摘要：介紹了機器人化鉆車在礦區作業中的使用性能及新技術裝備，如適用于不同場合的中小型、大型自動化鉆車、集鑿巖/裝載于一體的多功能設備、改進后的氣動鉆車在一些礦區的應用和推廣情況、沖擊頻率可調的液壓鑿巖機和耐磨球齒釬頭的技術改進情況。
　　關鍵詞：機器人化鉆車；中小型自動化鉆車；多功能設備；氣動鉆車；液壓鑿巖機；耐磨球齒釬頭
　　中圖分類號：TD421.2⁺4　　　文獻標識碼：B

1　概述

　　鉆車機器人化和遠程控制這兩項技術成為地下鉆鑿的熱門話題。澳大利亞的Olympic Dam礦和瑞典北部地區LKAB公司的Kiruna礦已經在用先進的遠程控制技術進行鉆鑿工作。采用這種先進技術意味著工人可以在礦井的安全區進行鉆鑿操作(有時甚至可以在地面進行)，一名工人可以同時控制兩臺半自動鉆機，大大提高了生產效率。但這并不意味著機器人化鉆機和遠程控制鉆機就是市場唯一的發展方向，有些生產廠家側重于鉆機的通用化而不是開采效率，而有些生產廠家更注重鑿巖機和鉆頭性能的改進。

2　北極圈附近國家的鉆車使用概況

　　瑞典LKAB公司認為，在礦山中不斷地引入先進技術是與其他生產成本低的公司進行競爭的最佳途徑，因此，該公司始終堅持在新技術方面進行大的投入，在該公司位于瑞典北部的Kiruna地下鐵礦可以見到世界上最先進的采礦技術的應用。為了適應市場需要，公司的Kiruna和Malmberget礦制定了新的采礦標準，他們的目標是到1999年底兩礦礦石生產總和達到3000萬噸。為了達到這一目標，LKAB公司不惜投入巨資購買先進設備(僅Kiruna礦用于設備更新的費用就達到3.5億美元)。通過使鉆孔深度增加到55m，平巷的垂直跨距增大到28.5m，LKAB公司相信這會降低開采費用，即使到下世紀初該礦山仍會保持旺盛的活力。由此看來先進設備在整個工程中起的作用是關鍵的。
　　LKAB和Atlas　Copco公司于1993年末簽定了一份聯合開發新的開采鑿巖設備的合同，W469型鉆車就是根據施工要求設計的。第一臺鉆車計劃配備Wassara　G－Drill公司的ITH液壓鑿巖機(這種鑿巖機最初也是為LKAB公司設計的)。W469鉆車于1995年初裝配完畢，進行工業性試驗，檢驗該鉆車是否能達到鉆孔300m/d，平均無故障運行時間不少于100h，結果完全達到設計要求(最高鉆孔達到500m/d)，平均無故障運行時間達到104h，其他如維修保養、鉆孔質量、成孔偏差、鉆鑿功率等指標也都令人滿意。由于對合作充滿信心，LKAB公司一年后又準備訂購第二臺。鉆孔控制程序要求能一次自動鉆鑿10個孔的扇面，然后鉆鑿下一個扇面，試驗結果完全達到要求。試驗過程中，鉆車控制程序同時也受到檢驗，要使鉆車在程序控制下做到：準確調整推進器；準確對準炮孔位置；達到符合要求的炮孔深度；連接/拆卸鉆桿；一次鉆孔完畢后，移至下一孔位。先鉆φ115mm深45m的炮孔，然后用W469鉆車鉆到55m(孔徑不變)。對于這種深炮孔來說，鉆孔精度是十分重要的，要求30m孔深的偏差不超過1.5%，激光測量裝置測量孔的精度。
　　由于對W469鉆車和ITH鑿巖機的設計很滿意，LKAB公司決定下一步進行機器人化鉆車的鑿巖，1997年初又向Atlas公司訂了四臺Simba型機器人化鉆車。Atlas Copco公司先將兩臺W469s鉆車交付LKAB公司的Malmberget礦，另外兩臺于1997年10月份交付Kiruna礦。這些鉆車都配備ITH液壓鑿巖機。
　　目前這種機器人化鉆車的設計還不完善，現在的有線控制系統將被光纖/無線控制系統取代。正在試制的兩臺Simbas鉆車(包括將來的鉆車)的控制方式是：一根光纜將控制中心與生產現場連接起來，指令可以從控制中心發往施工現場。生產現場通過無線電控制鉆車，這樣使Simbas鉆車在不同工位移動更加靈活方便。如果一切都在按計劃順利進行的話，W469鉆車此時已完成試驗，LKAB公司準備買11臺此種鉆車投放到Kiruna礦和Malmberget礦。
　　LKAB公司不僅僅使用Atlas　Copco公司的鉆車，他們也購買Atlas　Copco公司的主要競爭對手Tamrock公司的設備，Kiruna礦就在使用Tamrock公司的鉆車。一般來說，設備越先進，它的生產率就越高，目前礦山出產鐵礦石已達到現有設備的最高效率。1996年4月，Tamrock公司生產了兩臺Solo　60鉆車，該鉆車是Tamrock公司最先進的液壓鑿巖鉆車，配備Sandvik公司生產的新型鉆具，一支釬頭可以鉆鑿一個扇形斷面，據說可以大大提高綜合生產率。

