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礦資源開采:天井鉆機(jī)在礦山中的應(yīng)用
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展,低人工成本的時(shí)代已成為過去,安全生產(chǎn)的理念不斷深入人心,“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無人”,已經(jīng)成為國內(nèi)各大礦山企業(yè)所面臨的一個(gè)重大課題。天井鉆機(jī)全稱天井牙輪鉆機(jī),主要針對(duì)金屬礦山地下開采,解決各類溜礦井、通風(fēng)井、切割井及各類措施天井施工的需要。天井鉆機(jī)的應(yīng)用極大地降低了安全風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)成本,本文對(duì)天井鉆機(jī)施工的數(shù)十天、溜井的使用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)和介紹。
目前,天井鉆機(jī)的應(yīng)用已相當(dāng)普及,在許多國家已經(jīng)取代傳統(tǒng)的天井鑿巖爆破法。與一般的天井掘進(jìn)方法相比,天井鉆機(jī)掘進(jìn)具有施工安全、成井周期短、縮短水平巷道掘進(jìn)工作量、井壁光滑、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。隨著各大品牌大直徑大扭矩天井鉆機(jī)的日趨完善,現(xiàn)在天井鉆進(jìn)技術(shù)不僅只限于地下礦山鉆進(jìn)天井,國外天井鉆機(jī)早已成功地用于水平鉆進(jìn)。例如,英吉利海峽兩條主隧道之間的多條水平聯(lián)絡(luò)巷道就是用Tamrock公司生產(chǎn)的Rhino天井鉆機(jī)鉆成的;煤炭系統(tǒng)用鉆進(jìn)法鉆進(jìn)大型煤倉和大直徑豎井掘進(jìn)用的超前井;鐵路隧道和電站工程中的通風(fēng)井、地下倉庫鉆進(jìn)運(yùn)輸通道和豎井等。
采用低矮型鉆機(jī)會(huì)降低鉆機(jī)工作峒室的開挖費(fèi)用,且容易組裝、搬運(yùn),世界地下礦山(尤其是中、小型礦山)將會(huì)增加這類鉆機(jī)需求量。隨著工業(yè)的進(jìn)步和技術(shù)的不斷創(chuàng)新,天井鉆機(jī)的使用范圍在不斷擴(kuò)大,也一定能滿足人們對(duì)其性能的更高要求。
天井鉆機(jī)概述
天井鉆機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)破巖成孔并能反向擴(kuò)孔的井筒式開挖機(jī)械設(shè)備。天井鉆機(jī)掘進(jìn)是指用天井鉆機(jī)和擴(kuò)孔刀頭刀具完成天井掘進(jìn)作業(yè)的方法。目前,天井鉆機(jī)掘進(jìn)的施工過程全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化并在天井外進(jìn)行作業(yè)。天井鉆機(jī)掘進(jìn)法與其他天井掘進(jìn)法比較,具有掘進(jìn)速度快、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、作業(yè)安全、勞動(dòng)強(qiáng)度低、并可實(shí)現(xiàn)微機(jī)遙控等優(yōu)點(diǎn)。但天井鉆機(jī)價(jià)格高,一般礦山難以購置。并且如果管理不善,單位進(jìn)尺的成本會(huì)很高。
按鉆進(jìn)方式分為上擴(kuò)法、下擴(kuò)法和全斷固上向鉆進(jìn)法三種。按照不同的鉆進(jìn)方式,天井鉆機(jī)大致分為標(biāo)準(zhǔn)天井鉆機(jī)、反循環(huán)天井鉆機(jī)和盲天井鉆機(jī)。
標(biāo)準(zhǔn)天井鉆機(jī)安裝在預(yù)鉆進(jìn)筒的上水平或地表。先用牙輪鉆頭向下鉆一個(gè)直徑為200-300 mm的導(dǎo)向孔??淄ê?,在下水平更換擴(kuò)孔刀頭,然后再由下至上搞成直徑為0.5-6 m的天井。
