劉溫泉

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司紫金山金銅礦)

·材料·裝備·

Boomer 281鑿巖臺(tái)車在紫金山金銅礦的應(yīng)用

劉溫泉

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司紫金山金銅礦)

某礦原采掘設(shè)備比較落后，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境空氣質(zhì)量差，掘進(jìn)效率低下，安全得不到很好保障，為此引進(jìn)新型的液壓鑿巖臺(tái)車、撬錨臺(tái)車等高效智能的無(wú)軌采掘設(shè)備，打造安全高效的現(xiàn)代化礦山。以某礦深部開(kāi)拓巷道作為Boomer 281單臂掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車作業(yè)點(diǎn)，利用鑿巖臺(tái)車掘進(jìn)速度快、鉆孔精確度高、施工安全性高等優(yōu)點(diǎn)，縮短掘進(jìn)循環(huán)的鑿巖和輔助作業(yè)時(shí)間，提高效率，節(jié)約成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證礦山的高效安全生產(chǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

鑿巖臺(tái)車 爆破數(shù)據(jù) 掏槽方式 成本分析

紫金山金銅礦目前正處在“金退銅進(jìn)”的重要轉(zhuǎn)型期，地下開(kāi)采銅礦資源將逐步取代露采，而地下開(kāi)采巷道掘進(jìn)采用YT型氣腿式鑿巖機(jī)，效率低下，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，為此，2014年礦山引進(jìn)了Atlas Copco Boomer 281單臂掘進(jìn)鑿巖臺(tái)車，使井下采掘設(shè)備的配置更加合理。為了充分應(yīng)用臺(tái)車，礦山特別成立了采掘隊(duì)，做好了設(shè)備到位后的人員培訓(xùn)、爆破設(shè)計(jì)等各項(xiàng)前期準(zhǔn)備工作。鑿巖臺(tái)車在掘進(jìn)中能夠提高巷道成型，減少圍巖損傷和松動(dòng)，減少安全隱患，為打造本質(zhì)安全型現(xiàn)代化礦山奠定基礎(chǔ)。

1 工程概況

銅礦資源綜合利用深部5 000 t/d項(xiàng)目主要是開(kāi)采紫金山+100～-100 m礦體，深部Ⅺ銅礦帶位于銅金礦區(qū)西北礦段0#礦帶下盤(pán)，為大型銅礦床。礦床工程地質(zhì)條件屬堅(jiān)硬-半堅(jiān)硬塊狀巖類為主、局部夾薄層軟弱巖石的簡(jiǎn)單類型。+100～-100 m 銅礦床主要埋藏于潛水面以下的原生帶中，裂隙發(fā)育程度較弱。銅礦體與頂?shù)装鍑鷰r性質(zhì)相同；礦巖穩(wěn)定性好，抗壓強(qiáng)度高。礦石自然類型主要為原生礦，不結(jié)塊，不自燃。巖石硬度系數(shù)f=8～10，個(gè)別地段達(dá)到10以上。

鑿巖臺(tái)車主要作業(yè)地點(diǎn)為深部-50 m中段，掘進(jìn)巷道斷面為1/3三心拱，4 m×3.8 m，斷面面積為14.47 m2。掘進(jìn)21#礦房鑿巖硐室，正北方向?yàn)檎戮蜻M(jìn)，坡度為2.89%，正南方向?yàn)樨?fù)坡掘進(jìn)，坡度為-1%。

2 臺(tái)車特性概述

(1)鑿巖臺(tái)車單循環(huán)進(jìn)度快，鉆孔進(jìn)尺最大達(dá)3.4 m，提供了較為先進(jìn)的性能技術(shù)支撐[1]，同時(shí)臺(tái)車可以根據(jù)不同的巖石性質(zhì)，通過(guò)調(diào)節(jié)液壓鑿巖控制系統(tǒng)參數(shù)，使鑿巖機(jī)的扭矩、釬桿轉(zhuǎn)速、沖擊壓力以及推進(jìn)力等達(dá)到最佳鑿巖性能。

(2)安全性能高,鑿巖臺(tái)車操作室具有可自由升降的防護(hù)棚，操作人員在防護(hù)棚下操作較為安全，操作室距巷道掌子面有約5 m的安全距離，且視線好，易在鑿巖過(guò)程中觀察圍巖的變化情況，從硬件上和機(jī)械設(shè)計(jì)上增加了操作人員的安全系數(shù)[2]。

(3)臺(tái)車采用柴油-電力驅(qū)動(dòng)，行駛過(guò)程中由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓傳動(dòng)裝置，在100 m范圍內(nèi)可自由控制電纜長(zhǎng)度；鑿巖時(shí)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，提供工作油壓。液壓鑿巖機(jī)能量利用率高，輸出功率大，噪音小，工作面廢氣污染小。

(4)臺(tái)車采用液壓系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性可靠，特別是在沖擊、回轉(zhuǎn)、推進(jìn)回路中應(yīng)用了防卡閥，從而可達(dá)到最佳的鑿巖性能。Boomer 281鑿巖臺(tái)車主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 Boomer 281鑿巖臺(tái)車主要性能參數(shù)

