液压凿岩台车在敦德矿业公司的应用

赵 新

(新疆八钢矿业资源有限公司)

引 言

近年来，随着资源需求量的增加及安全要求和环保意识的提升，凿岩台车作为井巷钻爆掘进时钻凿炮孔和锚杆孔的大型机械化掘进设备，已在各地下金属矿山得到广泛应用[1-4]。鲁爱辉等[5]通过与传统凿岩设备对比，验证了凿岩台车在大型基建期矿山使用的必要性。熊晓晨等[6-7]对液压凿岩台车的凿岩爆破参数进行优化分析，改善了实际凿岩的施工效率及安全性。郭生茂等[8]在坚硬矿岩条件下对凿岩台车钻凿性能进行测试，结果表明该凿岩台车满足实际生产需求。

凿岩台车在钻孔效率、精准度及安全环保等方面表现突出。其中，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车在紫金山金铜矿[9]、新桥矿[10]、杏山铁矿[11]等矿山的巷道掘进中均得到实践，取得了较好的经济效益和社会效益。本文阐述了BOOMER-281型单臂液压凿岩台车的特性，并结合该凿岩设备在巴州敦德矿业有限责任公司(下称“敦德矿业公司”)的应用进行分析，为类似矿山凿岩设备的选型提供有效参考。

1 工程背景

敦德矿业公司地处中天山南麓，矿区海拔3 568～4 000 m，属高寒高海拔环境。矿体赋存于灰绿色矽卡岩、大理岩中，岩体完整性及稳定性较好，结构面规模不大，裂隙呈紧闭状态，充填物较少。矿体倾向由浅部向深部有较大的变化，走向近北东—南西，3 788 m中段以北东倾向为主，倾角多数在55°～80°，平均厚度102.76 m。矿山采用无底柱分段崩落采矿法开采，一期生产规模150万t/a，年掘进量约6 000 m，前期采用YT-28型气腿式凿岩机，以人工凿岩方式进行巷道掘进。由于矿区海拔高，含氧量全年不超过20 %，矿岩硬度较高，存在人工凿岩体力劳动繁重，掘进效率低等问题，并且作业人员长期暴露在采场岩体下作业，粉尘危害大，安全风险较高。

2 BOOMER-281型单臂液压凿岩台车的应用

2.1 凿岩台车特性

为适应智慧制造发展规划，提高本质安全系数，改善井下作业环境，提高劳动生产率，敦德矿业公司于2017年引入BOOMER-281型单臂液压凿岩台车。该设备长8.6～11.0 m，宽1.65 m，高2.1 m(顶棚升至最高时高2.8 m)，行驶通道最小尺寸为3.0 m×2.8 m(宽×高)，采用三相异步电动机，额定电压380 V，工作频率50 Hz，其他性能参数如表1所示[10]，凿岩台车施工现场如图1所示。

表1 BOOMER-281型单臂液压凿岩台车性能参数

图1 BOOMER-281型单臂液压凿岩台车施工现场

此外，通过应用BOOMER-281型单臂液压凿岩台车在井下进行凿岩作业，发现该设备具有以下优点：

1)车身矮小，结构紧凑;设备宽度窄，转弯半径小，灵活性较高，非常适合地下矿山采掘作业。

2)设备性能先进，在中硬岩石条件下的纯凿岩速度为2.5 m/min。同时，可以根据不同的岩石性质，调节液压凿岩控制系统参数，使凿岩台车的扭矩、钎杆转速、冲击功率及推进力等参数达到最佳匹配。

3)BOOMER-281型单臂液压凿岩台车采用柴油-电力混合动力驱动。行驶过程中由柴油机驱动液压传动装置，工作时由电动机驱动液压泵，提供设备所需的工作油压。该凿岩台车能量利用率高，输出功率大，噪声小，工作面废气污染小。

4)BOOMER-281型单臂液压凿岩台车的操作及自动控制均为液压控制，性能稳定可靠，特别是在冲击、回转、推进回路中应用防卡阀，使凿岩性能达到最佳。

2.2 凿岩台车应用情况

BOOMER-281型单臂液压凿岩台车在敦德矿业公司主要用于钻孔，为巷道掘进提供合适条件。以3 850 m 中段采矿进路掘进为例，进路断面为三心拱，尺寸为4.8 m×4.1 m，断面面积约为18.06 m2。在每天爆破1次的情况下，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车单班掘进2个工作面，每个工作面作业时间约4 h。目前，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车掘进该进路时采用3.5 m钻杆，可以爆破3.0～3.2 m巷道，凿岩效率满足矿山生产需求。根据敦德矿业公司近几年在3 850 m中段各分层的作业情况统计，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车具体凿岩能力如表2所示。

