▊ 文/武 懋

傳統(tǒng)露天礦鉆機護孔工作由人工持手耙完成，工作過程中存在護孔效率低、護孔質(zhì)量差等缺點。同時，護孔過程中，大量的巖塵危害工作人員職業(yè)健康。為了解決上述問題，特研制一種露天礦鉆機護孔機械裝置，該裝置相比人工護孔具有護孔效率高、護孔質(zhì)量優(yōu)、抑制巖粉倒灌效果明顯等優(yōu)點，現(xiàn)場應用效益顯著。

一、露天礦鉆機護孔機械裝置基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.露天礦鉆機護孔機械裝置結(jié)構(gòu)設計

露天礦鉆機護孔機械裝置由護孔堵頭、護孔密封墊、護孔鉆桿、護孔防土罩、護孔扇葉、護孔動力接口構(gòu)成。露天礦鉆機護孔機械裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 護孔裝置結(jié)構(gòu)簡圖

（1）護孔堵頭。其形狀設計參考鉆機鉆頭，其功能一方面是護孔機械裝置下放至鉆孔過程中，減少阻力；另一方面，是在護孔過程中，阻止巖粉倒灌至鉆孔中。護孔堵頭直徑為23cm，采用榫卯結(jié)構(gòu)和高強度鋼固定在護孔鉆桿上。護孔堵頭與護孔鉆桿間有一定的靈活度，主要為了防止在護孔過程中，護孔裝置下放至鉆孔中非垂直，動力裝置運轉(zhuǎn)時導致護孔堵頭或者護孔鉆桿損壞。

（2）護孔密封墊。采用螺栓緊固在護孔堵頭上，其形狀為圓形，側(cè)面開出凹槽。其功能主要是在護孔過程中，防止巖粉倒灌至鉆孔中。

（3）護孔鉆桿。護孔鉆桿是護孔裝置的核心部件，作為通軸連接護孔裝置其他部分。護孔鉆桿的直徑為18cm，采用高強度碳鋼制成，能延長使用時間，可應用于大型露天礦長時間的護孔工作。

（4）護孔防土罩。主要功能是防止巖塵倒灌回鉆孔中。采用可移動的設計方式，當護孔堵頭下探至鉆孔中，隨著護孔鉆桿的下沉，護孔防土罩會緩慢上移，將下落的巖塵阻擋在其頂部。當護孔鉆桿開始旋轉(zhuǎn)，滯留在護孔防土罩上方的巖土，由護孔扇葉逐步清除。

（5）護孔扇葉。采用高碳鋼材料制作，同時采用激光焊接技術將其焊接在護孔鉆桿上。其渦狀設計可將鉆孔周圍的巖土按圓形軌跡逐步排開，實現(xiàn)以鉆孔為中心，護孔扇葉為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)巖土平整，且與鉆孔水平；圓形區(qū)域外巖土堆落規(guī)則，高度高于圓形區(qū)域內(nèi)部。

（6）護孔動力接口。其動力模式為液壓驅(qū)動，動力源為一臺輪式挖機。輪式挖機具有作業(yè)速度快、機動性能好、操作輕便、可更換不同的工作裝置等優(yōu)點，還可完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。

2.露天礦鉆機護孔機械裝置工作原理

護孔行走裝置采用輪式挖機，通過靈活的行走、轉(zhuǎn)向與調(diào)整動臂可以精確對準孔位，通過護孔堵頭與護孔防土罩使護孔鉆桿垂直于地面，實現(xiàn)護孔堵頭中心與鉆孔同心。

這時，開啟挖機上的動力泵做勻速下降運動，同時開啟動力泵液壓進口，護孔葉片做勻速回轉(zhuǎn)運動，做螺旋下降運動的工作扇葉片按照一定厚度的切片勻速下切，巖粉均勻向外流動，護孔扇葉將鉆孔周圍的巖土按圓形軌跡逐步排開，實現(xiàn)以鉆孔為中心，護孔扇葉為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)巖土平整，且與鉆孔水平；圓形區(qū)域外巖土堆落規(guī)則為：高度高于圓形區(qū)域內(nèi)部，巖粉形成環(huán)狀擋水墻。