反循環(huán)天井鉆機(jī)的鉆進(jìn)方式與標(biāo)準(zhǔn)天井鉆機(jī)相反。鉆機(jī)安裝在下水平,向上鉆導(dǎo)向孔,在上水平更換擴(kuò)孔刀頭,由上至下擴(kuò)孔。但這種鉆機(jī)擴(kuò)孔時(shí)排碴比較困難,也有安裝、操作不便等問題存在。
盲天井鉆機(jī)一般安裝在下水平。采用盲孔刀頭向上全斷面鉆進(jìn),直接成井,無需鉆導(dǎo)向孔。也有盲天井鉆機(jī)通過有線或無線遙控,邁步進(jìn)入井內(nèi)鉆進(jìn),不需要鉆桿,鉆進(jìn)傾角擴(kuò)大到可鉆進(jìn)水平井。
國內(nèi)外天井鉆機(jī)的發(fā)展概況
1950年代,一些國家開始采用天井鉆機(jī)掘進(jìn),到1980年代已經(jīng)可以鉆鑿直徑為6 m、深度為1 000 m的天井。綜合成井速度為2-4 m/班。1960年代我國開始研究天井鉆進(jìn)法,1970年代后期開始應(yīng)用于生產(chǎn)。先后研制應(yīng)用了普通型和低矮型兩種天井鉆機(jī),其中低矮型應(yīng)用較多,可鉆鑿直徑為1-2 m、深度100-120 m的天井。當(dāng)巖石堅(jiān)固性系數(shù)為12-14時(shí),導(dǎo)孔的鉆速為5-7 m/h,擴(kuò)孔速度為1-1.5 m/h,天井偏斜率小于1%,1980年代后期,我國天井鉆機(jī)的整機(jī)加工質(zhì)量和技術(shù)性能指標(biāo),以及破巖刀具的材質(zhì)和耐用程度,都有較大提高,從而為進(jìn)一步擴(kuò)大天井鉆機(jī)的應(yīng)用范圍創(chuàng)造了條件。
美國于1962年開始應(yīng)用天井鉆機(jī),到1990年代初,國外地下礦山用鉆進(jìn)法掘進(jìn)各種用途天井得到迅速推廣,天井鉆機(jī)得到卓有成效的應(yīng)用。鉆進(jìn)法實(shí)際上已取代了普通掘進(jìn)法,使用區(qū)域的分布主要集中在澳大利亞、加拿大、墨西哥、南非、美國和贊比亞等地。
隨著世界采礦向深部發(fā)展,采礦方法不斷改變,使中段高度有繼續(xù)增加的趨勢(shì),原來的掘進(jìn)方式已不能適應(yīng)要求。因此,近幾年來,國外各主要制造廠為深部開采和堅(jiān)硬巖石制造了大扭矩大推拉力的天井鉆機(jī)。隨著天井鉆機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,天井鉆機(jī)功率已由75kW發(fā)展到750kW,擴(kuò)孔孔徑可達(dá)7.1m,鉆孔深度達(dá)到1500m。
我國天井鉆機(jī)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展
電驅(qū)動(dòng)天井鉆機(jī)
國外電驅(qū)動(dòng)天井鉆機(jī)使用十分廣泛。曾有資料顯示,Robibns公司銷售的217臺(tái)天井鉆機(jī)中有118臺(tái)為電驅(qū)動(dòng)天井鉆機(jī),占總數(shù)的54%以上。因?yàn)?,與液壓驅(qū)動(dòng)相比,電力驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)顯著。節(jié)能省電、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。由于液壓驅(qū)動(dòng)比電動(dòng)多一次能量轉(zhuǎn)換,液壓元件的效率又比較低,加上液壓系統(tǒng)的背壓要多損失5%-8%的能量,導(dǎo)致液壓驅(qū)動(dòng)比電驅(qū)動(dòng)多損失20%-28%的能量。壽命長。由于技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展,雖然國內(nèi)電動(dòng)機(jī)壽命與容量較大的油泵和油馬達(dá)的壽命差不多,但大流量高壓膠管屬于消耗品,其壽命與電動(dòng)機(jī)相較差了很多,需要經(jīng)常更換,因此核算下來還是電驅(qū)動(dòng)天井鉆機(jī)的壽命長一些。另外,電驅(qū)動(dòng)的天井鉆機(jī)還具有故障少、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高、維修費(fèi)用低、油耗少等特點(diǎn)。因此從我國的配套水平、礦山使用維護(hù)能力和節(jié)能方面考慮,電驅(qū)動(dòng)天井鉆機(jī)比較符合國情,容易推廣。