3 鑿巖爆破設(shè)計(jì)

3.1 掏槽方式

根據(jù)巷道的圍巖條件，選擇平行空孔直線桶形掏槽方式，平行空孔直線掏槽孔均垂直工作面，且相互平行，其中幾個(gè)不裝藥的空孔作為輔助自由面和破碎巖石的補(bǔ)償空間[3]。直孔掏槽具有炮孔利用率高、破碎塊度均勻、鉆孔方便、準(zhǔn)確率高以及適用于不同巖性的優(yōu)點(diǎn)。

桶形掏槽采用4個(gè)φ76 mm空氣補(bǔ)償孔，1個(gè)裝藥炮孔，按照0.69的碎脹系數(shù)計(jì)算可滿足爆破后巖石破碎的碎脹要求。裝藥炮孔直徑為42 mm，4個(gè)空氣補(bǔ)償孔均勻布置在裝藥炮眼周圍[4]，間距為150 mm；2#炮眼間距為339 mm，距1#中心眼240 mm；3#擴(kuò)槽孔距離中心眼417 mm，孔間距為590 mm。掏槽孔布置見(jiàn)圖1。

圖1 掏槽孔布置(單位：mm)

3.2 炮孔布置

炮孔數(shù)目與掘進(jìn)斷面、巖石性質(zhì)、炮孔直徑、炮孔深度和炸藥性能等因素有關(guān)[5]。確定炮孔數(shù)目的基本原則是在保證爆破效果的前提下，盡可能減少炮孔數(shù)目，理論計(jì)算公式如下：

(1)

式中，N為炮孔數(shù)目，個(gè)；f為巖石堅(jiān)固性系數(shù)，取10；S巷道掘進(jìn)斷面面積，14.04 m2。

計(jì)算得出裝藥炮孔數(shù)為43個(gè)。

炮孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 炮孔布置(單位：mm)

3.3 爆破器材

采用膨化硝銨炸藥及乳化炸藥。膨化硝銨炸藥藥卷直徑為32 mm，長(zhǎng)200 mm，150 g/卷；乳化炸藥藥卷直徑為32 mm，長(zhǎng)200 mm，200 g/卷；雷管采用半秒延塑料導(dǎo)爆管雷管，段位為1～10段；起爆電源為高能脈沖起爆器。起爆順序及段別見(jiàn)表2，炮孔參數(shù)及裝藥量見(jiàn)表3。

表2 起爆順序及段別

表3 炮孔參數(shù)及裝藥量

4 鑿巖臺(tái)車掘進(jìn)爆破數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

4.1 鑿巖臺(tái)車效率

鑿巖臺(tái)車鉆鑿速度較快，按回轉(zhuǎn)→推進(jìn)→沖擊的操作順序鑿巖時(shí)，施工3.4 m的平均用時(shí)為150 s,即純鑿巖速度為1.6 m/min，是普通人工YT型氣腿式鑿巖機(jī)0.16 m/min的10倍；按底眼→周邊眼→1#中心眼→空氣補(bǔ)償孔→掏槽眼→輔助眼的順序施工，掘進(jìn)全斷面平均總用時(shí)為3.4 h，比普通人工鑿巖一排炮孔快35%～40%，并且隨著操作人員對(duì)鑿巖臺(tái)車性能的熟悉和操作水平的提高，鑿巖速度仍會(huì)進(jìn)一步加快。

4.2 實(shí)際施工進(jìn)度

正式投入使用17 d，共計(jì)34排炮孔，其中中段停電2個(gè)班次，補(bǔ)炮孔4個(gè)班次，臺(tái)車掘進(jìn)全斷面班次為28排炮孔，單班平均鑿巖時(shí)間為3.4 h，平均鑿巖進(jìn)尺為81 m，掘進(jìn)方量為1 137.24 m3，炮眼利用率均在85.8%以上，鑿巖與爆破效果較好。

4.3 巷道成型

鑿巖臺(tái)車的鉆孔精確度可保證掌子面炮孔的平、直、準(zhǔn)、齊，每個(gè)炮孔質(zhì)量較人工鑿巖有明顯地提高，特別是保證了巷道頂板的平整度與穩(wěn)定性，降低了頂板臨噴、掛錨網(wǎng)的難度，提高了巷道成型的質(zhì)量，減少了巷道的片幫與冒落的概率，在一定意義上節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4.4 材料消耗及施工成本

由于巷道的堅(jiān)固性系數(shù)較大，鑿巖臺(tái)車的鉆頭磨損度高，致使平均一排炮孔需要更換一個(gè)鉆頭，鉆頭消耗量較大；巷道底板凹凸不平，在施工底眼時(shí)，臺(tái)車前臂上的液壓油管與底板摩擦，導(dǎo)致油管破裂的幾率增加；鑿巖臺(tái)車屬于先進(jìn)設(shè)備，要求司機(jī)具有比較高的操作水平，人工費(fèi)用較高；巷道巖石堅(jiān)固性系數(shù)較高，也是造成火工品成本較高的主要原因；井下開(kāi)采銅礦使得鑿巖臺(tái)車用水含酸性，具有強(qiáng)腐蝕性，造成水封消耗過(guò)大；鑿巖臺(tái)車的COP 1838型液壓鑿巖機(jī)的沖擊頻率與振動(dòng)大，使連接在鑿巖機(jī)上的釬尾與膠套在長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)下造成損壞。具體指標(biāo)見(jiàn)表4～表6。

