王晉巖， 何鐵牛， 樊晉生

(太原鋼鐵(集團)有限公司代縣礦業(yè)有限公司， 山西 代縣 034207)

0 前言

代縣礦業(yè)有限公司峨口礦是太鋼集團主要球團礦原料基地，采礦分為南西、南東、北西、北東四個采場，相距3～15 km，牙輪鉆機是采場礦巖主要穿孔設(shè)備，屬于旋轉(zhuǎn)、沖擊式破碎礦巖，主要用來對巖石和礦石進行穿孔，穿孔后進行爆破和挖掘，也被廣泛用于大型水利建筑工程中巖石的穿孔作業(yè)。峨口礦用8臺型號為KY- 250D、2臺型號為YZ- 35D的牙輪鉆機，擔(dān)負900萬t/a鐵礦石，3 000萬t/a廢石穿孔任務(wù)，因此牙輪鉆機是采場礦巖穿孔主要設(shè)備，而鉆機管理的關(guān)鍵任務(wù)是如何降低鉆機司機采礦現(xiàn)場穿孔操作故障，杜絕野蠻和過載操作，提高牙輪鉆機穿孔操作標準執(zhí)行率，充分發(fā)揮牙輪鉆機穿孔效率和作業(yè)率。而鉆機司機采礦現(xiàn)場穿孔操作故障占設(shè)備總故障46.8%左右，操作使用備件消耗占總成本35.9%左右，如牙輪鉆頭、鉆桿等，因此通過對鉆機現(xiàn)場操作標準化研究，來提高牙輪鉆機關(guān)鍵部件的使用壽命，降低鉆機的運行故障和穿孔成本，現(xiàn)在鉆機穿孔米道 (綜合效率)為6萬m/a，作業(yè)率52.68%，在國內(nèi)礦山行業(yè)屬于較高水平。

1 峨口礦牙輪鉆機簡介

代縣礦業(yè)有限公司峨口礦牙輪鉆機型號為KY- 250D，8臺，配用變壓器型號為SG- M- 400/6，容量Q=400 KVA；牙輪穿孔直徑為Φ230～Φ270 mm，穿孔最大軸壓(高速時)為F1=0～210 kN，(低速時)F2=0～370 kN，穿孔一次連續(xù)鉆孔深度為H=17 m，穿孔方向為90°；穿孔加壓驅(qū)動力為電機驅(qū)動，電機型號為YPBF160L- 6,功率為7.5 kW，轉(zhuǎn)速為970 r/min，牙輪鉆頭最大推進速度為V1=0～2 m/min(高速時)，V2=0～0.9 m/min(低速時)，牙輪鉆頭提升為電機驅(qū)動, 提升力F1=140 kN(高速時)，F(xiàn)2=320 kN(低速)；牙輪鉆桿直徑為Φ140～Φ219 mm，牙輪鉆頭提升速度為V1=0～15 m/min(高速時)，V2=0～6.6 m/min(低速時)；牙輪鉆頭回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為N=0～88 r/min，回轉(zhuǎn)電機型號為YZPB280S- 4V1- AA391，功率為P=60 kW,轉(zhuǎn)速為N=1 485 r/min；牙輪穿孔壓風(fēng)排碴系統(tǒng)空壓機電機型號為Y280M- 4FGB35，功率為P=185 kW，轉(zhuǎn)速為N=1 485 r/min，穿孔排碴風(fēng)量為36 m3/min；牙輪鉆機行走速度為0～1 km/h，行走驅(qū)動力為電動機，電動機型號為YPBF280S- 4，功率為P=75 kW，轉(zhuǎn)速為N=1 485 r/min，牙輪鉆機行走方式為履帶行走方式；牙輪鉆機潤滑方式為集中潤滑，潤滑油泵電機型號為Y160L- 4，功率為P=15 kW，轉(zhuǎn)速為N=1 485 r/min；牙輪鉆機總重量105 t；外形尺寸長×寬×高為12 108×6 215×25 028 mm。

牙輪鉆機穿孔是采用三爪牙輪鉆頭作為破巖刀具，屬于旋轉(zhuǎn)、沖擊式破碎巖石，穿孔時依靠鉆桿加壓，即回轉(zhuǎn)機構(gòu)通過鉆桿，對鉆頭提供足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，牙輪鉆頭在巖石上鉆進和同步旋轉(zhuǎn)，對巖石產(chǎn)生靜壓力和沖擊動壓力雙重作用。牙輪在孔底滾動中連續(xù)地擠壓、切削沖擊破碎巖石，有一定壓力和流量流速的壓縮空氣，經(jīng)鉆桿內(nèi)腔從鉆頭噴嘴噴出，將巖碴從孔底沿鉆桿和孔壁的環(huán)形空間不斷地吹至孔外，直至形成所需孔深的炮孔。

