陳先萬，劉 武

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 城門山銅礦，江西 九江 332000）

1 引言

城門山銅礦位于江西省九江市柴桑區(qū)賽城湖南岸，是一座以銅、硫?yàn)橹?，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀等多種金屬的大型露天礦山。礦區(qū)三面環(huán)湖，礦體賦存位置從平面看，部分礦體位于湖區(qū)，從垂向看，絕大部分礦體在侵蝕基準(zhǔn)面（湖岸線：標(biāo)高14m）以下。礦巖松軟、破碎，地表水體發(fā)育、地下涌水量大，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜。隨著礦山二期（7000t/d）生產(chǎn)規(guī)模的投產(chǎn)，礦山逐步朝著生產(chǎn)規(guī)?；?、設(shè)備大型化發(fā)展。穿孔工序作為露天礦山開采的第一道工序，選擇適應(yīng)露天礦山穿孔作業(yè)的潛孔鉆機(jī)勢在必行。礦山于 2011年1月先后引進(jìn)ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)［1-2］投入使用，目前礦山有4臺該型號潛孔鉆車。

2 ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)簡介及其工作原理

2.1 ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)簡介

城門山銅礦選用的是ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)，是由浙江志高機(jī)械有限公司經(jīng)過長期的市場調(diào)研，結(jié)合國家各類工程施工特點(diǎn)，自行研發(fā)設(shè)計(jì)、自行制造的一種新型、高效、節(jié)能、環(huán)保、適用性強(qiáng)的鑿巖鉆孔設(shè)備。該鉆車是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的液壓動力站，帶動各個液壓馬達(dá)及油缸來完成各項(xiàng)預(yù)定動作。該機(jī)配置的全液壓回轉(zhuǎn)頭，為該公司自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，填補(bǔ)了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白。ZGYX460高壓一體式露天潛孔鉆車多方位大角度鉆臂功能，可在復(fù)雜地面上自由調(diào)整，達(dá)到預(yù)定孔位，完成鉆孔作業(yè)。先進(jìn)的履帶自動張緊系統(tǒng)和自動調(diào)平系統(tǒng)，使得鉆車能適應(yīng)各種復(fù)雜路面的同時確保鉆車行走時履帶始終緊貼地面，大大提高了鉆車行走可靠性及良好的越野性和爬坡能力。

2.2 ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)工作原理

ZGXY460高壓一體式露天潛孔鉆車沖擊成孔工作原理主要有四個步驟，分別為沖擊動作、推進(jìn)動作、回轉(zhuǎn)動作、洗孔動作。

圖1 沖擊

圖 2 推進(jìn)

圖 3 回轉(zhuǎn)

圖4 洗孔

（1）沖擊動作：通過鉆頭傳遞的沖擊器沖擊能量將鉆頭鑿進(jìn)巖石的過程。

（2）推進(jìn)動作：推進(jìn)動作是為了保持鉆頭始終緊壓住被鉆巖石，保證鉆頭與巖石保持緊密接觸。

（3）回轉(zhuǎn)動作：在下一個沖擊動作之前使鉆頭轉(zhuǎn)動到新的位置。

（4）洗孔排渣：清除鉆孔中的巖硝，同時給鉆具降溫。

3 ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)在礦山的應(yīng)用

城門山銅礦礦區(qū)礦物達(dá)70種以上，其中含銅礦物10余種，氧化－混合礦石中則以次生硫化銅礦物為主；硫礦物以含銅黃鐵礦為主。礦石構(gòu)造以塊狀、浸染狀、細(xì)脈浸染狀為主，大致分為褐鐵礦、含銅黃鐵礦、單硫、斑巖礦、輝銅礦，泥夾石、高粘土、風(fēng)化巖且地下水豐富，破碎帶區(qū)域多。巖石堅(jiān)固性系數(shù)［4］f=6-15,巖石堅(jiān)固性跨度大。露天臺階高度為12m，采場炮孔主要為下向垂直和下向傾斜兩種, 炮孔直徑為Φ152 mm, 炮孔深度一般為12～14 m。ZGYX460潛孔鉆機(jī)在地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域穿孔過程中易造成卡鉆、不成孔、塌孔現(xiàn)象，穿孔難度很大。多年來，針對不同礦巖類型、巖石堅(jiān)固性系數(shù)、涌水等因素，對ZGYX460潛孔鉆機(jī)的沖擊壓力、推進(jìn)壓力、回轉(zhuǎn)壓力之間的合理匹配及其參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)定,從而提高鉆機(jī)的生產(chǎn)能力［3］。

3.1 ZGYX460潛孔鉆機(jī)鉆孔工作參數(shù)

ZGYX460潛孔鉆機(jī)鉆孔時，當(dāng)鉆孔條件發(fā)生變化時，其鉆孔的參數(shù)也應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整以滿足不同巖石和孔徑對參數(shù)的需要。表2鉆孔的基本壓力。

圖5 壓力表面板

表1 ZGYX460潛孔鉆機(jī)鉆孔基本參數(shù)

