中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)研發(fā)的全液壓鑿巖設(shè)備在工程上的應(yīng)用

2018-11-06 04:01:08李硯耕李毅田巍

鑿巖機械氣動工具 2018年2期

李硯耕,李毅,田巍

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北武漢 430074;2.金川集團股份有限公司汽運分公司,甘肅金昌 737100)

1 前言

只有大力發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，才能自立于世界民族之林。真正的先進(jìn)技術(shù)是很難買到的?！爸袊圃?025”產(chǎn)業(yè)政策的頒布實施，正是我國政府高瞻遠(yuǎn)矚，從戰(zhàn)略層面出發(fā)，通過制造業(yè)強國，促進(jìn)民族產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，占據(jù)國際市場產(chǎn)業(yè)鏈的高端，由制造業(yè)大國轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞓I(yè)強國，進(jìn)而健碩我國制造業(yè)體魄，實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。

全液壓鑿巖機械設(shè)備是我國基本建設(shè)、國防建設(shè)、能源建設(shè)大量使用的高效低耗、技術(shù)含量密集的高端工程設(shè)備。我國雖然從第一個國民經(jīng)濟五年計劃期間就開始了大規(guī)模的鑿巖設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)，但截止本世紀(jì)初，多以氣動鑿巖設(shè)備為主，民族產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平普遍較低。雖然也研發(fā)了一些液壓鑿巖設(shè)備，但由于產(chǎn)品可靠性不高等原因，液壓設(shè)備作為鑿巖設(shè)備中的高端產(chǎn)品，工程部門主要依靠進(jìn)口。

從上世紀(jì)九十年代末，中國地質(zhì)大學(xué)鑿巖機械研究所牽頭研發(fā)了多種液壓鑿巖機械產(chǎn)品，及時填補了國內(nèi)空白。許多新產(chǎn)品的研發(fā)列入國家級新產(chǎn)品、國家級火炬計劃項目。產(chǎn)品投放市場后，得到了施工部門的廣泛認(rèn)可，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，其中多款產(chǎn)品榮獲省級、國家級獎勵。如DZYG38B型液壓鑿巖機榮獲1992年國家級新產(chǎn)品獎；CLJY12.2型全液壓履帶式掘進(jìn)鉆車榮獲1997年國家重點新產(chǎn)品證書。

2 國內(nèi)市場概況

首先我國工程施工對液壓鑿巖設(shè)備的需求量巨大。據(jù)統(tǒng)計，僅我國土石方工程單位平均每年進(jìn)口的全液壓鑿巖機械設(shè)備就達(dá)450-500臺，石油勘探每年需進(jìn)口400臺以上。按我國目前基本建設(shè)狀況，尤其是交通、能源建設(shè)工程的開發(fā)情況，對液壓鑿巖設(shè)備需求量大幅增加，從而為液壓鑿巖設(shè)備的應(yīng)用提供了廣闊的市場。主要表現(xiàn)在：（1）國家公路規(guī)劃“五縱五橫”中，僅連接四川省境內(nèi)的”涪陵、萬縣、黔江”公路建設(shè)就達(dá)1700公里。這些公路工程需要穿山越嶺，隧道開挖量巨大，而這些隧道工程大多需要全液壓掘進(jìn)設(shè)備進(jìn)行施工。(2)鐵路建設(shè)“四縱四橫”路網(wǎng)骨架，隧道工程近百座。（3）水利水電建設(shè)工程除了要解決北方地區(qū)土壤沙化、抑制環(huán)境惡劣化趨勢外，還要建設(shè)奚洛渡電站、小灣電站、龍灘水電站等，大多數(shù)工程需要大量液壓鑿巖設(shè)備。

其次我國政府部門強力支持采用液壓鑿巖設(shè)備施工。近年來國務(wù)院、基本建設(shè)施工管理相關(guān)政府部門正式規(guī)定：凡是參加國家基本建設(shè)項目施工的單位，必須具備全液壓鑿巖機械設(shè)備。

