我国地下大孔径穿孔技术的应用与发展

1、第 19 卷第 6 期矿业 研 究 与 开 发Vol. 19 No. 61 9 99 年1 2 月MININGR&DDec.1999我国地下大孔径穿孔技术的应用与发展罗瑾珩( 长沙矿山研究院, 长沙, 410012)摘要 我国穿孔设备的发展, 经历了从潜孔钻机到牙轮钻机, 从低气压潜孔钻机到高气压潜孔钻机, 从钻凿小孔到钻凿大孔的变迁。随着大孔采矿法在我国的推广, 对大直径穿孔设备的需求日益迫切, 而这方面的国产设备虽已开展了研制工作, 但难以达到要求。为此, 作者针对实地考察情况, 发表了对我国今后穿孔设备发展的一些见解。关键词 地下采矿穿孔技术牙轮钻机潜孔钻机The Applica

2、tion and Development ofUnderground Large Diameter Drilling Technology in ChinaLuo Jinheng( Changsha Institute of Mining Research, Changsha, 410012)AbstractThe development of chinese drilling equipment experienced various changes fromdown- the- hole drill to tricone rotary drilling rig, from low air-

3、 pressure DTH drill to highair- pressure DTH drill and from small hole drilling to large hole drilling. With large- holemining method popularized in China, the demand for large diameter drilling equipment is becoming pressing. Even though the development work of domestic devices in this respect hasb

4、een launched already, it is still hard to meet the actual requirement, Therefore, the author presented some ideas on the development of domestic drilling equipment in the future.Key Words Underground mining, Drilling techniques, Tricone rotary drilling rig, Down- the- hole drill1基本情况供了极为有利的条件。我国从原苏联

5、引进的 GA 100 型( 后经随着科学技术的发展, 在地下采矿与天我国改型为 YQ100 型) 潜孔钻机是应用于井掘进中, 采用大孔径炮孔装药进行爆破, 能取得较好的效果。于是在原来气压式凿岩机的基础上, 人们开始研究增大孔径的穿孔技地下矿山的代表产品。它在我国地下矿山取得了较好的应用效果。理论与实践证明, 增大炮孔直径能给采术, 潜孔钻机因此应运而生。它的破碎原理矿带来直接 的效益。但要在 GA100 型潜与传统的凿岩机一样, 但是它减少了钻杆功率传递的损失与钎尾的损坏, 对增大孔径提作者: 高级工程师; 收稿日期: 1999- 06- 16孔钻机的基础上, 进一步增大孔径, 已超过它本身

6、的能力。为了增大孔径, 我国科技人员第 6 期罗瑾珩我国地下大孔径穿孔技术的 应用与发展23提出增大气压以增加冲击功而使孔径增大的设想, 于是研制成功了一种将气压提高至 1MPa 以上的钻机( 高气压潜孔钻机) , 它能有效地钻出直径 150 165 mm 的炮孔, 其深度能达 90 m。高气压潜孔钻机在 VCR 采矿法( 即大孔径深孔崩矿法) 中的应用, 取得了良好的爆破效果和经济效益。广泛应用时, 对我国地下采矿震动较大, 要应用这种方法首先需要的是大孔径穿孔设备。当该采矿法开始在我国应用时, 国内尚无穿凿如此大孔的设备, 只好从国外引进。首先引进 的是 瑞 典的 ROC 306 高 气压

7、 潜 孔钻机, 试用期间取得了较好的效果, 之后由长沙矿山研究院与嘉兴冶金机械厂进行国产化改2我国大孔径穿孔技术的应用我国的地下大孔径穿孔, 基本上分为两进, 定型为 DQ150J 型高气压潜孔钻机。在此同时, 为增高气压, 将原矿山系统气压( 0. 50. 6 MPa) 增高至 1 MPa 以上, 并进口了增压个应用阶段, 即 100200 mm 孔径和 165器, 然后进行国产化研制, 与高气压潜孔钻机mm 左右孔径潜孔钻机的应用。现分别叙述如下。配套使用。综上所述, 不难看出, 我国地下矿山钻凿2. 1100200 mm 孔径穿孔设备的应用孔径大于 100 mm 的设备, 主要是潜孔与牙

8、轮YQ100 型潜孔钻机已成为我国地下矿两种类型的钻机, 而且主要是以潜孔钻机为山极有代表性的一种钻机, 现在几乎每个地主体, 100 mm 孔径的钻孔设备主要是国产下矿山都在用它, 它除了具有灵活、轻巧、操的 YQ100 型潜孔钻机, 165 mm 孔径的主作方便等优点外, 还能与凿岩机使用同一动力源, 即只需使用矿山的一般压气( 0. 5 0. 6MPa) 不需另加附件。在目前, 还没有一种设备能替代它, 它将在一定时期内继续在我国地下矿山的采矿及天井掘进方面发挥积极作用。要钻孔设备是各式各样的进口钻机; 而地下牙轮钻机除 KY 120 型有小批推广以外, 其它型号基本没有推广应用, 而成

