中国地质大学(武汉)研发的全液压凿岩设备在工程上的应用

2018-11-06李砚耕李毅田巍

凿岩机械气动工具 2018年2期

李砚耕,李毅,田巍

(1.中国地质大学，湖北武汉 430074;2.金川集团股份有限公司汽运分公司,甘肃金昌 737100)

1 前言

只有大力发展高科技产业，才能自立于世界民族之林。真正的先进技术是很难买到的。“中国制造2025”产业政策的颁布实施，正是我国政府高瞻远瞩，从战略层面出发，通过制造业强国，促进民族产业的转型升级，占据国际市场产业链的高端，由制造业大国转变为制造业强国，进而健硕我国制造业体魄，实现中华民族的伟大复兴。

全液压凿岩机械设备是我国基本建设、国防建设、能源建设大量使用的高效低耗、技术含量密集的高端工程设备。我国虽然从第一个国民经济五年计划期间就开始了大规模的凿岩设备设计生产，但截止本世纪初，多以气动凿岩设备为主，民族产业技术水平普遍较低。虽然也研发了一些液压凿岩设备，但由于产品可靠性不高等原因，液压设备作为凿岩设备中的高端产品，工程部门主要依靠进口。

从上世纪九十年代末，中国地质大学凿岩机械研究所牵头研发了多种液压凿岩机械产品，及时填补了国内空白。许多新产品的研发列入国家级新产品、国家级火炬计划项目。产品投放市场后，得到了施工部门的广泛认可，创造了可观的经济效益和社会效益，其中多款产品荣获省级、国家级奖励。如DZYG38B型液压凿岩机荣获1992年国家级新产品奖；CLJY12.2型全液压履带式掘进钻车荣获1997年国家重点新产品证书。

2 国内市场概况

首先我国工程施工对液压凿岩设备的需求量巨大。据统计，仅我国土石方工程单位平均每年进口的全液压凿岩机械设备就达450-500台，石油勘探每年需进口400台以上。按我国目前基本建设状况，尤其是交通、能源建设工程的开发情况，对液压凿岩设备需求量大幅增加，从而为液压凿岩设备的应用提供了广阔的市场。主要表现在：（1）国家公路规划“五纵五横”中，仅连接四川省境内的”涪陵、万县、黔江”公路建设就达1700公里。这些公路工程需要穿山越岭，隧道开挖量巨大，而这些隧道工程大多需要全液压掘进设备进行施工。(2)铁路建设“四纵四横”路网骨架，隧道工程近百座。（3）水利水电建设工程除了要解决北方地区土壤沙化、抑制环境恶劣化趋势外，还要建设奚洛渡电站、小湾电站、龙滩水电站等，大多数工程需要大量液压凿岩设备。

其次我国政府部门强力支持采用液压凿岩设备施工。近年来国务院、基本建设施工管理相关政府部门正式规定：凡是参加国家基本建设项目施工的单位，必须具备全液压凿岩机械设备。

第三，民族产业厚积薄发，逐步在严酷的市场竞争中占据主动地位。国内市场上进口的全液压凿岩设备主要是瑞典阿特拉斯、山特维克等著名跨国公司的产品。由于进口产品价格昂贵、售后服务不及时、备件采购成本高等因素，严重影响了工程施工部门的正常施工进度，削减了单位应有的经济效益。近年来我国研发的全液压凿岩设备，尤其是中国地质大学（武汉）依托自身强大的科研团队所研发的一系列高新技术产品，由于拥有自主知识产权、国产化程度高、生产成本低、市场适应性强、维修服务及时等优点，占据了越来越多的国内市场份额，并逐步向中东地区、南美地区、以及俄罗斯、蒙古、朝鲜等地扩展。

下面就中国地质大学研发的全液压凿岩装备在采掘工程上的应用情况，作较为详尽的介绍。

3 中国地质大学（武汉）液压凿岩机类产品研发概况

液压凿岩机是全液压凿岩设备中的关键产品，可配用不同的底盘，实现掘进、露天、采矿等各种工况下的凿岩施工。从上世纪90年代末，中国地质大学（武汉）陆续研发了多款达到世界先进样机同等水平的DZ系列液压凿岩机。见图1～图6。