3　澳大利亞鉆車的使用概況

　　Atlas Copco公司的H4356s鉆車在Olympic Dam礦鉆鑿φ102mm、深30m的炮孔以來，已經創下了幾項該礦的記錄。平均鉆孔速度達35m/h，1995年一年鉆車總進尺達118663延米，12h鉆孔340.9m，24h鉆孔不少于667.8m，而且炮孔偏差控制在2%以內。該鉆車在施工中顯示出優良的性能，因此Olympic Dam礦決定再購買兩臺H4356s鉆車。
　　第一臺幾個月后交付，另一臺1998年初交付，與以前一樣，兩臺鉆車都配備Cop4050鑿巖機和RHS夾釬器。因為礦井下的環境特殊，這兩臺鉆車在防腐方面進行了一些改進(這種改進是在頭一臺鉆車試驗時開始進行的)。
　　巖層中水的鹽份很大(有些含鹽量甚至是海水的7倍)。因此Atlas Copco公司把許多零件的材質改成不銹鋼或青銅，同時用防銹漆來保護零件不受腐蝕。Atlas Copco公司說解決腐蝕性問題是很復雜的，需要做許多工作。Olympic Dam礦由西部采礦公司負責開采，主要出產銅、氧化鈾、金、銀，每年礦石產量達300萬噸，折算要鉆鑿坑道500m。

4　老產品的更新

　　Tamrock公司一直在不斷地開發新型鉆車，同時對Tamrock和Tamrock Secoma系列進行了改進。第一種新產品Mercury1 LC10型鉆車是由法國Secoma公司分部研制的，它是在原來Mercury 1 LC型鉆車的基礎上發展而來的用于深孔鑿巖的，Mercury 1 LC10鉆車的底盤與Mercury 1 LC22型一樣是鉸接式的，行走方式為四輪驅動膠輪式，輪與輪之間寬1.6m，可在崎嶇路面和狹小空間移動。Mercury鉆車上有一個可容納10支釬桿的貯存器，可鉆18 m深的炮孔，覆蓋斷面范圍為6～26m²。另外，該鉆車鉆鑿平行孔的寬度范圍大，達5.3m，比鉆臂尺寸相同的其他鉆車都大。第一臺Mercury 1 LC10鉆車準備配備Hydrastar 300L或Hydrastar 350L型鑿巖機，兩種型號鑿巖機所用釬桿為R38或T38型。Hydrastar 300L型鑿巖機重145kg，輸出功率為12～16kW，Hydrastar 350L型重155kg，輸出功率為14～18kW。鉆車動力源為Deuts柴油，Mercury 1 LC10也具有其他鉆車的一般功能，如：炮孔沖洗，液壓支腿穩車功能、照明、防爆、除塵和電子測斜。
　　Tamrock Secoma的這兩臺鉆車，操縱位置上方有安全棚，棚頂高度可隨巷道高度調節，棚頂高度的調節由液壓缸伸縮來完成。最低高度為2m(標準高度為2.75m)。同類型的其他鉆車鉆鑿時須用一根電纜線來遠距離控制，而Mercury鉆車的操作人員在駕駛臺就可全面監視鑿巖情況。
　　Tamrock Secoma公司的Quasar鉆車據說是目前市場上配液壓鑿巖機的最小鉆車。Quasar 1 L鉆車只有1.6m寬，1.65m高，可以在小到2.4m×2.4m，大到5.6m×4.6m的巷道內鉆鑿，它的重量雖只有7.5t，而輸出的沖擊功率為16～18kW，鉆鑿的孔徑為52～76mm。