到清理巖粉見硬底時，關閉液壓進口，這樣就完成了一個鉆孔的孔口巖粉護孔工作。無論做下降運動或者上提運動，護孔防塵墊和護孔防土罩都能有效阻止巖粉倒灌至鉆孔中。

二、露天礦鉆機護孔機械裝置的優(yōu)點

露天礦鉆機護孔機械裝置優(yōu)點主要體現(xiàn)在提高護孔效率、減少粉塵對職工職業(yè)健康的危害、護孔質(zhì)量標準化三個方面。

1.提高了護孔效率

當前，護孔職工采用手耙裝置進行護孔，由于護孔勞動量大、工作環(huán)境惡劣，操作人員隨著體力消耗，護孔效率和質(zhì)量變得越來越差。而鉆機護孔機械裝置以B75S型挖機為動力單元，將護孔時長縮短為人工護孔時長的五分之一，遠高于人工護孔效率。

2.減少粉塵對職工職業(yè)健康的危害

露天礦生產(chǎn)作業(yè)中，煤灰和巖粉是對職工職業(yè)健康危害較為嚴重的物質(zhì)，護孔工人受其危害最重。為了避免粉塵對護孔工人的職業(yè)健康危害，護孔工人只能佩戴口罩進行防護。而采用新設備工藝后，護孔機械裝置司機坐在駕駛室內(nèi)，避免了與粉塵的近距離接觸，減少了粉塵對職工職業(yè)健康的危害。

3.護孔質(zhì)量標準化

人工持手耙的護孔質(zhì)量無法實現(xiàn)標準化，護孔形狀千奇百態(tài)。同時，巖粉倒灌情況十分嚴重，極度影響穿爆效果。穿爆進行考核主要考慮三個問題：爆破次危害、爆堆形狀、根底率和大塊率。巖粉倒灌嚴重，影響鉆機穿孔孔底高程，在爆破時產(chǎn)生大量大塊，臺階深孔爆破效果差。而護孔機械裝置護孔的形狀規(guī)范、標準，其采用的護孔防土罩可抑制巖粉倒灌，精準控制穿孔孔底高程和護孔質(zhì)量，為優(yōu)質(zhì)爆破創(chuàng)造了條件。

三、實驗結(jié)果

為了驗證露天礦鉆機護孔機械裝置在實際生產(chǎn)中的可行性，以某露天煤礦1290平盤為試驗地點進行試驗，1290平盤共有鉆孔500個（包含正孔和探孔）。人工護孔和機械裝置護孔參數(shù)對比見表1。

表1 人工護孔與機械裝置護孔參數(shù)對比

從表1各項實驗參數(shù)中可以看出，露天礦鉆機護孔機械裝置無論從護孔質(zhì)量還是護孔效率都要優(yōu)于人工護孔。機械裝置護孔的見巖率可達100%，而人工護孔的見巖率為80%；機械裝置臺階高度是人工護孔的2倍；巖粉回流量是穿孔爆破的重要指標，人工護孔是50cm，而機械裝置護孔是10cm，機械裝置護孔指標更優(yōu)；機械裝置護孔的巖粉堆形態(tài)標準化，護孔質(zhì)量要高于人工護孔，且護孔效率高?，F(xiàn)場實驗情況對比如圖2所示。

圖2 機械裝置護孔和人工護孔對比

經(jīng)濟效益方面，護孔助手的時薪為45元/h，其完成500個護孔工作需要41.7h，共需支付1876.5元。而采用護孔裝置其耗油量為5L/h，柴油價格按8元/L計算，其完成500個護孔工作需要8.3h，共需花費332元。機械裝置每完成500個護孔工作相比人工可以節(jié)省1544.5元。按全隊每月護孔30000個計算，每月可以節(jié)省92670元。

四、結(jié)語

露天礦鉆機護孔機械裝置作為露天開采的輔助設備，護孔效率高，護孔質(zhì)量優(yōu)，經(jīng)濟效益顯著，且護孔工作裝置可以抑制巖粉倒灌效果明顯。同時，作業(yè)時應用本護孔裝置可極大地減少粉塵對職工的職業(yè)危害。本裝置的各方面性能均可以取代人工護孔作業(yè)，符合礦山“機械化減人”的發(fā)展趨勢。