图1 DZYG51型液压凿岩机

DZYG51重型液压凿岩机采用双液压马达驱动、独立回转，与液压钻车配套使用，适用中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔，主要用于大孔径钻进及露天钻凿作业，钻孔直径为φ89～φ152 mm。该机是一种高效节能、可长期稳定工作的新型凿岩设备，稳定工作指标为6000 m累计进尺不拆机检修。主要技术参数见表1。

表1 DZYG51型液压凿岩机技术参数

DZYG45为中型液压凿岩机，采用液压驱动、独立回转，与液压钻车配套使用，适于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔，主要用于大孔径钻进及露天钻凿作业，钻孔直径为φ65～φ125 mm。该机是一种高效节能，可长期稳定工作的新型凿岩设备。其主要技术参数见表2。

表2 DZYG45型液压凿岩机技术参数

DZYG38B液压凿岩机是采用液压驱动、独立回转的凿岩机，与液压钻车配套使用，适用于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔。活塞行程和冲击频率可调，以适应不同硬度的岩石，使用钎杆直径38mm或45mm。主要用于深孔钻进及露天凿岩作业，钻孔直径为φ42～φ102 mm。该机是一种高效节能、可长期稳定工作的新型凿岩设备。稳定工作指标为累计进尺6000 m不拆机维修。其主要技术参数见表3。

图2 DZYG45型液压凿岩机

图3 DZYG38B型全液压凿岩机

表3 DZYG38B型液压凿岩机技术参数

图4 DZYG38D全液压凿岩机

DZYG38D为中型液压凿岩机，采用液压驱动、独立回转，与液压钻车配套使用，适于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔，主要用于大孔径钻进及露天钻凿作业，钻孔直径为φ65－φ125 mm。该机是一种高效节能，可长期稳定工作的新型凿岩设备。其主要技术参数见表4。

DZYG25型液压凿岩机是导轨式独立回转凿岩机，该机与钻车配套，用于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔，输出功率可调三档。其主要技术参数见表5。

DZYG32型液压凿岩机与钻车配套使用，适用于中硬和坚硬岩石上钻凿炮孔。其主要技术参数见表6。

表4 DZYG38D型液压凿岩机技术参数

图5 DZYG25型液压凿岩机

表5 DZYG25型液压凿岩机技术参数

4 地下爆破工程用钻凿设备

中国（武汉）地质大学研发了应用于房柱采矿法、分段采矿法、无砥柱分段崩落法等地下爆破工程中使用的系列全液压钻车类产品。主要类型介绍如下。

图6 DZYG32型液压凿岩机

表6 DZYG32型液压凿岩机技术参数

4.1 全液压掘进钻车在房柱采矿法上的应用

房柱采矿法采场及凿岩设备布置，见图7。

在地下大洞室开挖和房柱采矿法中的采场钻孔可与平巷掘进同时进行。根据采场的大小，选用不同规格的设备。详见图8、图9、图10、图11、图 12、图 13、图 14、图 15、图 16、图 17、图18、图 19 、图 20。

图7 房柱采矿法采场及凿岩设备布置示意图

图8 CTJY12.3液压凿岩钻车

CTJY 12.3全液压轮胎式三臂凿岩钻车是现代化凿岩装备。它配有三支重型液压钻臂，其中两支钻臂可整体升高2米，另一支钻臂可向下打接杆凿岩作业；配有液压工作平台，作业面积大，机械化程度高，适用于20-100 m2交通隧道、金属矿山掘进，地下洞室开挖等大断面施工工程的掘进工作。其主要技术参数见表7。