由此可見，牙輪鉆機在穿孔過程中，施加在牙輪鉆頭的軸壓力、鉆桿轉(zhuǎn)速和排碴風(fēng)量是保證有效穿孔三個主要工作參數(shù)，因此根據(jù)不同巖石種類、堅固性程度、裂隙發(fā)育情況等不同地質(zhì)條件，合理選配這三個參數(shù)，就能提高穿孔速度、延長牙輪鉆頭使用壽命和降低穿孔成本。

牙輪鉆機主要結(jié)構(gòu)由工作裝置、底盤、動力裝置、操作裝置和輔助工作裝置等組成。

(1)工作裝置

牙輪鉆機工作裝置是直接實現(xiàn)穿孔的裝置，它由牙輪鉆具(包括鉆桿、穩(wěn)桿器、鉆頭)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)(包括電動機或液壓馬達、減速機等)，提升加壓機構(gòu)(包括傳動系統(tǒng)、主減速機、提升電動機或液壓馬達、油缸等)，鉆架裝置，鉆桿架，壓氣排碴系統(tǒng)(包括主空壓機、管道)等組成。

圖1 牙輪鉆機穿孔原理1.加壓和回轉(zhuǎn)機構(gòu) 2.鉆桿 3.牙輪鉆頭 4.牙輪

圖2 牙輪鉆機正在穿孔作業(yè)

(2)底盤裝置

牙輪鉆機底盤裝置主要用于使行走和支承牙輪鉆機全部重量的裝置，包括履帶行走機構(gòu)(也有輪胎式行走機構(gòu))、平臺等組成。

(3)動力裝置

牙輪鉆機動力裝置主要用于為各組成部件提供動力的裝置，包括電源變壓器、高壓開關(guān)柜、各種電氣控制屏(也有采用柴油機驅(qū)動的)等組成。

(4)操作裝置

牙輪鉆機操作裝置主要用于控制各部件動作的裝置，包括操作臺、各種控制按鈕、手柄和指示儀表等組成。

(5)輔助工作裝置

牙輪鉆機用于保證設(shè)備正常和安全工作的部分，它由司機室、機房、空氣增壓凈化裝置、除塵裝置、液壓系統(tǒng)、壓氣控制系統(tǒng)、干油潤滑系統(tǒng)、電纜卷筒等組成。

2 牙輪鉆機穿孔操作標準應(yīng)用與研究

2.1 牙輪鉆機現(xiàn)場穿孔啟動操作標準

(1)牙輪鉆機穿孔前啟動標準：啟動前準備，鉆機司機按鉆機點檢表項目點檢確認無誤后,在《鉆機司機崗位點檢操作運行表》規(guī)范填寫點檢記錄。更換、包扎、倒電纜時必須作相序試驗方可啟動。通知牙輪鉆機上下所有操作人員準備送電，并確認所有人員知曉。

(2)打開高壓柜，啟動牙輪鉆機高壓按鈕。

(3)啟動牙輪鉆機液壓油泵或者砂輪機，檢查油泵或者砂輪機旋轉(zhuǎn)方向是否正轉(zhuǎn)，進一步確認線路相序是否正確。

(4)啟動牙輪鉆機輔助空壓機，檢查系統(tǒng)氣壓是否在0.5～0.8 MPa之間，注意冬季霧化器放盡水，加入酒精，儲氣罐每班放水，防止儲氣罐內(nèi)有水凍裂設(shè)備本體。

2.2 牙輪鉆機采場行走操作標準

(1)鳴笛并且通知牙輪鉆機上面所有人員準備走鉆，并確認所有人員知曉。

(2)啟動牙輪鉆機風(fēng)泵，當(dāng)系統(tǒng)風(fēng)壓達到0.5～0.8 MPa，進行鉆桿提升作業(yè)，當(dāng)穩(wěn)桿器提出導(dǎo)向套0.7 m以上時停止鉆桿提升。