發(fā)展斜天井鉆機(jī)
國內(nèi)許多礦山,特別是有色、黃金等礦山,其30°-50°的緩傾斜礦體所占比重相當(dāng)大,而煤礦的“上山、下山”僅在20°-30°之間,用普通方法掘進(jìn)斜天井極為困難。因此,發(fā)展斜天井鉆機(jī)很有必要。
發(fā)展盲天井鉆機(jī)據(jù)
統(tǒng)計(jì),我國有色金屬地下礦山每年所需掘進(jìn)不同規(guī)格及用途的天井可達(dá)25萬m,其中盲天井工程約占天井工程量近20%,某些礦山由于采礦方法的需要,盲天井工程量所占比例較高。因此盲天井掘進(jìn)已成為礦山生產(chǎn)急需解決的關(guān)鍵問題之一。用盲天井鉆機(jī)鉆天井,不但具有天井鉆機(jī)的高速、低耗、省力、安全等優(yōu)點(diǎn),還可為水平開拓帶來極大的方便,而且通用性大,既能鉆進(jìn)盲天井,又能鉆進(jìn)通天井,既能在堅(jiān)硬穩(wěn)固的巖層中鉆進(jìn),又能在松散破碎的巖層中鉆進(jìn)。
發(fā)展高天井鉆機(jī)
隨著采礦技術(shù)的發(fā)展,有些新出現(xiàn)的先進(jìn)采礦方法往往需要拉大中段高度,從而增加了天井的一次掘進(jìn)長度。尤其是一些需要改造的老礦山,有許多更長的天井需要掘進(jìn)。因此開發(fā)400m以上的天井鉆機(jī)也是大勢(shì)所趨。發(fā)展大直徑天井鉆機(jī)國外天井鉆機(jī)的成井直徑已達(dá)6.2 m,我國大、中型礦山也有許多直徑超過3m的天井,因此需要大力發(fā)展大直徑天井鉆機(jī)。開發(fā)自動(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)近些年來,電子計(jì)算機(jī)在我國發(fā)展很快。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到天井鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)的自動(dòng)控制上,用電腦來代替人工操作,根據(jù)鉆進(jìn)反饋的信息,自動(dòng)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù),以便在任何巖層和鉆進(jìn)深度均能獲得理想的穿孔速度和刀具壽命,并精確打印出各種鉆進(jìn)參數(shù)和指標(biāo)。為進(jìn)一步提高國產(chǎn)天井鉆機(jī)的技術(shù)水平,應(yīng)不斷開發(fā)并完善天井鉆機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
發(fā)展大直徑天井鉆機(jī)
國外天井鉆機(jī)的成井直徑已達(dá)6.2m,我國大、中型礦山也有許多直徑超過3m的天井,因此需要大力發(fā)展大直徑天井鉆機(jī)。
開發(fā)自動(dòng)鉆進(jìn)系統(tǒng)
近些年來,電子計(jì)算機(jī)在我國發(fā)展很快。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用到天井鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)的自動(dòng)控制上,用電腦來代替人工操作,根據(jù)鉆進(jìn)反饋的信息,自動(dòng)調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù),以便在任何巖層和鉆進(jìn)深度均能獲得理想的穿孔速度和刀具壽命,并精確打印出各種鉆進(jìn)參數(shù)和指標(biāo)。為進(jìn)一步提高國產(chǎn)天井鉆機(jī)的技術(shù)水平,應(yīng)不斷開發(fā)并完善天井鉆機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
科普:天井鉆機(jī)的孔徑和孔深可以達(dá)到多少呢?
