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大直径多功能潜孔钻机和钻具在露天矿山的研究应用
发布者:杨日平、杨湘龙、相仁发、马士东、谢艳云 (长沙黑金刚实业有限公司) 发布时间:2015.8.24 点击:4146
(关键词) 露天矿山 大直径爆破孔 牙轮钻进替代 潜孔钻机 超大功率移动空压机 潜孔冲击器 钻头
【摘要】 潜孔锤施工技术应用能大幅度提高钻进效率,保证工程质量,降低施工成本,具有显著的经济效益;我国潜孔钻机钻具设计制造水平的提升,使得在大型露天矿山潜孔钻进方式取代牙轮钻进方式成为可能

一、潜孔钻进方式现状
  潜孔钻具是一种以压缩空气为动力源,将凿岩冲击动力部份潜入凿岩孔中,通过冲击器的配气装置控制活塞作往返运动、冲击配置在冲击器前端的潜孔钻头,将冲击能量传递到钻头,由钻头破碎岩石的凿岩设备。

  潜孔钻具在露天和地下矿山、采石场、水电工程、水井钻进、矿物勘探、岩体钢索锚固、地热开凿、基础开挖、边坡支护等施工场地大量使用。由于潜孔凿岩有钻孔平直度高、进尺速度快,同时钻杆、冲击器刚性好、不依赖高轴向推力、钻头相对牙轮钻头结构简单可靠,故障率低,所以进尺不受岩石硬度和深度的影响,而且设备投资低、移动灵活方便、系统易于维护等一系列特点,受到凿岩工程行业的普遍重视。

  当前,中小型矿山中已逐渐推行中深孔爆破,因此也就离不了潜孔钻具。与手风钻和牙轮钻机相比,无论是安全方面,降低工人劳动强度,改善工作环境,还是提高凿岩速率、生产效率,增加企业效益,潜孔钻具都有手风钻和牙轮钻机不可比拟的优势。

  潜孔作业设备主要包括潜孔钻机、潜孔钻杆、潜孔冲击器和潜孔钻头,从原材料进厂到成品出库全过程中,黑金刚产品始终坚持高质量、严要求。不断的技术创新、精准的生产制造、严格的进货检验、高精度的工艺装备、先进的热处理设备、合理、流畅的工艺流程、完整精细的企业标准,是生产优质潜孔设备的先决条件。

  另外,可靠的移动空压机也是潜孔钻进方式的工作前提,外国著名空压机品牌如ATLAS COPCO和SULLAIR的超高风压机型的国产化,也使得潜孔钻进在气源支持和采购经济性上获得更大的优势。

二、国内某大型铁矿现状
  该铁矿于1990年12月17日经国家批准开工建设,是国家“八五”重点项目,属易采易选型大型露天矿,原设计平均地质品位34.45%,原设计年开采能力采剥总量1300万吨,铁矿石400万吨,铁精矿161万吨,矿山服务年限40年,经过两次扩建,尖山铁矿现已达到年生产采剥总量4200万吨,铁矿石900万吨,铁精矿340万吨的能力。

  目前该铁矿钻孔作业主要使用轴压式牙轮钻机和全液压顶锤式凿岩钻机,目前国内牙轮钻机厂家有中钢衡重YZ-35和南昌凯马KY-310系列,孔径主要有254mm,用于主体爆破孔钻孔作业;全液压顶锤式凿岩钻机主要承担爆破质量问题,比如给大块、根底、孤包等穿孔,为二次爆破准备条件,主要机型为瑞典进口的ATLAS ROC-D7钻机。




三、大直径潜孔钻替代牙轮钻方案
1、牙轮钻特点
  将牙轮钻机作为主力爆破孔钻进设备,主要是牙轮钻钻凿的可适应孔径大,在传统认识上,254mm-400mm为牙轮钻机优势钻孔尺寸,因此延米爆破量大,爆破作业的劳动生产率也高。
使用牙伦钻的主要缺点是:

 (1)初始投资大且主要用于钻垂直孔,需要配备相应的其它设备,大大增加了采购成本,

(2)潜孔作业有冲击和旋转二部分同时作业,而牙轮钻机靠轴压没有冲击,所以进尺速度快;

(3)钻机要频繁地来回上下调动,降低了钻机生产率。
(4)对于边坡等相当陕小区域,牙轮钻机过于笨重,无法作业

  

2、考虑潜孔钻机替代牙轮钻机的原因

(1)进尺速度快,效率高。
(2)钻孔方向可在很大范围内变化,这对于处理露天边坡和分级开采、减小贫化损失、制定合理的凿岩爆破工艺参数很有意义;
(3)钻孔孔径变化范围大,目前在露天和地下钻凿孔径为80~254mm的爆破孔主要由潜孔钻完成,尤其对中小孔径的作业,潜孔钻更有便宜可靠等优越性;
(4)潜孔冲击器的性能可以随供气压力而改变,因此潜孔钻的效率可以通过改进潜孔钻具而提高。
(5)此外,由于潜孔钻有较强的适用性,它不仅可以用于采场,还可以用在大型露天矿的边坡处理及破碎地带。
(6)经初步实验,如果钻孔直径小于300mm,潜孔钻进的效率仍能达到牙轮钻进的2倍以上。

