中国采矿凿岩技术及设备研发趋势观察

凿岩装备是采矿生产过程中的主体设备，从其技术发展来看，国内外的露天凿岩装备均远远领先于地下凿岩装备，许多露天矿山所使用的凿岩设备智能化程度远高于地下矿山。

 

凿岩智能化趋势凸显随着科技的不断发展，世界各国研究采矿凿岩装备技术逐渐向更加智能化、人性化、绿色化和安全化的方向发展。而智能化技术的不断提高，为智能凿岩装备的快速发展奠定了基础。

 

近年来，数字化通讯技术、网络技术的日益完善，国际采矿业越来越多地开始在地下矿山生产过程应用数字化化网络技术。瑞典、加拿大等国开始研制并使用具备网络通讯和智能化作业功能的新一代智能化凿岩装备，这些装备普遍具有凿岩参数回传、与地下矿山数字化网络互联通讯等先进功能，实现了设备的网络化远程控制、智能化调度。

 

凿岩设备智能化程度的不断提高，令地下矿山的生产效率、设备的利用率以及完好率也大幅提高。以加拿大国际镍公司Stobie矿为例，该矿使用tomrock公司的凿岩机器人进行采矿凿岩作业，在凿岩地点用一台电视摄像机监视工作，通过宽频带将图像传输到地表控制室的大电视屏幕上，仅凭一个变焦装置便可使操作人员监视凿岩机器人的任何部位，并借助遥控台车操作凿岩机器人工作。生产实践表明，每班平均凿岩进度为132米，比传统液压凿岩台车工人劳动生产率提高63%，同时每班多运转1.5小时，设备利用率提高了19%。世界大型的地下矿山之一的澳大利亚的Olympic Dam 铜矿，在扩建中从Atlas Copco公司购置了两台凿岩机器人，并投入使用，凿岩速度达到35m/h，设备完好率94.2%，设备平均利用率82%。

 

国内研发尚存“升值区”

 

我国采矿凿岩技术的研发起步较早，其发展经历了以下三个阶段：

 

第一个阶段是改革开放之前，我国在井下凿岩装备的研究主要采用多家单位联合攻关的模式，装备的整体技术性能基本上以仿制苏联的凿岩装备，研制的凿岩产品以简单的气动凿岩设备为主。

 

第二个阶段是改革开放之后一直到上世纪末，我国凿岩设备的发展是以引进、消化、吸收国际先进凿岩装备技术为主。在此期间，国内企业大量引进国外设备，其中以引进欧洲技术研制的CT360、T150等装备为代表。在引进设备和技术的基础上，我国研发出多种型号的凿岩台车，产品以低气压潜孔钻机居多。

 

第三个阶段是本世纪，我国采矿领域的研究院所以自主创新为根本，突破了多项凿岩关键技术，相继研发出了高风压潜孔凿岩台车、全液压凿岩台车，在凿岩设备智能化技术方面进行了卓有成效的探索。其中由长沙矿山研究院与湖南有色重型机器有限责任公司联合研制的CS100D地下高气压环形潜孔钻机、CSY50全液压凿岩台车为代表，这两种型号的凿岩设备均采用了先进的CANbus技术，实现了部分自动化作业，有效地提高了凿岩效率，同时高度集成的液压系统使能耗大大降低，代表了国内目前地下矿山凿岩装备的最高水平。

 

目前，国外对于地下全智能化的凿岩装备的研究已经取得了相当的成果，并逐步投入到实用阶段。然而，这些研究和尝试与当前国际上最先进的凿岩技术之间仍然存在相当大的差距，后续发展空间较大。

 

大规模开发需过“三关”

 

与国外先进的智能化凿岩设备相比，我国的凿岩设备存在以下三个主要问题：

 

首先是在安全和简易操作方面的设计考虑有待完善。我国凿岩设备的设计应坚持以人为本，努力研究开发新一代装备，确保驾驶环境舒适、安全、操作方便、劳动强度低并配置多种辅助机构，在动力头与钻架上装有指示箭头，使接卸杆的到位情况一目了然，操作快捷方便，工作效率高，并在接卸杆处都装有急停拉线与控制传感器，能及时防止事故的发生及扩大，防止人员的伤害及机器的损坏，安全保护措施到位。

 

其次是结构及参数没有合理匹配。我国的凿岩设备在系统匹配、热平衡、油温及可靠性等方面尚存在问题，外购、外协件质量难以保证，时常会发生漏油、渗油等现象，应该系统地从根本上解决这些问题，从而大幅提升我国凿岩设备的质量。

 

此外，缺乏自动化程度高、智能高效的凿岩设备正成为影响国内工程进度的主要制约因素之一。由于对井下凿岩的要求越来越高，加之一些国家重点工程要求工期短，因此既能降低人力成本、又能提高劳动效率的高质量智能凿岩设备越来越受到亲睐。

 

对此，国内制造企业下一步应开发机动灵活、适应性强的臂架式一体化液压潜孔钻机，进一步开发液压露天钻车以及矿井下使用的潜孔钻机与液压钻车。