表2 BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩能力

通过对BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩能力统计，可以得出下列结论：

1)BOOMER-281型单臂液压凿岩台车纯凿岩速度较快，在使用初期，3.5 m炮孔纯凿岩时间为129 s，纯凿岩速度为1.4 m/min，虽低于2.5 m/min的理论凿岩速度，但随着对工作参数的不断优化，操作工人对凿岩台车性能的熟悉和操作水平的提高，凿岩速度将逐步提高。

2)纯凿岩时间与纯凿岩速度不匹配，这是由于矿岩硬度较大，在纯凿岩时间内掘进长度较短。

3)与纯凿岩时间相比，其他非凿岩工序，如定位、退杆、换孔移位等所用时间较长，几乎与纯凿岩时间相当。

4)为保持BOOMER-281型单臂液压凿岩台车良好的工作状态，必须加强日常保养。据统计，每次循环凿岩前的检查约1 h，凿岩结束后的清洗等约30 min。为提高使用效率，应尽量增加一次凿岩量。但由于3 850 m中段各分层内作业面分布较广，作业面集中度不够，设备移位行走时间较长，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车效率没有充分发挥出来。

2.3 机械凿岩与人工凿岩施工效率对比

敦德矿业公司前期采用YT-28型气腿式凿岩机进行人工凿岩，钻机钻杆长度为3 m，每次爆破2.5～2.8 m，每个工作面作业时间约7 h，凿岩效率较低，无法满足后续开采需求。以3 850 m中段采矿进路掘进为例，将机械凿岩与人工凿岩施工效率进行对比，如表3所示。

表3 机械凿岩与人工凿岩施工效率对比

根据表3中机械凿岩与人工凿岩施工效率的对比，可以得出如下结论：

1)巷道掘进单班进尺由2.20 m提升至2.97 m，掘进效率提高了35 %。

2)人工凿岩单作业面需要4人作业，单班可施工1个作业面；BOOMER-281型单臂液压凿岩台车单作业面只需2人，且单班可施工2个作业面，每班次单作业面的人员劳动效率提高了300 %。

3)敦德矿业公司现行炸药单价12.7元/kg，雷管28.83元/发，按全年掘进巷道108 360 m3计算，人工凿岩时火工品费用930万元/a，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩时火工品费用893万元/a，可节省凿岩费用37万元/a。

4)敦德矿业公司全年作业天数为300 d，巷道掘进量6 000 m，人工凿岩每天掘进9个作业面，作业人员36人；BOOMER-281型单臂液压凿岩台车每天掘进8个作业面，所需车辆4台，作业人员8人；BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩较人工凿岩减少作业人员28人。

在目前敦德矿业公司井下单班作业条件下，BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩与人工凿岩相比，在掘进效率、人员精简上均具有较好的技术经济指标，消除了YT-28型气腿式凿岩机凿岩过程中高压风可能对作业人员造成伤害的风险，减轻了设备振动对作业人员身体的伤害。利用BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩时，作业人员在防护棚下作业，避免了直接暴露在采场岩体下，安全生产得到了更加有效的保证，且使用机械凿岩能够有效改善通风质量，减少作业面粉尘、消除水雾、减少噪声，改善了作业环境，从而降低从业人员患职业病的风险。

3 结 语

BOOMER-281型单臂液压凿岩台车采用混合动力驱动，减少了井下废气的排放，并可根据矿岩实际情况调整设备参数，灵活性较高，其具备的液压控制系统使设备凿岩性能达到最佳。敦德矿业公司自2017年采用BOOMER-281型单臂液压凿岩台车凿岩代替人工凿岩后，井下巷道掘进效率提高了35 %，减少作业人员28人，人员劳动效率提高了300 %，节约凿岩火工品费用37万元/a。此外，机械凿岩减少了作业面粉尘、消除了水雾、减少了机械噪声，有效改善了井下作业环境，且避免了凿岩人员直接暴露在采场岩体下，提高了凿岩作业的安全性，降低了从业人员患职业病的风险，为同类型矿山设备选型、应用提供参考。