(3)啟動牙輪鉆機液壓油泵，驅(qū)動液壓缸伸出機械手柄，保證機械手柄卡住穩(wěn)桿器。

(4)交替收回牙輪鉆機底盤下面的千斤頂，先收高處后收低處，確認四個千斤頂全部收到位。

(5)打開主控電源，打開行走控制手柄或按行走開關(guān)按鈕，檢查行走抱閘是否靈敏可靠。

(6)確認牙輪鉆機周圍無工具，如千斤頂、氧氣、乙炔瓶等設(shè)備設(shè)施，高壓電纜擺放在安全地帶，鉆機行走過程中要不斷進行環(huán)境安全確認，確保鉆機距6 000 V高壓線水平、垂直距離大于2 m，距高陡邊坡距離大于15 m，鉆機靠近高陡邊坡臺階邊緣行走時，鉆機外側(cè)突出部分至高陡邊坡臺階坡頂線的最小距離大于3 m，鉆機距高壓電纜距離大于1 m安全距離。

(7)牙輪鉆機下面指揮人員在鉆機移動前，必須戴好高壓絕緣手套，拿上電纜鉤，確認作業(yè)環(huán)境安全后，方可指揮牙輪鉆機行走，指揮鉆機行走人員在牙輪鉆機到達指定位置，穩(wěn)好鉆機前，不得擅自離開去做其他與鉆機行走無關(guān)的事情。

(8)牙輪鉆機禁止在坡度超過10%的坡面上行走；鉆機行走坡度超過5%時，應(yīng)放下鉆架，由專人指揮，并采取防傾覆和拉拽措施。

一個月后的一天，省城和當(dāng)?shù)氐母骷覉蠹埻瑫r刊登了一則內(nèi)容相同的《尋人啟事》，在張小波下車的林業(yè)俱樂部門口、廣場和林業(yè)局一帶的樹上、電線桿上，也貼了許多這樣的《尋人啟事》：

(9)牙輪鉆機不應(yīng)長時間在斜坡道上停留，在沒有充足的照明時，夜間不應(yīng)遠距離行走。

(10)牙輪鉆機行走轉(zhuǎn)向時，行走轉(zhuǎn)向最大角度每次不準超過20°，兩軌板高差不得超過0.5 m。

(11)牙輪鉆機穿鑿第一排孔時，鉆機的中軸線與臺階坡頂線的夾角不小于45°。

(12)由于特殊原因牙輪鉆機必須在坡道停留時，必須把牙輪鉆機底盤下面自帶四個千斤頂伸出，并調(diào)整鉆機底盤水平，防止溜鉆。

2.3 牙輪鉆機采場穩(wěn)鉆作業(yè)標準

(1)啟動牙輪鉆機潤滑油泵，檢查潤滑系統(tǒng)壓力是否在2.5～10 MPa之間。

(2)用牙輪鉆機底盤下面自四個帶千斤頂支撐鉆機整體重量，千斤頂不能一次伸縮到位，要先伸低處，后伸高處，交替伸出，至少一側(cè)行走履帶及軌板著地(注意選擇角度將鉆機穩(wěn)定在堅硬牢固的巖石上)。

(3)調(diào)整牙輪鉆機底盤保證整體水平，檢查牙輪鉆機駕駛室內(nèi)水平儀指針是否在中心位置。

(4)牙輪鉆機穩(wěn)鉆時，應(yīng)與臺階坡頂線保持足夠的安全距離。即牙輪鉆機底盤千斤頂中心至高陡邊坡臺階坡頂線的最小距離大于2.5 m，松軟巖體應(yīng)大于3.5 m。牙輪鉆機底盤千斤頂下不應(yīng)墊石塊(坡道作業(yè)除外) ，并確保臺階坡面的穩(wěn)定，防止鉆機主架傾翻。

2.4 牙輪鉆機現(xiàn)場穿孔作業(yè)標準

(2)牙輪鉆機功能精度標準，按照當(dāng)班點檢項目完成牙輪鉆機點檢內(nèi)容，確認牙輪鉆機全功能高精度運行。

(3)牙輪鉆機司機應(yīng)當(dāng)配戴標準KN95防塵口罩，持操作證方可操作設(shè)備，徒工必須在師傅的監(jiān)護下操作，嚴禁徒工單人上崗，穿孔作業(yè)操作前把窗戶關(guān)好。