第三，民族產(chǎn)業(yè)厚積薄發(fā)，逐步在嚴(yán)酷的市場競爭中占據(jù)主動地位。國內(nèi)市場上進(jìn)口的全液壓鑿巖設(shè)備主要是瑞典阿特拉斯、山特維克等著名跨國公司的產(chǎn)品。由于進(jìn)口產(chǎn)品價格昂貴、售后服務(wù)不及時、備件采購成本高等因素，嚴(yán)重影響了工程施工部門的正常施工進(jìn)度，削減了單位應(yīng)有的經(jīng)濟效益。近年來我國研發(fā)的全液壓鑿巖設(shè)備，尤其是中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）依托自身強大的科研團隊所研發(fā)的一系列高新技術(shù)產(chǎn)品，由于擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、國產(chǎn)化程度高、生產(chǎn)成本低、市場適應(yīng)性強、維修服務(wù)及時等優(yōu)點，占據(jù)了越來越多的國內(nèi)市場份額，并逐步向中東地區(qū)、南美地區(qū)、以及俄羅斯、蒙古、朝鮮等地擴展。

下面就中國地質(zhì)大學(xué)研發(fā)的全液壓鑿巖裝備在采掘工程上的應(yīng)用情況，作較為詳盡的介紹。

3 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）液壓鑿巖機類產(chǎn)品研發(fā)概況

液壓鑿巖機是全液壓鑿巖設(shè)備中的關(guān)鍵產(chǎn)品，可配用不同的底盤，實現(xiàn)掘進(jìn)、露天、采礦等各種工況下的鑿巖施工。從上世紀(jì)90年代末，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）陸續(xù)研發(fā)了多款達(dá)到世界先進(jìn)樣機同等水平的DZ系列液壓鑿巖機。見圖1～圖6。

圖1 DZYG51型液壓鑿巖機

DZYG51重型液壓鑿巖機采用雙液壓馬達(dá)驅(qū)動、獨立回轉(zhuǎn)，與液壓鉆車配套使用，適用中硬和堅硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔，主要用于大孔徑鉆進(jìn)及露天鉆鑿作業(yè)，鉆孔直徑為φ89～φ152 mm。該機是一種高效節(jié)能、可長期穩(wěn)定工作的新型鑿巖設(shè)備，穩(wěn)定工作指標(biāo)為6000 m累計進(jìn)尺不拆機檢修。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 DZYG51型液壓鑿巖機技術(shù)參數(shù)

DZYG45為中型液壓鑿巖機，采用液壓驅(qū)動、獨立回轉(zhuǎn)，與液壓鉆車配套使用，適于中硬和堅硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔，主要用于大孔徑鉆進(jìn)及露天鉆鑿作業(yè)，鉆孔直徑為φ65～φ125 mm。該機是一種高效節(jié)能，可長期穩(wěn)定工作的新型鑿巖設(shè)備。其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 DZYG45型液壓鑿巖機技術(shù)參數(shù)

DZYG38B液壓鑿巖機是采用液壓驅(qū)動、獨立回轉(zhuǎn)的鑿巖機，與液壓鉆車配套使用，適用于中硬和堅硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔?；钊谐毯蜎_擊頻率可調(diào)，以適應(yīng)不同硬度的巖石，使用釬桿直徑38mm或45mm。主要用于深孔鉆進(jìn)及露天鑿巖作業(yè)，鉆孔直徑為φ42～φ102 mm。該機是一種高效節(jié)能、可長期穩(wěn)定工作的新型鑿巖設(shè)備。穩(wěn)定工作指標(biāo)為累計進(jìn)尺6000 m不拆機維修。其主要技術(shù)參數(shù)見表3。

圖2 DZYG45型液壓鑿巖機

圖3 DZYG38B型全液壓鑿巖機

表3 DZYG38B型液壓鑿巖機技術(shù)參數(shù)