3.2 ZGYX460潛孔鉆機(jī)在不同礦巖鉆孔工作參數(shù)的設(shè)定

潛孔鉆機(jī)的工作參數(shù)［5-7］主要指鉆具施于孔底的軸壓力、鉆具的回轉(zhuǎn)速度、扭矩和排碴風(fēng)量等。合理地選擇這些參數(shù)，不僅能獲得最優(yōu)的鉆孔效率還能延長鉆具的使用壽命。合理的鉆機(jī)工作參數(shù)與鉆頭直徑、孔向、巖石堅(jiān)固性、壓氣壓力、沖擊頻率以及鉆頭結(jié)構(gòu)型式等因素有關(guān)。根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐以及工作經(jīng)驗(yàn)，對城門山銅礦花崗巖、石英斑巖、黃鐵礦、鐵礦石、砂巖等各類巖石堅(jiān)固性系數(shù)的不同，采取了合理的鉆孔工作參數(shù)設(shè)定,減少鉆機(jī)卡鉆現(xiàn)象的發(fā)生。

（1）合理的沖擊壓力。沖擊器沖擊活塞產(chǎn)生的沖擊能量通過鉆頭傳遞到巖石上。較軟的巖石通常需要較高的轉(zhuǎn)速，較硬的巖石通常需要較低的轉(zhuǎn)速。

（2）合理的推進(jìn)壓力。取決于風(fēng)壓的高低、回轉(zhuǎn)速度、巖石的堅(jiān)硬程度、鉆孔的深度以及鉆具的類型。在破碎巖層進(jìn)行鉆孔時，應(yīng)選擇較低的推進(jìn)壓力。

此外，可以通過“觀現(xiàn)象”和“聽聲音”的方法來判斷。觀現(xiàn)象：推進(jìn)過程平順穩(wěn)定（推進(jìn)梁托架無跳動或抖動的現(xiàn)象）、鉆桿旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)（轉(zhuǎn)速較穩(wěn)定）、鉆具的穿透率較穩(wěn)定。聽聲音：沖擊聲音堅(jiān)實(shí)沉悶（沒有嗒嗒的異常聲音和振動的聲音出現(xiàn)）。

（3）合理的回轉(zhuǎn)壓力［5］。在沖擊成孔的鑿巖過程中，旋轉(zhuǎn)的功能是改變每次沖擊中鉆頭刃齒與巖石的接觸位置。太低的旋轉(zhuǎn)速度造成能量的損失，因?yàn)檫^低旋轉(zhuǎn)使得鉆頭重復(fù)破碎巖石從而降低穿透率。這將使得鉆頭和鉆硝互相研磨，而不是破碎巖石。過高的旋轉(zhuǎn)速度導(dǎo)致鉆頭的快速磨損，因?yàn)榇藭r巖石被旋轉(zhuǎn)磨蝕而不是沖擊破碎。同時過高的旋轉(zhuǎn)速度還會造成鉆具的螺紋連接過緊，使得鉆桿的拆卸困難。各類巖石鉆孔工作參數(shù)見表2。

表2 ZGYX460潛孔鉆機(jī)不同礦巖鉆孔工作參數(shù)

除以上合理參數(shù)設(shè)定外，合理的排碴風(fēng)量，決定于在鉆桿和孔壁之間的環(huán)形空間內(nèi)有足夠大的回風(fēng)速度，以便及時地將孔底巖碴排出孔外。這個回風(fēng)速度必須大于最大顆粒巖碴在孔內(nèi)空氣中的懸浮速度(即臨界沉降速度)。實(shí)踐表明：增大排碴風(fēng)量，可以更有效地清除孔底巖碴，避免大顆粒巖碴的重復(fù)破碎，降低不必要的能量消耗，從而提高了鉆進(jìn)速度；增大排碴風(fēng)量，能夠有效地冷卻鉆頭，并減少鉆頭的磨損，延長了鉆頭的使用壽命；此外，排碴干凈，可以增加有效的孔深，減小超鉆深度，提高了鉆孔的利用率。

4 結(jié)語

從2010年至今，ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)在城門山銅礦生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明:

（1）ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)適用于城門山銅礦褐鐵礦、含銅黃鐵礦、單硫、石英斑巖礦、輝銅礦，泥夾石、灰?guī)r、風(fēng)化巖等復(fù)雜地質(zhì)及水文條件下的穿孔作業(yè)。

（2）自使用ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)以來，在2010年至2015年穿孔作業(yè)期間，ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)發(fā)生卡鉆次數(shù)達(dá)110余次，平均每年有22余次；自開展ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)在復(fù)雜地質(zhì)條件應(yīng)用以來，2016年至2018年期間，卡鉆僅出現(xiàn)15次，平均每年僅5次，減少了鉆機(jī)卡鉆次數(shù)，提高了穿孔效率。

（3）自ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)在城門山銅礦應(yīng)用以來，穿孔合格率從2016年到2018年提升了10.91個百分點(diǎn)，確保了采礦作業(yè)爆破、鏟裝等后道工序的高效進(jìn)行。

（4）ZGYX460露天潛孔鉆機(jī)在城門山銅礦應(yīng)用，針對礦山不同類型礦巖F系數(shù)，采取不同礦巖鉆孔工作參數(shù)，形成了一套先進(jìn)的穿孔操作法。