矿山凿岩设备的未来发展

赵金富

（河北张家口宣化华泰矿冶机械有限公司，河北张家口 075100）

0 引言

凿岩设备作为传统的第一产业——矿山行业的重要设备，在万物互联、智能制造的时代背景下，未来也必须是高智能的，同时也必将成为万物互联的一份子。目前正处于设备更新换代的培育与发展期。

受多种因素限制，矿山凿岩设备，五花八门。不少矿山使用非常落后的手持式凿岩设备，低效而且非常不安全。个别矿山是手持式和全液控凿岩设备并存，不少矿山开始逐渐使用更为先进、高效的电控凿岩设备，也有极个别大型矿山开始使用远程遥控或集中控制的凿岩、开采设备。

客观上，社会、科技的进步催生了凿岩设备的更新换代，也要求凿岩设备更先进、更智能，凿岩设备需要在继承中不断创新，以满足未来现代化矿山需要。同时，矿山的高强度作业，使得从事该行业人员越来越少，且年龄偏大，大多以四五十岁为主，30 岁以下年轻人从事这个行业的很少。这固然和矿山工作环境恶劣，条件艰苦分不开，同时从事凿岩工作的劳动强度太大以及现场危险，也是年轻人不愿从事该工作的很大原因。按目前趋势发展下去，从事矿山工作的人会越来越少，因此，矿山行业自身的发展也需要设备更高效、智能、安全，从而最大限度地减少井下工人数量，这样矿山的安全生产才是本质上的安全。如果未来实现无人矿山，那么人员安全问题也就真正从本质上安全了。

1 矿山开采

目前矿山开采主要采用的方法是钻爆法，因为这种方式最为经济、有效，钻爆法中关键的设备就是凿岩设备。凿岩设备作为矿山设备中的重要设备，从发展历程来看，主要经历了手持式气动凿岩机、全液压凿岩台车、电液控制台车、全电脑台车等类型。

从1844 年气动凿岩机研制成功，气动凿岩设备历经多次改进，目前还有不少小规模矿山在使用，由于它的低效、高污染、噪声大等诸多缺点，逐渐被高效、低噪声、环保的液压凿岩台车取代。经现场观察、比较，液压凿岩设备的效率是气动凿岩设备的4～5 倍。液压凿岩台车从诞生以来，也经历了全液控，电液控制及远程遥控、全电脑控制的不同阶段。实践发现，全液控台车效率虽然较气动凿岩机有很大提升，但控制原理比较复杂，尤其是液压控制系统较为繁琐，实现逻辑控制难度较大，目前已不是用户最佳选择，取而代之的是电液控制凿岩设备。电液控制凿岩设备最大优点是简化液压控制系统，将较复杂的逻辑控制用PLC实现，液压回路简单，同时将复杂的操作手柄简化，集成到一个操作台，操作方便、省力。通过增加无线收发模块，可以方便地实现远程遥控。由于简化了液压系统，故障率也大大降低，但是对维护设备人员的电气技术水平要求相对较高。用PLC 控制的凿岩设备具有全液控设备无法实现的优点，就是可以实现远程遥控或集中控制，目前是矿山新选型设备的首选，也是未来实现智能化的前提。越来越多的用户已开始喜欢使用全液控或电液控制的凿岩设备，也有使用更先进的电脑控制台车的。电脑台车因强大的通信功能，可以附带各种通信接口，为未来的数字矿山，万物互联提供了可能，也是未来凿岩设备智能化的基础。

在2000 年以前，比较先进的凿岩设备大多以国外进口为主，像阿特拉斯、山特维克的凿岩设备广泛应用在国内各大矿山。由于国外设备一般价格较高，同时后期的维护费用高昂、备件不及时，国产设备经过多年升级改造，越来越多的矿山已开始使用国产设备。历经十几年的快速发展，国产凿岩设备与国外设备的差距越来越小，同时由于较高的性价比，目前市场份额逐年增加。在此期间，涌现出不少优秀的民营企业，借助国内良好的发展环境及政策红利，将许多先进的技术及方案应用到凿岩设备的设计、生产中，在操控性、自动控制和远程遥控等方面都有重大突破，个别性能上已不逊于进口设备，市场反应良好。

目前，在国内规模较大的矿山，如首钢杏山铁矿，2014 年开始“地下金属矿山数字化建设示范工程”的探索与应用。为实现“机械化换人，自动化减人”的“安全健康，绿色和谐”的一流现代化数字矿山目标，运用了大量国内外先进设备。该矿山的开拓区、采矿区、井巷区、碎运区、提升区和动力区等6 个作业区都运用了先进设备，且可以与中控室直接通信，这样就可以实现整体作业。同时在不同工作区域安装摄像装备，可以及时监控工作环境与工作状况。凿岩设备作为开拓区、采矿区的关键设备，实现电控、智能控制责无旁贷。杏山铁矿就使用了比较先进的M4C全自动中深孔采矿台车，该台车可以实现自动钻孔，自动移车。以前2 人操作的设备，现在只需1 人即可完成，而且1 人可以同时操作同一工作区域的2 台设备，减少了操作人员数量。同时工作数据可以上传，及时了解设备信息，这样既可以大大提高生产效率，同时也更安全，工人劳动强度也大大降低。

2 未来发展趋势

随着工业物联网的飞速发展，以及矿山基本通信设备的大量普及，矿山设备的智能化升级、工业物联网的应用已经从以前的遥不可及，到现在开始逐渐应用。例如，湖北宜昌兴发集团等许多矿山已开始克服种种困难在井下铺设通信网络、无线网络。只要设备具备数据无线传输功能，都可以把工作数据传输到地面上的控制室，便于在井上了解设备信息。通过数据分析，合理安排生产及处理生产过程中出现的问题，大大减少井下人员数量。因此，未来的凿岩设备必须是自动化程度非常高的设备，智能化既是最终发展趋势，也是实现数字矿山的必经之路。

华泰矿冶机械有限公司作为国内较早涉足凿岩设备的厂家，已经开始凿岩设备的升级换代，从最初的气动凿岩机，经过全液压，电液控制的不断升级改造，现在已开始研发电脑台车。2019 年投入市场的半自动采矿台车，经过在鑫源矿业的8 个月工业性试验，已经可以实现自动接、卸钻杆，单孔自动钻孔完成。2020 年将投放市场，开始到四川拉拉铜矿正式使用。

结合矿山行业自身发展现状、从业者年龄、装备制造企业战略转型升级的背景以及智能制造、工业物联网的飞速发展。手持式低效凿岩设备首先将被淘汰，作为目前主力军的纯液控、电液控制的凿岩设备面临着重大升级和转型机遇，全电脑智能台车将会占领凿岩设备行业的制高点。谁拥有最先进、智能的凿岩设备，谁就会在未来凿岩设备领域具有最有力话语权。未来的数字矿山离不开凿岩设备的智能化，万物互联的时代也需要凿岩设备升级换代，唯有更智能，才能实现万物互联。