圖4 DZYG38D全液壓鑿巖機

DZYG38D為中型液壓鑿巖機，采用液壓驅(qū)動、獨立回轉(zhuǎn)，與液壓鉆車配套使用，適于中硬和堅硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔，主要用于大孔徑鉆進(jìn)及露天鉆鑿作業(yè)，鉆孔直徑為φ65－φ125 mm。該機是一種高效節(jié)能，可長期穩(wěn)定工作的新型鑿巖設(shè)備。其主要技術(shù)參數(shù)見表4。

DZYG25型液壓鑿巖機是導(dǎo)軌式獨立回轉(zhuǎn)鑿巖機，該機與鉆車配套，用于中硬和堅硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔，輸出功率可調(diào)三檔。其主要技術(shù)參數(shù)見表5。

DZYG32型液壓鑿巖機與鉆車配套使用，適用于中硬和堅硬巖石上鉆鑿炮孔。其主要技術(shù)參數(shù)見表6。

表4 DZYG38D型液壓鑿巖機技術(shù)參數(shù)

圖5 DZYG25型液壓鑿巖機

表5 DZYG25型液壓鑿巖機技術(shù)參數(shù)

4 地下爆破工程用鉆鑿設(shè)備

中國（武漢）地質(zhì)大學(xué)研發(fā)了應(yīng)用于房柱采礦法、分段采礦法、無砥柱分段崩落法等地下爆破工程中使用的系列全液壓鉆車類產(chǎn)品。主要類型介紹如下。

圖6 DZYG32型液壓鑿巖機

表6 DZYG32型液壓鑿巖機技術(shù)參數(shù)

4.1 全液壓掘進(jìn)鉆車在房柱采礦法上的應(yīng)用

房柱采礦法采場及鑿巖設(shè)備布置，見圖7。

在地下大洞室開挖和房柱采礦法中的采場鉆孔可與平巷掘進(jìn)同時進(jìn)行。根據(jù)采場的大小，選用不同規(guī)格的設(shè)備。詳見圖8、圖9、圖10、圖11、圖 12、圖 13、圖 14、圖 15、圖 16、圖 17、圖18、圖 19 、圖 20。

圖7 房柱采礦法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖8 CTJY12.3液壓鑿巖鉆車

CTJY 12.3全液壓輪胎式三臂鑿巖鉆車是現(xiàn)代化鑿巖裝備。它配有三支重型液壓鉆臂，其中兩支鉆臂可整體升高2米，另一支鉆臂可向下打接桿鑿巖作業(yè)；配有液壓工作平臺，作業(yè)面積大，機械化程度高，適用于20-100 m2交通隧道、金屬礦山掘進(jìn)，地下洞室開挖等大斷面施工工程的掘進(jìn)工作。其主要技術(shù)參數(shù)見表7。

CLJY 12.2全液壓雙臂掘進(jìn)鉆車適用于箭筒隧道、礦山掘進(jìn)、地下洞室開挖等大斷面施工工程的掘進(jìn)工作。其主要技術(shù)參數(shù)見表8。

CTJY12.1輪胎式全液壓掘進(jìn)鉆車適用于交通隧道、礦山掘進(jìn)、地下洞室開挖等大斷面施工工程的掘進(jìn)工作。其主要技術(shù)參數(shù)見表9。

CTJY10.1A履帶式全液壓掘進(jìn)鉆車主要用于引水隧道、地質(zhì)勘探以及小斷面礦山掘進(jìn)，適用斷面為 1.8×1.8m2-3.5×3.5m2, 鉆孔直徑 38-64mm,鉆桿長度為3050mm。其主要技術(shù)參數(shù)見表10。

