液压凿岩机的发展及应用

摘要:论述了国外液压凿岩机的发展与应用情况 ,列举了一些机型的应用实例 ,简要论述了我国液压凿岩机的发展状况 ,对液压凿岩机的发展提出了几点看法 。

  关键词 :液压凿岩机 ;液压凿岩钻车

  中图分类号 : TD63  文献标识码 : A   文章编号 : 1671 - 4172 ( 2008 ) 03 - 0036 - 03

Development and Applica tion of Hydraulic Rock Drill
L I Jun
(Beijing General Research Institute of M ining and M etallurgy, Beijing 100044, China )
Abstract:Development and app lication situations of overseas hydraulic rock drill are discussed in this paper, enu2
merating app lication examp les of some machine types, and the development of hydraulic rock drill in our country is briefly
described. In addition, several op inions on develop ing hydraulic rock drill in China are p roposed.
Key words: hydraulic rock drill; hydraulic rock drilling jumbo

液压凿岩机最早起源于二十世纪七十年代初期,1970年法国的Montaber公司研制出世界上首台液压凿岩机 H50,将其装配在液压钻车上用于矿山钻孔【1】。由于液压凿岩机在技术性能及穿孔效率上的优越性,世界各国相关公司掀起了研制液压凿岩机极其相关设备的 高潮,经过几十年的发展,液压凿岩机已形成各种机型系列上百种规格,广泛用于矿山.水电.隧道交通等诸多领域。随着液压凿岩钻车的发展及凿岩机器人的出 现,为液压凿岩机提供了更加广阔的使用空间,尤其在一些大型水电、矿山等大断面的岩石掘进开挖工程中,为了提高作业效率,保证工程进度,液压凿岩机及凿岩 钻车有着不可替代的作用。


1 国外产品的发展与应用概况

1.1国外发展状况

国外研制液压凿岩机始于20世纪70年代,先后有美国Ingerso ll-Rand公司、Gardner-Denver公司、瑞典Atlas Copco公司、Linden-Alimak公司、芬兰Tam rock公司、法国 Eimco-Secoma公司、德国Krupp公司和日本古河(FU RU KAWA)公司等投入力量研制液压凿岩机及相关配套钻车。其中瑞典Atlas Copco公司和芬兰Tam rock公司生产的液压凿岩机及配套钻车最具代表性,占有60%以上的市场份额。截止目前,无论是井下或露天掘进或采矿,都有相应的液压凿岩机供选用。如 芬兰Tam rock公司80年代初液压凿岩机只有3个系列。目前公司 的产品已发展到7个系列,从小型手持式到超重型,品种规格齐全。在发展回转-冲击式产品的同时,适用于软岩上钻孔的纯回转液压凿岩机也得到相应的发展。尤 其是瑞典Atlas Copco公司灵活地根据用户的某些特殊要求,在某种基型产品上稍加改进,就可以组装成专用产品,产品上的配套部件可随不同地区和国家的不同环境而改变, 在轻型产品的研制中,大量采用塑料件来减轻整机的重量。液压凿岩机的外壳等多采用精密铸造,从而使机器的结构紧凑,布局合理,外型也比较美观。

如今Atlas Copco公司生产的Cop系列液压凿岩机已经从Cop1022发展到最新推出的Cop4050型重型液压凿岩机,Cop4050的冲击功率可达 40KW,装配于Simba 4450系列全液压钻车上,1993年成功用于瑞士卢基公司基律纳铁矿井下深孔采矿凿岩,钻凿孔径达115mm,这是传统的潜孔冲击器的工作范围。潜孔凿 岩虽然能得到较好的孔值度,但速度较低。Cop4050能在两倍于潜孔凿岩速度的情况下,得到几乎全直的孔。并能使用通常的钻管.钎杆或二者的组合。 Tam rock公司生产的HL4000系列大功率超重型液压凿岩机,1984年在挪威生产2500万的比约纳湖(Bjornevatn)铁矿装备Herbert 钻车用于露天矿山钻凿直径230~275mm炮孔,其凿相当于同级牙轮钻机的1.6倍,而能耗仅为牙轮机的1/2。由于液压凿岩机具有节能.高效.成本低 和作业条件好等显著优点,国外除地下凿岩已推广应用外,在中小型露天矿和岩石工程应用方面也有不小进步。

