露天煤礦穿孔設備選型柯良雄;海瑞;楊生成【摘要】通過對礦山常用穿孔設備對比，分別對設備動力、成本和工作效率進行分析，綜合現有穿孔設備的優(yōu)缺點,對技術成熟的牙輪鉆機和潛孔鉆機做以簡要敘述，為礦山選擇穿孔設備提供參考數據.【期刊名稱】《露天采礦技術》【年(卷)，期】2015(000)011【總頁數】3頁(P42-44)【關鍵詞】設備選型;動力;成本【作者】柯良雄;海瑞;楊生成【作者單位】神華集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏石嘴山753004;神華集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏石嘴山753004;神華集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏石嘴山753004【正文語種】中文【中圖分類】TD422.1隨著露天采礦技術的不斷發(fā)展，采礦設備的配備要求越來越高。穿孔在露天礦做為首道工序，穿孔成本約占每噸采掘物開采總成本的16%~36%。選擇好穿孔設備，對整個露天礦的生產具有重要意義。于是根據鉆機性能的不同和礦山開采工藝和地質條件的不同，要有針對性的對穿孔設備選型。穿孔設備的選擇除了遵循前述原則和按規(guī)模確定設備規(guī)格等級外，在選擇某種具體設備還應仔細研究設備的結構特點、技術性能、材質情況和制造工藝等［1］。穿孔設備選型的依據為：①考慮礦山開采規(guī)模，根據規(guī)模大小決定設備選擇；②根據地質構造不同，和礦山具體條件選擇；③根據采剝總量和開采工藝；④考慮礦山動力條件。動力源往往決定選用鉆機的類型；⑤穿孔設備與裝載設備配比；⑥設備工作效率及成本管控。1鉆機的分類1） 鉆機按結構分為架式鉆機和臂式鉆機。也就是牙輪鉆機、潛孔鉆機和鑿巖機。架式鉆機適應較大工作面，臂式鉆機適應較多工作要求，鉆機選擇設備要適應生產礦井的規(guī)模、地質構造，生產條件等［2］。2） 鉆機根據動力分為燃動鉆機和電動鉆機。燃動鉆機以發(fā)動機作為動力源，電鉆鉆機主要電動機作為動力源。燃動鉆機移動方便，出動率高，適應較多工作面；電動鉆機需礦坑高壓環(huán)線和移動變壓器，壽命長，故障率低，適應較多工作面［2］。2鉆機動力的選擇1） 燃動鉆機不受電源限制，移動方便，正常作業(yè)涉及的輔助工種人員少，方便管理和生產組織，出動率遠高于電動鉆機（30%以上）。但是燃動鉆機每250h需對發(fā)動機及重點部位維護保養(yǎng)，并且定期需對發(fā)動機檢修，費用較高。2） 電動機壽命較長，故障低，維護簡單，使用成本較低。但是電動鉆機較燃動鉆機的采購成本高15%。電動鉆機需礦坑高壓環(huán)線、移動變壓器及尾纜，并且電動鉆機長距離移動需發(fā)電車。從動力方面選擇鉆機，需充分考慮礦井動力源及礦井規(guī)模，若礦井沒架空線時只能選擇燃動鉆機，在選擇燃動鉆機時，還需考慮礦井開采總量大小及工作面復雜情況，如需移動頻繁，開采量較小，可根據具體情況考慮選擇潛孔鉆機［3-4］。3鉆機穿孔成本的計算穿孔成本由鉆機耗能成本（耗電或耗油）、鉆具成本、保養(yǎng)維修成本、人工成本和設備折舊費等構成，耗電或耗油是穿孔成本中占比例最大的。以250mm孔徑、563kW、f6、穿孔效率50m/h的鉆機為例。