5　其它產品

　　在大力研制新型鉆車的同時，有些公司把研究的重點放在了其他鉆鑿設備上，加拿大Cubex公司(該公司與美國得克薩斯Svedala Reedrill公司合作在進行一項大膽的嘗試)對ITH鑿巖作了許多改進。該公司的Mauro Dobran先生曾在《世界采礦設備》上說，他們過去幾年來一直在致力于ITH小孔徑的開采鑿巖工藝研究，而且利用這些研究成果鉆出了φ89mm炮孔，這一尺寸比以前的炮孔尺寸都要小。
　　普通鉆車是以前鉆鑿小炮孔的唯一一種設備。當巖石的孔隙或斷層較多時，用普通鑿巖機鉆出的孔的偏差很大，ITH鑿巖工藝在這種巖石中鉆出的孔偏差小。Cubex公司還用這種工藝鉆鑿向上孔。Dobran先生說：“這對我們是新的嘗試”。
　　安裝了ITH鑿巖機的Cubex 5200和Cubex 6200鉆車可鉆鑿φ89mm、深30.5～36.6m的炮孔，它們已經在加拿大的幾個金礦和銅礦中使用。Cubex鉆車不限于使用ITH開采鑿巖，還與Svedala　Reedrill公司合作使用Gardner Denver鑿巖機進行深孔鉆鑿。這個合作項目已經進行了12個月，目前處于完善階段。兩個公司深信該項目將會使鑿巖技術有重大進展。

6　多功能設備

　　針對用戶希望設備不僅高效而且能一機多用的想法，設計出了2000DL鑿巖/裝載一體化設備。2000DL堅固耐用，能在很差的環境下工作，裝配或維修拆卸快速簡便。該機鉆臂部分可使鑿巖機鉆鑿頂面、側面和地面(包括正面)。鉆孔時，它的鏟斗可以增強機器的穩定性。如果需要的話，可在一分鐘內把鉆臂收攏起來，使鏟斗靈活動作。
　　目前已有一臺2000DL鑿巖/裝載一體機在英國的Cleveland　Potash礦進行巷道掘進，它的優點是得到的巷道壁比較整齊，減少了超挖或欠挖量。
　　因為2000DL鉆鑿/裝載一體機是將原本分開的鉆孔、裝載功能合二為一，設備體積大，因而設備運轉的靈活性就顯得比較重要。由于功能多，2000DL的生產效率趕不上單一鉆孔功能的鉆車。但這種設備在礦脈狹小礦區及機械化程度低的礦區是非常適用的。有了2000DL可以使礦業公司不需購買其它新型采掘設備就能提高生產率。

7　小型鉆車的應用

　　有些礦區受巷道空間的限制，無法使用大型設備。針對這種情況，Smith公司在氣動鉆車的基礎上設計出了LHU型鉆車。這種設備不算很先進，但它作為多功能深孔鉆車可鉆鑿孔徑φ48～φ89mm的孔(它還可打頂部錨桿孔，進行隧道挖掘)。它是一種電液控制的鉆車，配備的AP750型鑿巖機也是Smith公司設計的，當系統壓力達到16MPa時，鑿巖機輸出的沖擊功率為16kW。這種鑿巖機結構緊湊堅固，易于維修，可進行深孔鉆鑿。鑿巖機所用釬尾長0.4m，鉆車鉆臂可擺動360°，可鉆鑿的炮孔的最大平行距離為1.5m，推進器傾斜角度為向下5°，向上60°。一名操作人員控制鉆車，控制位置上方有安全頂棚保護操作人員安全，鉆車重4.5t，靠三個膠輪行走。鉆車上可放出100m電纜，短距離可自行移動，長距離移動時由裝載車拖動。