9、为一种技术储备。这种情况对我国地下矿山的发展是极为不利的, 作者愿就此提出一些不成熟的看法, 以供有关人士参考。天井掘进是地下矿山掘进中最艰难最危险的工作。目前除个别矿山能使用天井钻机3对未来发展的探讨外, 其它绝大部分矿山都使用吊罐法及深孔分段爆破法为主的成井法。大多数矿山都以我国地下矿藏的赋存条件非常复杂, 对穿凿各种孔径的设备要求也是多样的。从过YQ100 型潜孔钻机来作深孔穿孔工具。黄去的实 践来 看, 潜孔 钻机与 牙轮 钻机 穿凿沙坪铅锌矿 原用 YQ 100 型潜孔钻 机作深孔分段爆破成井的穿孔工具, 但很不理想; 80年代初该矿与长沙矿山研究院合作, 研制成100 mm 孔径以

10、上的大孔, 是能满足要求的。现在国外已发展液压钻机, 我国也有地下矿山拟进口这种设备, 但价格过于昂贵, 在目前YK120 型地下牙轮钻机, 该机的穿孔速度的情况下投入过大是不适宜的。快, 穿孔质量好, 穿孔偏差基本保证在 1% 以内, 从而保证了炮孔的平行性, 也就保证了分段爆破成井的成功。现该矿在天井掘进中已露天矿的穿孔, 原是潜孔钻机一统天下,后由于牙轮钻机的兴起, 而让出大半壁江山。在地下采矿中, 高气压潜孔钻机得到了极大全部用上 KY120 型地下牙轮钻机。的发展, 其原因是地下矿山压气管道密布, 这2. 2165 mm 孔径穿孔设备的应用当大孔径 深孔崩矿 法( VCR 法 ) 在

11、国外给潜孔钻机提供了动力上的方便, 加之它的机动灵活, 适用性强, 尤其是它可以钻出各种24矿业研究与开发第 19 卷角度的孔, 满足采掘的各种要求, 所以很快得到推广。可达到无粉尘, 给操作者创造了一个良好的工作环境, 其社会效益不可低估。但是它也改造 YQ100 型低气压潜孔钻机, 是许有局限性, 目前只可钻垂直向下及倾斜 30!的多矿山的要求。这种潜孔钻机尽管有它一些优点, 但几十年一贯制, 老停留在同一水平,势必不能满足矿山生产的要求。若能研制出一种体积较小, 重量较轻, 易于搬运安装的小型高气压潜 孔钻机来 替代 YQ 100 型低气压潜孔钻机, 将会受到欢迎。穿凿 165 mm 左

12、右的大孔, 采用已有的国产 DQ150J 型高气压潜孔钻机由于技术陈旧而难以被使用者接受, 而新型的国产高气孔, 且钻头寿命短; 至于向下扩孔的刀具还达不到实用水平, 都有待提高。潜孔钻和牙轮钻两种地下穿孔设备各有其独特的优点, 也有它本身的不足, 至于如何选择设备, 还得 视矿山的 具体条件 来决定。但是两种设备及其钻具和附件都应该进一步的改进和发展, 这是肯定的。作者考察了两种设备在我国的生产、应用情况, 结论是令人担忧的: 至今无国产的较先进实用的高气压压潜孔钻 机又由于研制 经费不足而 难以实潜孔钻机; 牙轮钻机除 KT120 型有推广外,现。因此, 国 外各种先 进的钻 机如 Sim

13、ba-261 型、CD- 360 型、Cmm - 2 型 等便风涌而入, 几乎占据了我 国整个地 下矿山的 市场。进口钻机确实给矿山带来了方便、效率及效益, 但进口设备及其备件价格过高, 使矿山采矿成本上升, 这是不可否认的事实。因此在目前情况下, 加速对高气压潜孔钻机及增压器等配套件的国产化研制, 应该被视为较紧迫的事情。地下牙轮钻机的研制在我国有其独立的地位。首先, 在 KY 120 型地下牙轮钻机及钻头上有所突破, 而且形成了小批量的推广,其它都因钻头、刀具等问题影响了其推广应用。如地下牙轮钻头 ( 118、 165 mm) 的寿命下降很多, 使用户为之困惑。另一方面, 由于推广不力,

14、用户量下降, 使制造厂也不愿多花气力, 于是形成一种恶性循环, 有可能使应用较好的 KY 120 型地下牙轮钻机及钻具,在不知不觉中消失。我国累计用于进口高气压潜孔钻机及钻具和附件的外汇不下数百万美元, 而用于科研的费用却不足进口费用的5% 。目前, 又处在科研体制转轨时期, 各科研单位都在为生存、发展而奔波, 顾不上对这两种地下穿孔设备及钻具的后续研制, 而实在近十个矿山有所应用; 接着又在 KY170A际却又需要解决这方面的问题, 我们不可能型地下牙轮钻 及 MX 170 型钻 头上有新的长期依赖进口, 而把这一市场让与外人。作进展, 取得了较好的成果。随后又在 KY1者很愿看到有关单位把这两种地下穿孔设备型向下扩孔牙轮钻机研制中有所创新, 其发展的势头是较好的; 地下牙轮钻机在试用推广中, 确有它的特具的优点。它的能量转化及钻具的研制水平更提高一步, 给矿山提供一种更好的钻机与钻具, 使矿山与