耗油和耗電單位成本對比見表1，以年進米20萬m的耗電和耗油成本對比見表2。表1耗油和耗電單位成本對比表單位成本/（元?m-1）耗油單位計算耗電單位計算類別每小時消耗單價每小時穿孔米數/（m-h-1）80L563kW6元/L0.5元/h50m/h509.605.63表2以年進米20萬m的耗電和耗油成本對比類別單位成本/（元?m-1）年進米數/萬m合計/萬元耗油成本耗電成本9.605.632020192.0112.61）鉆機的保養(yǎng)費用對比。電動鉆機的主電機的月維護保養(yǎng)僅為對其軸承加注潤滑脂，費用幾乎可以不計。燃動鉆機的發(fā)動機的月（250h）維護保養(yǎng)內容包括更換機油、空氣濾芯、機油濾、水濾、燃油濾等，755HP（1HP=0.75kW）發(fā)動機每次保養(yǎng)費用月約3000元，年費用3.6萬元。2）電動鉆機與燃動鉆機工作量的量化計算。以鉆機年300d（6000h）計劃時間為例：電動鉆機年實際工作時間為2700h；燃動鉆機年實際工作時間為4500h。如以穿孔效率50m/h計算燃動鉆機年總進米22.5萬m，電動鉆機年總進米13.5萬m。從成本計算來看，電動鉆機使用成本較少，由于鉆機移動需拖拽電纜等因素，穿孔效率不及燃動鉆機；燃動鉆機使用成本較高，移動方便，穿孔效率較高。所以選擇燃動鉆機和電動鉆機需要充分考慮礦山動力條件及采場工作面狀況，根據實際條件，從優(yōu)選擇穿孔設備［2,5］。4鉆孔直徑的優(yōu)化選擇設計和生產中，可按照礦山采剝總量與鉆孔直徑的關系，并結合挖掘機斗容與鉆孔直徑的關系選擇鉆機［6］。剝離總量和鉆孔直徑對比見表3。200mm和250mm孔徑鉆機的產能對比見表4。250mm和310mm孔徑鉆機的產能對比見表5。表3剝離總量和鉆孔直徑對比采剝總量/萬t鉆孔直徑/mm400~500600~5001500~20003000~4000140~250250~250310~380380~450表4200mm和250mm孔徑鉆機參數對比孔徑/mm200250爆破孔布孔參數/(mxm)7x76x86x77x88x88x9平均爆破延米/(m3?m-1)2846表5250mm和310mm孔徑鉆機參數對比孔徑/mm50310爆破孔布孔參數/(mxm)7x88x88x97x118x10平均爆破延米/(m3?m-1)46.060.5礦山常用鉆孔直徑是140~310mm。下面將通過數據比對，對直徑200、250、310mm的穿孔設備進行分析說明。)250mm孔比200mm孔爆破延米高約40%。這表明在相等爆破總量時，250mm鉆機鉆孔總進米比200mm鉆機需鉆孔總進米少40%;假設這2種鉆機年生產能力相同，那么一定的爆破總量前提下，250mm鉆機的需求數量是200mm鉆機需求數量的0.8倍或250mm鉆機需求數量是250mm鉆機的需求數量的1.4倍。)310mm孔比250mm孔爆破延米高約20%。這表明在相等爆破總量時，310mm鉆機鉆孔總進米比250mm鉆機需鉆孔總進米少20%;假設這2種鉆機年生產能力相同，那么一定的爆破總量前提下，310mm鉆機的需求數量是250mm鉆機需求數量的0.8倍或250mm鉆機需求數量是310mm鉆機的需求數量的1.2倍。并結合礦山工作面條件和開采工藝，對照穿孔設備和裝運設備配備，考慮選擇孔徑多大的穿孔設備。