1.2国外产品在国内的应用

上世纪八十年代中后期,随着地下矿山采矿方法的改进,大量进口的无轨开采设备开始进入我国,包括各种型号的液压凿岩机及其配套钻车。

金川公司二矿区二期工程,有中国和瑞士合作设计,从过国外引进了全液压凿岩台车(Atlas Copco公司产品)、天井牙轮钻机、铲运机等无轨机械化配套设备,基本实现全液压凿岩、械化装药、无轨运输,使矿山生产能力达到了2200Kt/a。

白银公司小铁山矿在其技改项目中采用4台法国水星-14液压凿岩台车(装配HYD200液压凿岩机),并配套引进了美 国Wagner铲运机、芬兰Tam rock公司的Robolt 型锚杆台车、Atlas Copcoz装药车等成套采掘设备,承担矿山绝大部分采掘作业,气动凿岩设备仅用于辅助凿岩。

山东三山岛金矿20世纪80年代从美国Eimco-secoma引进4台水星-14和2台冥王星-17全液压凿岩钻车,装配HYD200/HYD300液压凿岩机,并与其他无轨设备配套使用在水平分层充填法采场,全部取代了风动凿岩设备。

上海梅山矿业公司1994年引进瑞士Atlas Copco公司的SimbaH252液压凿岩钻车3台,用于中深孔凿岩,引进Boomer281液压凿岩钻车4台,用于平巷掘进凿岩,两种钻车均装配 Cop1238型液压凿岩机。经过与气动凿岩设备对比实验取得了节能70%以上的经济效益指标。梅山2000年引进瑞士SimbaH1354液压凿岩钻车 配Cop1850液压凿岩机,更新替代气动大孔径钻机,实现了采矿与掘进凿岩机液压化。

液压凿岩设备在铁路施工中也被广泛应用,大秦线军都君山双线隧道引进瑞典Atlas Copco公司H286四臂液压凿岩钻车,配Cop1238ME型液压凿岩机,与无轨装运设备配套,增在1985年10月创下100 平方 断面月进尺316m的记录。

龙潭水电工程是我国西部大开发的十大标志性工程喝西电东输的战略性项目之一。工程左岸地下引水发电系统由引水隧洞、地 下厂房及尾水隧洞三大系统构成,庞大的地下洞室群设计石方洞挖300万立方,其中长388.5m.宽28.5m.高76.4m的地下厂房是目前世界规模最 大的地下厂房。开挖作业采用了2台Atlas Copco生产的Rocket-Boomer353E三臂也压凿岩钻车和1台AMV21SGBC-CC全电脑三臂液压凿岩钻车用于地下隧洞岩石开挖钻孔和 锚杆钻孔,Rocket-Boomer353是一种三臂全液压火箭式凿岩钻车,3个BUT35G全液压可伸缩式钻臂装配Cop1838ME液压凿岩 机,AMV21SGBC-CC全电脑三臂液压钻车的性能与Rocket-Boomer353E大致相同,但由于增加了车载电脑,具有更高的人机对话功能, 并能在凿岩过程中自动修整凿岩石参数和自动记录钻孔数据,可以对岩层进行分析,从而及时调整爆破参数。在龙滩地下室群岩体为硬岩的大断面、长隧道施工中, 三臂液压凿岩钻车显示出作业安全、噪音污染少、机械化程度高、钻进速度快等优点。

2 国内研制及发展状况


1980年由长沙矿冶研究院、株洲东方工具厂等单位研制成功我国第一台用于生产的液压凿岩机YYG88,装配于CGJ2Y型全液压钻车上在湘东钨矿进行了 工业试验并通过了部级技术鉴定。由此来开了国内研制液压凿岩机的序幕。相继有北京科技大学、中南工业大学、长沙矿冶研究院、马鞍山矿山研究院、中国矿业大 学、煤炭科学院建井研究院、沈阳风动工具厂、衢州凿岩机厂和宣化风动工具厂等10多个单位开发研制液压凿岩机和配套钻车,到了九十年代末期,我国先后 YYG80、TYYG20、YYGJ145(仿Cop1038H)、YYT30、YYG30、GGT70、YYG80A、YYG90、YYG250A、 CYY20、(仿法国RPH200).YYG90A 和 DZYG38B(仿Cop1238ME)等二十种机型通过了国家鉴定。其中冲击能在150J以下的5种,其余的7种冲技能均在150~250J之间。可钻 孔径大部分在40~50mm之间,只有YYG250A、YYGJ145、TYYG20和 DZYG38B型液压凿岩机可钻孔径大于50mm,最大可达120mm。其中已形成量产的主要有YYG80、YYT30和YYG90A三种机型,12种型 号中除3种为测绘仿制国外当时市场销售的机型外,其余都是我国自行研制的。