8　先進設備

　　輸出功率/機重比率高是Boart Longyear公司BLHD165鑿巖機的一個特色，所用的新型耐磨C1球齒釬頭使生產的效率更高。BLHD165是一種先進的液壓鑿巖機，其鉆孔方式為沖擊回轉式，沖擊頻率可以調節，鑿巖機因而保持高效。Boart　Longyear公司說該鑿巖機通過調節沖擊頻率達到在不同地質條件下鑿孔的最佳效果。鑿巖機上有一個減震器，降低了結構中應力波的反射。鑿巖機總重165kg，工作壓力20MPa，活塞沖程時系統流量為120L/min，沖擊功率15kW，鑿巖機釬尾聯接套根據需要可選用不同的螺紋尺寸，最大可達到內徑51mm，成孔的最大直徑127mm。鑿巖機上增設了一個反沖活塞，轉釬部分可配用六種不同型號的馬達。這樣使BLHD165型鑿巖機的適用范圍很廣。
　　BLHD165在南非使用后效果非常好，Boart Longyear公司認為這種鑿巖機一定能打開歐洲和北美市場。為了擴大影響，過去的幾個月，他們的這種機型在許多產品博覽會上亮相。
　　值得注意的是，目前一些礦業公司從某個主要的鉆車生產廠買來鉆車，然后從別的生產廠商那里買來鑿巖機配套在該鉆車上。礦業公司如有幾臺鑿巖機，使用后認為滿意，就不會再選擇其他的產品。此外，這些礦須與鑿巖機生產商達成協議，以保證有充足的備用件，不至于因無備件而拆別的設備。這方面的一個例子是Boart Longyear公司。它生產的鑿巖機被裝備在許多型號的鉆車上。BLHD165鑿巖機的適用范圍非常廣，可裝備到許多廠商的鉆車上，因而受到用戶的青睞。
　　Boart　Longyear公司不斷開發硬質合金釬頭的種類，在通用的T6系列釬頭基礎上，計劃開發新型C1球齒釬頭系列。通過對釬頭尺寸結構和沖洗孔布置形式進行更加深入的研究，以提高球齒的性能，同時找出提高碳化鎢球齒耐磨性的新途徑。該公司說已經開發出了用于硬巖的釬頭，這項技術原來是用于金剛石巖心鉆頭的。其原理是將WC－Co微粒擴散到較軟且韌性好的WC－Co基體中。這樣由于添加了少量高硬度的WC－Co微粒，大大提高了釬頭的抗磨損能力，同時對釬頭的韌性影響很小。在某些地質條件下，抗磨損能力可提高60%，一個釬頭就能鑿出一個完整的爆破面，中途無須更換釬頭，既提高了鑿孔效率又保證了鑿孔質量。通常重復破碎占整個鑿孔消耗費用的30%，因而耐磨球齒不僅僅提高釬頭壽命，而且大大降低了生產成本。
　　在澳大利亞、中歐、北美、斯坎德納維亞、南非的各種硬巖和地質條件不同的隧道中，C1球齒釬頭進行了廣泛的試驗。目前，Boart Longyear公司在加快該釬頭的推廣，不久，在硬巖開采中，C1球齒釬頭將替代T6型成為主流產品。

9　液壓設備

　　Sandvik公司推出的Wassara液壓鑿巖設備在加拿大的Louvicourt礦與普通氣動鑿巖設備進行了比較性試驗。這是一次主要的改進，因為這以前，該液壓鑿巖設備從未在歐洲以外地區(甚至可能是LKAB以外的地區)的開采鑿巖中運用過。三個月的試驗是由加拿大礦產與能源技術中心、加拿大自然資源部和Louvicourt礦聯合主持完成的。此項活動由G－Drill公司(Wassara鑿巖機的生產商)和一些對此感興趣的公司(如：Aur Resources，Cambior，Placer Dom，Hydro－Quebec)發起的。試驗共進行了6000m的鉆鑿，主要比較鑿巖機的生產效率，成孔的直線度，能耗，操作的舒適程度。試驗表明，Wassara液壓設備在井下開采鑿巖中的應用范圍較廣。