5根據鉆機的適應工況選擇1)鑿巖機主要以孔徑小于127mm孔深小于20m巖石硬度在F10的礦巖；潛孔錘鉆機主要以250cm及以下的孔，孔深小于150m，巖石硬度在F10以上礦巖。潛孔錘鉆機不適用270mm以上孔徑的硬巖穿孔，其原因是鉆具(鉆頭及潛孔錘)消耗太大，穿孔成本高而導致效益差；牙輪鉆機主要以孔徑在152-406mm范圍內，巖石硬度在F8以下的礦巖，孔深小于76m。牙輪鉆機適合270mm以上孔徑的硬巖穿孔，原因是大直徑的鉆頭單位耐壓強度提高了30%，容許對鉆頭施加更大的軸壓，穿孔效益較好。穿孔速度與穿孔效益成正比；大孔徑硬巖孔穿孔由于潛孔錘成本本身較大，穿孔速度雖較牙輪鉆頭快，但穿孔成本同比牙輪鉆頭穿孔高許多，穿孔效益較差［2］。2)潛孔鉆機與牙輪鉆機的比較選擇。牙輪鉆機在穿孔時，要發(fā)揮最大的穿孔速度必須投入最大的進給力及最大的回轉扭矩，整機震動較大，機械結構件及機械傳動件較易因沖擊載荷強烈而較快疲勞損壞。尤其是電傳動鉆機，它不具備全液壓傳動鉆機所擁有的吸震能力。并且牙輪鉆頭因鉆頭軸承的原因，不能夠無限加大鉆頭負載，在相對堅硬的礦巖上其穿透能力被限制，穿孔效率較低；在相對軟的礦巖上，鉆齒較易穿透礦巖，而相對鉆桿公轉而快速自轉的三牙輪上的鉆齒可更快地破碎礦巖，穿孔效率較高。潛孔錘鉆機在穿孔時，要發(fā)揮最大穿孔速度僅需發(fā)揮潛孔錘對鉆頭最大的沖擊功率，回轉功率及進給功率只需輸出30%左右。整機震動極小，相對于牙輪鉆機而言鉆機壽命較長。并且潛孔錘鉆頭在較硬的礦巖上由于其被施加強大的沖擊載荷，礦巖體較易穿透，穿孔效率較高；在相對軟的礦巖上，其沖擊能量被礦巖吸收，破碎礦巖的速度反會降低［2］。6鉆機的其他選擇1)鉆架的選擇。目前國際范圍使用鉆機的鉆架如下：30Ft(9.1m)、35Ft(10.7m)、40Ft(12.2m)、50Ft(15.2m)、60Ft(18.3m)、65Ft(19.8m)。因此，選擇需考慮孔深(臺階高度)、鉆機的投資回報、操作安全性、維修的安全性。單桿一次成孔鉆機-高鉆架為50Ft(15.2m)、60Ft(18.3m)、65Ftt19.8m)；低鉆架為30Ft(9.1m)、35Ft(10.7m)、40Ft(12.2m)。根據排渣分量，選擇壓風機。壓風機排風量與穿孔設備工作效率密切相關。目前鉆機主要以螺桿式壓風機為主，采用低風壓(0.3~0.7MPa)、大風量把鉆機孔內的巖渣排出。于是，可根據鉆機排風量，來選擇壓風機大小。鉆機所需排渣風量的分析和計算可按下式計算：式中：Q為排風量，m3/min;D為鉆桿外徑，mm;d為鉆桿內徑，mm;k為考慮漏風量的系數，取k=1.1~1.5。除塵方式的選擇。選擇鉆機還需考慮除塵方式。目前除塵方式有干式除塵和水除塵2種，干式除塵使用成本高，水除塵鉆頭壽命縮短30%。7結語隨著礦山機械化程度的越來越先進，開采設備逐漸大型化，數字化，于是設備選型尤為重要。穿孔設備的選型首先需根據礦坑有無高壓線及礦山開采規(guī)模來選擇設備的動力，再根據工作面條件和設備匹配，對穿孔效率進行核算，綜合考慮經濟效益，合理選擇設備，可更好的發(fā)揮設備性能，從而起到降低成本，提高企業(yè)經濟效益的目的。參考文獻：[1]鄭友毅.我國露天煤礦半連續(xù)開采工藝的應用和發(fā)展策略[J].煤炭學報，2011(5).[2]李天成.最新礦山采礦機械實用技術手冊[M].北京：北京礦業(yè)出版社，2