均一次凿岩合格率为92.8%。
4 结 语
(1)在该矿矿岩条件下，如果操作规范，该型号凿岩台车完全能够满足该矿凿岩要求。
(2)矿岩条件、凿岩深度、操作是否规范是影响台车凿岩精度和效率最主要的3个因素，矿山人员在设计和生产中应当注意[4-7]。
(3)为了保证中深孔的装药质量，取得良好的爆破效果，降低大块产出率，还须选配相应的深孔装药车。
[1] 李启月.工程机械[M].长沙：中南大学出版社，2007.
[2] 李夕兵.凿岩爆破工程[M].长沙：中南大学出版社，2011.
[3] 余 健.高分段大间距无底柱分段崩落采矿贫化损失预测与结构参数优化研究[D].长沙：中南大学,2007.
[4] 姚 曙.完善凿岩台车工艺提高采矿机械化效率[J].采矿技术,2001(3):59-60
[5] 周 浩.邢科礼，钱 鸣,典型液压凿岩台车防卡钎系统分析及探究[J].矿山机械,2013(3):17-21.
[6] 周继勤.浅谈地下无轨设备使用问题及加强设备基础管理途径[J].矿山机械,2004(9):62-63.
[7] 李东明.全液压凿岩台车专用防卡杆阀的设计与应用[J].矿山机械,2001(12):17-19.
2015-07-15)
郭生茂(1972—)，男，所长，高级工程师，730900 甘肃省白银市。