取決于巖層狀況,孔徑可近十米,孔深也能達(dá)到一千多米。
天井鉆的優(yōu)勢(shì)在于:對(duì)于不是特別硬的,巖石結(jié)構(gòu)好,不易塌方的巖石來說,反井鉆比鉆爆法來的更為經(jīng)濟(jì),快速和精確。
天井鉆機(jī)的鉆具長啥樣?
導(dǎo)向鉆頭如下圖:
擴(kuò)孔器如下圖:
天井鉆機(jī)的作業(yè)和安全注意事項(xiàng)
(1)天井鉆機(jī)立起主機(jī)時(shí)注意控制速度,不得過快;主機(jī)的垂直度或傾斜度復(fù)檢一定要準(zhǔn)確(孔傾斜大時(shí)必須停止作業(yè)重新開孔),每班作業(yè)前后需仔細(xì)檢查水準(zhǔn)儀,確定鉆機(jī)是否處于調(diào)平狀態(tài)。
(2)天井鉆機(jī)開孔時(shí)注意保證開孔質(zhì)量首先將牙輪鉆頭與短鉆桿接好,機(jī)械手抓住短鉆桿送入機(jī)架內(nèi)與機(jī)頭連接好,機(jī)械手收回,機(jī)頭下降至牙輪鉆頭與巖石接觸位置。并在機(jī)架底座的孔內(nèi)裝入插板,扶住鉆桿。
先開水,用小鉆壓(約15~20㎏/mm2)低轉(zhuǎn)速開孔,上下提鉆頭掃孔并及時(shí)清理孔內(nèi)的巖渣。同時(shí)加強(qiáng)測(cè)量,發(fā)現(xiàn)孔偏斜時(shí)及時(shí)糾正,孔偏斜大時(shí)要另行開孔,絕不允許按已偏斜的鉆孔繼續(xù)鉆進(jìn)。低轉(zhuǎn)速開孔完第一根鉆桿后,先停機(jī)后停水。取出該鉆桿并檢查混泥土基礎(chǔ)情況,若發(fā)現(xiàn)打?qū)Э讜r(shí)孔壁不光滑有巖渣外泄現(xiàn)象必須立即停機(jī),及時(shí)拆出鉆桿后重新打好混泥土。
混泥土基礎(chǔ)正常則及時(shí)換上帶有穩(wěn)定器的鉆桿,鉆孔深超過3m后才能按正常參數(shù)鉆進(jìn)。鉆孔操作時(shí)鉆進(jìn)3m后加一根穩(wěn)定器,鉆進(jìn)10m再加一根穩(wěn)定器,以后每隔10~20m米加一根穩(wěn)定器。更換鉆桿時(shí)注意加鉆桿螺紋脂,防止鉆桿咬合后難以拆卸。當(dāng)鉆孔深部超過20m后每鉆完一根鉆桿需沖水排渣1~2分鐘。
(3)擴(kuò)孔刀盤的安裝導(dǎo)孔鉆通下部巷道后先將鉆桿提升至可安裝擴(kuò)孔刀盤的合適位置,然后將待擴(kuò)天井下部的刀盤用鏟運(yùn)機(jī)配合安裝。擴(kuò)孔時(shí)先慢速擴(kuò)孔,待擴(kuò)孔完全進(jìn)入天井內(nèi)(1~2m)之后才能按正常速度擴(kuò)孔。
擴(kuò)孔時(shí)的安全操作注意事項(xiàng):
①擴(kuò)孔時(shí)推進(jìn)油缸的拉力保持在70~80kg/cm2,如果卡鉆,機(jī)頭不能旋轉(zhuǎn),此時(shí)先將機(jī)頭下降使刀盤脫開巖層,然后讓機(jī)頭空轉(zhuǎn),待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后再逐步加大拉力進(jìn)行擴(kuò)孔。如果機(jī)頭不能上下運(yùn)行又不能旋轉(zhuǎn),而油馬達(dá)和推進(jìn)油缸油壓正常,則可能為巖層塌方,較大的巖石卡住刀盤,此時(shí)可采用迅速地正反轉(zhuǎn)方法將巖石震掉。切記不能反轉(zhuǎn)360°以上。
②擴(kuò)孔過程中嚴(yán)禁機(jī)頭反轉(zhuǎn),以防鉆桿脫扣。
③卸鉆桿時(shí),上緊機(jī)頭與鉆桿的螺紋后才能取走叉板,以防鉆桿脫落。
(4)刀盤的鎖定和吊出天井