(4)牙輪鉆機司機鳴笛示意后啟動鉆機，鉆機履帶與掌子面接觸面保持平整，避免三條腿穿孔操作，避免底部挖空。穿孔前，檢查牙輪鉆機是否保持水平穩(wěn)定。

(5)牙輪鉆機穿孔作業(yè)前首先檢查是否水平穩(wěn)定牙輪鉆機，然后閉合牙輪鉆機主控開關(guān)刀閘，使離合器合閘開關(guān)至主提升位置，離合器合閘至低速提升位置并且收回液壓機械手柄卡頭，打開提升裝置電源，檢查牙輪鉆機主提升抱閘是否靈活可靠，把牙輪鉆機鉆頭緩慢放到巖石上，并打開鉆機主架下面的防塵圍裙。

(6)啟動牙輪鉆機主空壓機，調(diào)節(jié)壓氣排碴控制系統(tǒng)，系統(tǒng)排碴風(fēng)壓控制為0.2～0.4 MPa，排碴風(fēng)量控制為24～36 m3/min(注意啟動前盤動空壓機對輪，檢查運轉(zhuǎn)是否靈活)。

(7)打開牙輪鉆機回轉(zhuǎn)機構(gòu)主令電源后，先打開鉆機壓氣控制系統(tǒng)送高壓風(fēng)，后打開鉆機壓水控制系統(tǒng)送除塵水，緩慢啟動牙輪鉆機回轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)盤，使牙輪鉆頭開始穿孔，要控制開始穿孔轉(zhuǎn)速，鉆桿轉(zhuǎn)速不高于40 r/min。

(8)繼續(xù)低速旋轉(zhuǎn)牙輪鉆機回轉(zhuǎn)機構(gòu)，當(dāng)牙輪鉆桿的穩(wěn)桿器進入巖層后，打開主提升機構(gòu)抱閘，緩慢啟動提升加壓機構(gòu)，使牙輪鉆機提升/行走/加壓開關(guān)打在加壓位置，打開加壓離合器開關(guān)，驅(qū)動加壓馬達，隨地形緩慢調(diào)節(jié)加壓溢流閥調(diào)速器手柄，逐步增加牙輪鉆機鉆架裝置穿孔軸向壓力，控制最佳軸壓力F=160～200 kN，最大軸壓力不超過350 kN。

(9)根據(jù)巖層軟硬程度調(diào)整牙輪鉆桿回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，保證極硬礦巖牙輪鉆桿回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40～60 r/min，硬礦巖回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為50～70 r/min，中硬和軟礦巖回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為70～95 r/min，達到穿孔效率、回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速最佳的穿孔軸向壓力。

(10)牙輪鉆機穿孔操作過程中要每小時點檢巡查機械室溫度，當(dāng)室溫超30 ℃時要啟動機房增壓風(fēng)扇和液壓油冷風(fēng)扇，并檢查設(shè)備各部是否有跑冒滴漏和燒焦現(xiàn)象(注意空壓機溫度不超過100 ℃、油壓壓力不低于0.2 MPa)。

(11)當(dāng)牙輪鉆頭穿孔深度到位后，關(guān)閉除塵水，停止加壓系統(tǒng)，打開提升機構(gòu)，提升牙輪鉆桿和鉆頭，注意要邊旋轉(zhuǎn)，邊提升，防止巖石夾住牙輪鉆頭，并且將牙輪鉆桿上下來回升降至少三次，然后提出牙輪鉆桿，準備移動鉆機穿第二個孔。

(12)當(dāng)牙輪鉆機穩(wěn)桿器提升至距孔口1 m時，關(guān)閉壓氣排碴控制系統(tǒng)并停止供高壓風(fēng)，關(guān)閉回轉(zhuǎn)加壓控制系統(tǒng)并停止回轉(zhuǎn)，穩(wěn)桿器提出導(dǎo)向套0.7 m時，停止提升，打開主提升抱閘系統(tǒng)對回轉(zhuǎn)機構(gòu)制動，同時伸出液壓機械手柄頭卡住鉆桿，防止鉆桿滑落。

(13)牙輪鉆機作業(yè)時，其鉆架平臺上不應(yīng)當(dāng)站人，非操作人員不應(yīng)在其周圍停留，牙輪鉆機與下部臺階接近坡底線的牙輪鉆機，兩臺牙輪鉆機不應(yīng)當(dāng)同時作業(yè)。