4.2 全液壓鑿巖鉆車在分段采礦法上的應(yīng)用

對于垂直礦體或陡峭的礦體，采用分段回采法或高分段崩落法，其采場與鑿巖設(shè)備布置，如圖 13、圖 14、圖 15所示。

CTQ160型液壓鉆車適用于分段回采法，也適用于高分段崩落法，即VCR采礦法。最大鑿孔深度80m，最大孔徑φ165mm。如圖15所示。該鉆車的推進(jìn)器裝有雙液壓夾頭及卸鉆桿液壓扳手，具有拆卸鉆桿方便、快捷等特點。其主要技術(shù)參數(shù)見表11。

表7 CTJY12.3技術(shù)參數(shù)

圖9 CLJY12.2型掘進(jìn)鉆車

圖10 CTJY12.1型輪胎式鑿巖鉆車

4.3 全液壓鑿巖鉆車在無砥柱分段崩落法上的應(yīng)用

無砥柱分段崩落法用于陡峭傾斜的礦體，及帶有很大垂直高度的礦體。礦體與圍巖穩(wěn)定性的最低要求，就是分段崩落平巷必須是能自我支撐的，只需要一些臨時性的加固工作。其采場與鑿巖設(shè)備布置見圖16、圖17。

表8 CLJY12.2技術(shù)參數(shù)

表9 CTJY12.1技術(shù)參數(shù)

圖11 CTJY12.1鉆車在朝鮮鎂礦公司施工現(xiàn)場

圖12 CLJY10.1A型全液壓掘進(jìn)鉆車

表10 CLJY10.1A技術(shù)參數(shù)

CTCY12.1輕型全液壓采礦鉆車，是為適應(yīng)我國目前礦山常用的分段平巷斷面尺寸而設(shè)計的。它用于在斷面高度3.2m的巷道鉆鑿平行扇形炮孔。

圖13 分段回采法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖14 高分段崩落法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖15 用于高分段采礦法的CTQ160型液壓鑿巖鉆車

表11 CTQ160型液壓鉆車技術(shù)參數(shù)

4.4 模塊化全液壓鑿巖臺架在大斷面隧道開挖上的應(yīng)用

隨著隧道施工中對鑿巖進(jìn)度、人員勞動保護(hù)的需求越來越高，中國工程院院士王夢恕向李硯耕院士提出了新的設(shè)想，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）以此設(shè)想設(shè)計出了新型全液壓鑿巖臺架，見圖18。

4.5 正在研發(fā)中的智能化礦山巷道掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)

整個巷道開采過程中，操作人員只需要在巷道外操作計算機，通過計算機發(fā)出的無線電信號來控制鉆車在井下的工作，獲得較準(zhǔn)確的巷道開挖斷面，實現(xiàn)巷道的無人安全操作，減少對操作人員的身體傷害，真正實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人”。見圖19。

圖16 無砥柱分段崩落法的采場與鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖17 用于無砥柱分段崩落法的CTCY12.1輕型采礦鉆車

圖18 模塊化全液壓鑿巖臺架

表12 CTCY12.1技術(shù)參數(shù)

圖19 智能化礦山巷道掘進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)示意圖

圖20 露天礦采場和鑿巖設(shè)備布置示意圖

5 露天爆破工程用鉆鑿設(shè)備

在露天礦山，礦體局限于某一個特定區(qū)域內(nèi)，圍巖的剝離和礦體的開采都需要進(jìn)行爆破開挖。露天開采炮孔的布置，其孔徑、孔距和孔深，要根據(jù)需要破碎的礦石塊度大小、礦石堅固性高低和炸藥類型而定。開采的分段高度范圍，一般限定 12～35米?？讖溅?4～φ145mm。在大孔徑（φ 110～φ380 mm）和20米以上深度時，多使用潛孔鉆或牙輪鉆。一般露天采可選用CLLY100、CLLY150、CLL142、CLLY-100E 等型號鉆車，見圖 21、圖 22、圖 23、圖 24、圖 25、圖 26、圖 27、圖28。