有中南工业大学研究设计,广东有色冶金机械厂制造的CGJ25-2Y型全液压钻车,装配两台YYG90型液压凿岩 机,1988年在汝城钨矿使用时,与铲插式装岩机,搭接式梭车组成掘进机械化作业线,创造了在2.4*2.6断面中月进尺250m,掘进工效稳步超过 1m/工班的好成绩,1991年在桓仁铜锌矿创造过单台单班进尺5.4~6m的好成绩。

与法国水星系列液压钻车配套的HYD200和HYD300液压凿岩机有莲花山有色冶金机械厂引进法国Eimco- Secoma公司技术生产,其国产化率已达90%,主要部件冲击活塞寿命可达2万以上,各项指标均达到国外同类机型的水平,已形成批量生产,在焦家金矿、 三山岛金矿及部分得到推广应用。

天水风动工具厂成产的CTJY12-3型全液压轮胎式掘进钻车配置三台YYGJ145型大功率液压凿岩机、三个AB741型液压钻臂、AT1541型液压推进器一个AF321型液压工作平台,是目前我国最大的具有80年代世界先进水平的地下掘进钻车。

为了填补国产露天全液压钻机的空白,宣化采掘机械厂与中南工业大学等单位合作,于1987年研制了KZL-120型露 天液压钻机,装配广东有色冶金机械厂制造的YYG250A型重型液压凿岩机,由贵阳钢厂提供钎具,可钻孔径为56~120mm,爆破最大孔深可达25m; 当孔径为89mm时,在坚硬的岩石(f=12~14)上凿孔速度可达1.2m/min。

从上述可以看出,我国液压凿岩机的发展走的是一条自主研发与引进消化国外先进技术相结合的道路,进过几十年的发展与探 索已经初步形成了自己的产品规格与系列,到达了一定水平。但大多数厂家生产的液压凿岩机稳定性指标均在500m左右(不拆机检修),而世界先进水平的瑞士 产品则规定为6000m。国内只有中国地质大学生产的DZYG38B型液压凿岩机样机的工业性实验才达到这一世界水平的指标。因此国内液压凿岩机与世界先 进水平尚存在很大差距,引进机型现在尚未完全国产化,其关键零部件仍依赖进口。究其原因主要有如下几个问题:一是高速、高压下的密封结构和支承活塞运动的 前、后导向套的结构;二是活塞、钎尾、导向套和密封材料的选择与应用,以及材料的热处理和高精度加工;三是蓄能器隔膜的材料以及寿命等。从而导致零件寿命 低。密封不可靠,内外泄漏严重,以及活塞研缸和导向咬合等故障,造成国产液压凿岩机可靠性指标下降。

3结论及建议

1)由以上论述可以发现。液压凿岩技术在国外地下矿山已经得到了很好的推广应用,重型甚至超重型液压凿岩机已经应用露天采矿和岩石工程。

2)经过几十年的发展,液压凿岩设备在我国始终未能得到推广应用。绝大部分矿山,特别是中小型矿山仍然在普片使用气体 凿岩设备,原来使用液压凿岩设备的矿山有的也已经停用。造成这种局面的原因主要是:(1)液压凿岩设备的一次性投资太大,维修保养成本也高,中小矿山难以 承受。(2)我国劳动力成本相对便宜,劳动力素质普片偏低,使用简单便宜又容易操作的气动凿岩机既精致又易于管理,这为液压凿岩机的推广无疑增添了客观上 的障碍。(3)国产设备的系列型号不够完善,质量稳定性较差,整体性能尚不能令人满意,相关辅助配套设施也不齐全,给用户在选型时造成了一定困难。
3)由于我国基础工业水平与国外发达国家相比相对落后,受研发制造水平和加工工艺的限制,几十年来液压凿岩机虽然研制的型号很多,但形成稳定批量生产的产 品却不多,目前我国一些矿山、交通隧道、水电等大型工程所用的液压凿岩机设备的首选仍然是瑞典Atlas Copco、芬兰Tam rock(现属Sandvik)等国外大型知名公司的产品,要想摆脱这种困境,国内相关的研发机构和生产单位必须走出重成果轻产品的误区,优化整合各自的 技术、人力及资金资源,生产出高质量的好产品,才能在激烈的市场竞争中赢得一席之地。

参考文献
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