①天井刷擴(kuò)完畢后使用插板卡住鉆桿,用兩個(gè)5噸的葫蘆吊葫蘆拉住刀盤,撤出鉆機(jī)后使用機(jī)器人或者破碎臺(tái)車剔除底板混凝土,用吊葫蘆將刀盤拉升出井筒進(jìn)行回收。
②將錨網(wǎng)鋪設(shè)在天井口,封閉天井,拉好警戒線并懸掛警示燈、警示牌。
天井鉆使用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)介紹
(1)利用天井鉆機(jī)鉆進(jìn)切割成型天井是一種人員不進(jìn)入掘進(jìn)掌子面操作的全機(jī)械化連續(xù)作業(yè)的天井施工法。天井鉆進(jìn)法與鑿巖爆破法相比,具有以下突出優(yōu)點(diǎn):
①機(jī)械化連續(xù)作業(yè),極大降低了安全風(fēng)險(xiǎn),工作人員不受炮煙、冒落等危害,無高空作業(yè),人身安全得以保障。
②效率高,鉆進(jìn)速度快(比普通鑿巖爆破法快3~4倍)。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)約40分鐘/米,刀盤切割作業(yè)時(shí)約80分鐘/米。正常情況下,若每天按2班作業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)組織,一個(gè)50m高的中段天井切割成型的時(shí)間約為15~20天。
③可大量節(jié)省鑿巖、爆破、支護(hù)材料和人工工資,鉆進(jìn)成本低。
④無炮煙、淋水,噪音和粉塵濃度小,作業(yè)環(huán)境好。
⑤通過無線遙控操作,工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。每臺(tái)班僅需2人(1人操作,1人輔助),勞動(dòng)生產(chǎn)率高。
(2)天井鉆機(jī)的作業(yè)硐室和通道建設(shè)的準(zhǔn)備周期較長,對(duì)此需形成標(biāo)準(zhǔn)化施工,設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)需進(jìn)行天井鉆機(jī)的作業(yè)中段提前做好規(guī)劃和建設(shè),方能充分發(fā)揮天井鉆機(jī)的循環(huán)作業(yè)效率。
(3)要十分重視鉆機(jī)主機(jī)立機(jī)時(shí)的傾斜度檢查復(fù)核,必要時(shí)請(qǐng)測(cè)量人員進(jìn)行核實(shí),核實(shí)完后才能開鉆,開鉆時(shí)注意控制開孔質(zhì)量,鉆進(jìn)中注意檢查鉆機(jī)的平穩(wěn)度和傾斜度是否變化。
(4)鉆進(jìn)導(dǎo)孔時(shí)必須保證高壓供水正常,保證能及時(shí)排渣。若巖渣過細(xì)(鉆頭磨損并且轉(zhuǎn)速較低時(shí)研磨孔內(nèi)巖渣而形成)或水壓不足,不能排渣時(shí)應(yīng)外接高壓風(fēng)管并接在高壓水管上,進(jìn)行輔助洗孔。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于天井鉆機(jī)的知識(shí)技巧了,學(xué)習(xí)以上的礦資源開采:天井鉆機(jī)在礦山中的應(yīng)用知識(shí),對(duì)于天井鉆機(jī)的幫助都是非常大的,這也是新手學(xué)習(xí)資源環(huán)境所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù),我們會(huì)有專業(yè)的人士來為您解答。
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