(14)牙輪鉆機穿孔作業(yè)或停留應(yīng)當(dāng)避開挖掘機挖掘爆堆的最后一個穿孔帶臺階，或挖掘機作業(yè)范圍內(nèi)的爆堆臺階面上，相當(dāng)于第一排孔位地帶不應(yīng)有鉆機穿孔作業(yè)。

因此，按照牙輪鉆機現(xiàn)場穿孔作業(yè)標準，合理的選配軸壓力、鉆桿回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和排碴風(fēng)量這三個重要參數(shù)，就能提高穿孔速度、延長牙輪鉆頭使用壽命和降低穿孔成本。

2.5 牙輪鉆機采場最佳穿孔軸向壓力

如果牙輪鉆機作用在礦石上的壓力超過礦石的抗壓強度極限的30%～50%，礦石就能順利從原巖體中被破碎下來，對于不同直徑的鉆頭，可根據(jù)鉆機現(xiàn)場穿孔軸向壓力計算公式，推算出鉆機在最佳穿孔軸向壓力的情況下，鉆機回轉(zhuǎn)速度和穿孔效率最高，穿孔軸向壓力可由以下公式計算：

F=R×K×ρ×σ×D/150D0

式中F—穿孔軸壓力，kN，計算確定；

R—巖石堅固性系數(shù)，R=6～10，試驗確定，一般取平均值R=8；

K—穿孔經(jīng)驗系數(shù)，F(xiàn)=13～15，一般取平均值K=14；

ρ—巖石容重，t/m3，取平均值ρ=2.83，根據(jù)現(xiàn)場稱重計算確定；

σ—巖石抗擠壓和剪切強度，MPa，取平均值σ=76，試驗確定；

D—鉆機現(xiàn)場使用的鉆頭直徑，mm，取D=250，可設(shè)計確定；

D0—鉆機工業(yè)試驗的鉆頭直徑，mm，取D0=214，可計算確定。

綜上所述，牙輪鉆機在采礦現(xiàn)場回轉(zhuǎn)速度和穿孔效率最高，根據(jù)公式計算，最終確定鉆機的最佳穿孔軸壓力F=187.6 kN。

2.6 牙輪鉆機退鉆作業(yè)標準

(1)牙輪鉆機提起鉆桿至穩(wěn)桿器出導(dǎo)向套0.7 m時，關(guān)閉提升驅(qū)動系統(tǒng)并制動，啟動液壓油泵，驅(qū)動液壓缸機械手柄頭伸出手柄，當(dāng)液壓缸機械手柄頭卡在穩(wěn)桿器凹槽上，關(guān)閉液壓油泵，目的防止牙輪鉆桿滑落。

(2)收回牙輪鉆機底盤下面四個千斤頂，先收地勢高處，后收地勢低處，交替平衡將千斤頂收回復(fù)位，即千斤頂內(nèi)筒與外筒平行。

(3)牙輪鉆機鳴笛或通知行走移鉆，準備下一個巖石穿孔。

(4)當(dāng)牙輪鉆機打完一個孔后，必須行走移鉆或旋轉(zhuǎn)鉆機，到二個孔位置布孔，然后打第二個孔，每次旋轉(zhuǎn)鉆機最大角度不應(yīng)超20°，牙輪鉆機行走時，兩軌板高低差不應(yīng)超過0.5 m,行走移鉆到指定位置，準備第二次穿孔，如此循環(huán)反復(fù)，直到穿完10排孔，一般每排10個，即10排×10個/排，一般爆區(qū)合計穿孔100個左右。

3 結(jié)語

牙輪鉆機是采礦穿孔的核心設(shè)備，鉆機司機每天對鉆機進行標準操作，精心維護、定期點檢，才能降低牙輪鉆機操作故障和穿孔成本，延長關(guān)鍵部件(如牙輪鉆頭、鉆桿等)使用壽命；如因牙輪鉆機司機野蠻操作、過載使用，造成鉆機牙輪鉆頭或鉆桿斷裂，按照穿孔操作標準要嚴肅考核操作司機；如因鉆機司機點檢質(zhì)量、點檢缺失、點檢不真實等原因造成鉆機故障，按照點檢管理制度考核鉆機司機；通過對鉆機穿孔操作標準研究與應(yīng)用，消除鉆機操作故障，杜絕鉆機穿孔過載及野蠻操作責(zé)任事故發(fā)生，減少維護費用及運行成本，延長鉆機關(guān)鍵部件使用壽命，提高穿孔速度和降低穿孔成本，達到高質(zhì)量運行目標。