3、替代方案
  就该大型露天铁矿的情况,我司(黑金刚实业有限公司)认为在该施工状况可以尝试使用潜孔工法替代回转牙轮工法,其中替代方案中的关键设备涉及钻机、空压机、潜孔冲击器和钻头
(1)钻机
  为适应254mm甚至311mm的钻孔直径,我司将HJG-M311全液压钻机作为替代首选机型,该机型为钻孔成本最低化开发设计的;配备冷暖空调的驾驶室、干式除尘系统和液压自动卸杆功能,整机具有性能先进,高效低耗,可靠性指标高,操作、维护方便等特点,是国内领先的露天凿岩设备。


(2)钻具

  替代254的三牙牙轮钻头,我司可提供两种同样外径为254的高风压潜孔钻头,分别为HK8-D254和NUMA100-254钻头,前者可与常规DHD380无尾管冲击器想适配,而HK8冲击器为 

  我司最新型冲击器产品,其特点为:
1.冲击器采用最优配气尺寸和腔体设计,冲击频率非常高和钻进速度快,比市场同类产品速度快15%-30%。

2.冲击器采用最合理的逆止阀和弹簧结构,逆止阀密封性非常好,在钻凿500米以上深井时不返渣,弹簧长久使用不断裂。
3.外缸和卡钎套经表面硬化处理,耐磨性更好,在同样使用条件下,寿命提高15%。
4.冲击器、钻头采用超短型结构设计,冲击能量获得最有效的传递, 冲击功大、耗风量小,比同类产品省油10%。
5.接头、外缸和卡钎套螺纹为根部带圆弧角的浅锯齿牙形,避免应力集中,有效保证外缸、卡钎套螺纹位置不开裂,接头和卡钎套易拆卸。
6.卡环为最新杯式结构,强度好,寿命长,能确保钻头不脱落。

  另一方面,为了获得更粗壮更可靠的钻头裤体和更大活塞单次冲击功,也可以使用10” NUMA100型冲击器与钻机搭配。


(3)空压机

  通常来说直径254的钻头一般用于水井的表层覆盖层钻进,一般来说ATLS COPCO 1250,SULLAIR 1070就能满足8英寸冲击器的正常工作,但风压一般只能保持在18-24bar之间,但是由于项目工期非常紧,对效率要求更高,我司为客户配备了SULLAIR E1525XH,但由于该机型是寿力公司在中国乃至全世界露天矿山领域(其他领域一般并联空压机)第一台公称容积流量达到1525的机型;在该台空压机生产出来之前,由我司租赁柴动的SULLAIR 1070XH满足临时施工要求。




四、施工跟进与应用反馈

  因HJGM311分体式钻机成功销售,施工方提出要求公司安排一名服务工程师对客户机手进行培训以及跟踪售后服务,自2015年3月中旬HJGM311分体式钻机跟踪服务已经持续了3个多月。在跟踪服务的三个月时间内,HJGM311钻机通过在现场的使用,工作效率、工作性能等都得到了检验。


1、高风压潜孔冲击器跟踪数据
  潜孔钻机钻进台班工作效率至少为牙轮钻机的两倍,客户在5月底便已完成甲方要求的年度工作量,并将马上下第二台钻机的订单,相关数据如下:

2、钻机使用回馈
  我司HJG-M311钻机在尺寸上比中钢衡重YZ-35和南昌凯马KY-310小1/3,而作为气源的空压机可以摆放在100-200以外的安全区域,因此HJG-M311潜孔钻机的工作范围不会受到工作平台的尺寸限制,而450mm的离地间隙也可以使得我司钻机能够胜任绝大部分特殊作业,如边坡修理、预裂孔、给大块、根底、孤包等穿孔等等。

五、总结
1、使用牙轮钻和潜孔钻各有利弊,应该根据各个山的特殊条件进行仔细的技术经济分析。
2、新型高效率钻具的潜孔钻在经济上是合理的,目前在中小型矿山非常普及,尤其对山坡露天矿,然而国内一些超大型矿山仍然坚持使用工作效率低,岩石及工况适应性差的回转牙轮钻机,如何让矿主相信潜孔钻进的高效性和经济性,将会是成为潜孔设备厂家的一个重点工作。
3. 穿孔设备(包括钻具)的科学选择和技术管理是提高经济效益的良好途径,太钢尖山铁矿在积极启用新钻具,提高供风条件(接受第一台超大风量和极高风压的移动空压机方案)和加强管理方面收到了良好的经历效益。
4、将八英寸冲击器和直径254的钻头应用于高强度工作环节的矿山,同时适配于最高适应性要求的E1525XH空压机,并通过考验,也为长沙黑金刚实业有限公司赢得了巨大的口碑和市场认可度。

参考文献:
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[4] Atlas Copco surface drill rig[Z]. ROC series.

“黑金刚”简介:

 长沙黑金刚实业有限公司成立于1999年4月30日,位于雷锋故乡长沙望城,占地115000平方米,生产厂房45000平方米,员工700多人拥有生产凿岩机械与风动工具用的加工、研发、检测设备等近千台套,是中国专业从事凿岩机械和风动工具研究与制造的著名民营企业。

公司拥有丰富的科研与生产经验,采用最优质的原材料、先进的生产工艺和严密的检测手段,生产出性能优良、质量过硬的产品。“黑金刚”牌钻具由于质量稳定、性能优良而畅销全国,并批量出口到南非、巴西、法国、澳大利亚、加拿大、马来西亚、韩国等50多个国家,深受用户好评

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