CLJY 12.2全液压双臂掘进钻车适用于箭筒隧道、矿山掘进、地下洞室开挖等大断面施工工程的掘进工作。其主要技术参数见表8。

CTJY12.1轮胎式全液压掘进钻车适用于交通隧道、矿山掘进、地下洞室开挖等大断面施工工程的掘进工作。其主要技术参数见表9。

CTJY10.1A履带式全液压掘进钻车主要用于引水隧道、地质勘探以及小断面矿山掘进，适用断面为 1.8×1.8m2-3.5×3.5m2, 钻孔直径 38-64mm,钻杆长度为3050mm。其主要技术参数见表10。

4.2 全液压凿岩钻车在分段采矿法上的应用

对于垂直矿体或陡峭的矿体，采用分段回采法或高分段崩落法，其采场与凿岩设备布置，如图 13、图 14、图 15所示。

CTQ160型液压钻车适用于分段回采法，也适用于高分段崩落法，即VCR采矿法。最大凿孔深度80m，最大孔径φ165mm。如图15所示。该钻车的推进器装有双液压夹头及卸钻杆液压扳手，具有拆卸钻杆方便、快捷等特点。其主要技术参数见表11。

表7 CTJY12.3技术参数

图9 CLJY12.2型掘进钻车

图10 CTJY12.1型轮胎式凿岩钻车

4.3 全液压凿岩钻车在无砥柱分段崩落法上的应用

无砥柱分段崩落法用于陡峭倾斜的矿体，及带有很大垂直高度的矿体。矿体与围岩稳定性的最低要求，就是分段崩落平巷必须是能自我支撑的，只需要一些临时性的加固工作。其采场与凿岩设备布置见图16、图17。

表8 CLJY12.2技术参数

表9 CTJY12.1技术参数

图11 CTJY12.1钻车在朝鲜镁矿公司施工现场

图12 CLJY10.1A型全液压掘进钻车

表10 CLJY10.1A技术参数

CTCY12.1轻型全液压采矿钻车，是为适应我国目前矿山常用的分段平巷断面尺寸而设计的。它用于在断面高度3.2m的巷道钻凿平行扇形炮孔。

图13 分段回采法采场及凿岩设备布置示意图

图14 高分段崩落法采场及凿岩设备布置示意图

图15 用于高分段采矿法的CTQ160型液压凿岩钻车

表11 CTQ160型液压钻车技术参数

4.4 模块化全液压凿岩台架在大断面隧道开挖上的应用

随着隧道施工中对凿岩进度、人员劳动保护的需求越来越高，中国工程院院士王梦恕向李砚耕院士提出了新的设想，中国地质大学（武汉）以此设想设计出了新型全液压凿岩台架，见图18。

4.5 正在研发中的智能化矿山巷道掘进导向系统

整个巷道开采过程中，操作人员只需要在巷道外操作计算机，通过计算机发出的无线电信号来控制钻车在井下的工作，获得较准确的巷道开挖断面，实现巷道的无人安全操作，减少对操作人员的身体伤害，真正实现“机械化换人、自动化减人”。见图19。

图16 无砥柱分段崩落法的采场与凿岩设备布置示意图

图17 用于无砥柱分段崩落法的CTCY12.1轻型采矿钻车

图18 模块化全液压凿岩台架

表12 CTCY12.1技术参数

图19 智能化矿山巷道掘进导向系统示意图

图20 露天矿采场和凿岩设备布置示意图

5 露天爆破工程用钻凿设备

在露天矿山，矿体局限于某一个特定区域内，围岩的剥离和矿体的开采都需要进行爆破开挖。露天开采炮孔的布置，其孔径、孔距和孔深，要根据需要破碎的矿石块度大小、矿石坚固性高低和炸药类型而定。开采的分段高度范围，一般限定 12～35米。孔径φ64～φ145mm。在大孔径（φ 110～φ380 mm）和20米以上深度时，多使用潜孔钻或牙轮钻。一般露天采可选用CLLY100、CLLY150、CLL142、CLLY-100E 等型号钻车，见图 21、图 22、图 23、图 24、图 25、图 26、图 27、图28。