表4 鑿巖爆破指標(biāo)完成情況

表5 主要材料消耗情況

表6 施工成本分析

5 施工要求與保障措施

(1)保證掏槽眼及空氣補(bǔ)償孔的施工質(zhì)量。掏槽眼及空氣補(bǔ)償孔的施工質(zhì)量直接決定了整排炮孔的爆破成功率，由于掏槽眼與空氣補(bǔ)償孔的間距較小，必須充分利用臺(tái)車精確定位功能，不得過(guò)分扭動(dòng)大小臂，保證掏槽眼位置及角度的精確性。

(2)保證巷道施工質(zhì)量。施工前必須將上一排炮孔爆破后留在底板上的殘?jiān)猛诰驒C(jī)排除干凈，確保迎頭面5 m以內(nèi)的距離均為實(shí)底，以保證臺(tái)車施工底眼時(shí)的精確度，另外嚴(yán)格按照中腰線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布眼施工，提高巷道成型質(zhì)量。

(3)保證單班可施工多個(gè)作業(yè)面是滿足鑿巖臺(tái)車快速掘進(jìn)，提高設(shè)備利用率的關(guān)鍵。為此，必須做好多個(gè)工作面的勞動(dòng)組織與現(xiàn)場(chǎng)施工管理工作，從而減少設(shè)備閑置及鑿巖輔助作業(yè)時(shí)間。

(4)加強(qiáng)臺(tái)車的維護(hù)與保養(yǎng)工作。對(duì)鑿巖臺(tái)車進(jìn)行日檢、周檢、月檢，按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行強(qiáng)制性集中維修保養(yǎng)[2]，完善《鑿巖臺(tái)車操作維護(hù)檢修規(guī)程》、《鑿巖臺(tái)車操作保養(yǎng)考核細(xì)則》等，同時(shí)組建專門(mén)的臺(tái)車維修服務(wù)隊(duì)，加強(qiáng)配件采購(gòu)管理，以保證臺(tái)車充分發(fā)揮性能，減少故障率，確保施工進(jìn)度。

6 結(jié) 語(yǔ)

Boomer 281鑿巖臺(tái)車的應(yīng)用提高了巷道施工的工程質(zhì)量，減少圍巖的爆破破壞，改善了鑿巖司機(jī)的作業(yè)條件，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了操作工的操作技能與維修技能，為高效現(xiàn)代設(shè)備在紫金山金銅礦的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公司的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義。同時(shí)，以液壓式鑿巖臺(tái)車為核心設(shè)備的大斷面掘進(jìn)工藝必將推動(dòng)礦山現(xiàn)代化進(jìn)步。

[1] 王運(yùn)敏.中國(guó)采礦設(shè)備手冊(cè)[M].北京，科學(xué)出版社，2007.

[2] 梁戰(zhàn)金.復(fù)雜地質(zhì)條件下液壓鑿巖臺(tái)車快速掘進(jìn)技術(shù)[J].山西建筑，2010，36(21)：308-309.

[3] 王明林.鑿巖爆破[M].沈陽(yáng).東北大學(xué)出版社，1991.

[4] 陳鵬剛，孫福森.李樓鐵礦硬巖巷道掘進(jìn)實(shí)踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(4)：101-102.

[5] 楊小林.地下工程掘進(jìn)與采礦爆破[M].北京.冶金工業(yè)出版社，1999.

Application of Boomer 281 Drilling Jumbo in Zijinshan Gold-Copper Mine

Liu Wenquan

(Zijinshan Gold-Copper Mine, Zijin Mining Group Co., Ltd.)

Due to the disadvantages of relative backwardness of original mining equipments, high labor intensity of workers, poor quality of air around, low tunneling efficiency and low safety in a mine, the efficient and intelligent trackless mining equipments such as the new type hydraulic drilling jumbo and anchor car are adopted to conduct the construction of safety and high efficiency modern mine. The deep development roadway is taken as the operation point of Boomer 281 one-armed tunneling drilling jumbo, based on the advantages of high tunneling velocity, high drilling precision and construction safety of the drilling jumbo, the drilling time and auxiliary operation time of driving circulation are shortened, the drilling efficiency is improved, the cost is reduced, the labor intensity is lowered, therefore, the safety and high efficiency mining production can be ensured and the significant economic benefits and social benefits can be obtained.

Drilling jumbo, Blasting data, Cutting method, Cost analysis

2015-05-06)

劉溫泉(1985—)，男，助理工程師，364200 福建省上杭縣臨江鎮(zhèn)人民路163號(hào)。