ZGYX460露天潛孔鉆機在城門山銅礦的應用

陳先萬，劉 武

（江西銅業集團有限公司 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賽城湖南岸，是一座以銅、硫為主，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀等多種金屬的大型露天礦山。礦區三面環湖，礦體賦存位置從平面看，部分礦體位于湖區，從垂向看，絕大部分礦體在侵蝕基準面（湖岸線：標高14m）以下。礦巖松軟、破碎，地表水體發育、地下涌水量大，工程地質、水文地質條件復雜。隨著礦山二期（7000t/d）生產規模的投產，礦山逐步朝著生產規?；?、設備大型化發展。穿孔工序作為露天礦山開采的第一道工序，選擇適應露天礦山穿孔作業的潛孔鉆機勢在必行。礦山于 2011年1月先后引進ZGYX460露天潛孔鉆機［1-2］投入使用，目前礦山有4臺該型號潛孔鉆車。

2 ZGYX460露天潛孔鉆機簡介及其工作原理

2.1 ZGYX460露天潛孔鉆機簡介

城門山銅礦選用的是ZGYX460露天潛孔鉆機，是由浙江志高機械有限公司經過長期的市場調研，結合國家各類工程施工特點，自行研發設計、自行制造的一種新型、高效、節能、環保、適用性強的鑿巖鉆孔設備。該鉆車是由發動機驅動的液壓動力站，帶動各個液壓馬達及油缸來完成各項預定動作。該機配置的全液壓回轉頭，為該公司自行設計生產，填補了國內在該領域的空白。ZGYX460高壓一體式露天潛孔鉆車多方位大角度鉆臂功能，可在復雜地面上自由調整，達到預定孔位，完成鉆孔作業。先進的履帶自動張緊系統和自動調平系統，使得鉆車能適應各種復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、推進動作、回轉動作、洗孔動作。

圖1 沖擊

圖 2 推進

圖 3 回轉

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巖石的過程。

（2）推進動作：推進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）回轉動作：在下一個沖擊動作之前使鉆頭轉動到新的位置。

（4）洗孔排渣：清除鉆孔中的巖硝，同時給鉆具降溫。

3 ZGYX460露天潛孔鉆機在礦山的應用

城門山銅礦礦區礦物達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。礦石構造以塊狀、浸染狀、細脈浸染狀為主，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、風化巖且地下水豐富，破碎帶區域多。巖石堅固性系數［4］f=6-15,巖石堅固性跨度大。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潛孔鉆機在地質條件復雜區域穿孔過程中易造成卡鉆、不成孔、塌孔現象，穿孔難度很大。多年來，針對不同礦巖類型、巖石堅固性系數、涌水等因素，對ZGYX460潛孔鉆機的沖擊壓力、推進壓力、回轉壓力之間的合理匹配及其參數進行正確設定,從而提高鉆機的生產能力［3］。

3.1 ZGYX460潛孔鉆機鉆孔工作參數

ZGYX460潛孔鉆機鉆孔時，當鉆孔條件發生變化時，其鉆孔的參數也應及時進行調整以滿足不同巖石和孔徑對參數的需要。表2鉆孔的基本壓力。

圖5 壓力表面板

表1 ZGYX460潛孔鉆機鉆孔基本參數

3.2 ZGYX460潛孔鉆機在不同礦巖鉆孔工作參數的設定

潛孔鉆機的工作參數［5-7］主要指鉆具施于孔底的軸壓力、鉆具的回轉速度、扭矩和排碴風量等。合理地選擇這些參數，不僅能獲得最優的鉆孔效率還能延長鉆具的使用壽命。合理的鉆機工作參數與鉆頭直徑、孔向、巖石堅固性、壓氣壓力、沖擊頻率以及鉆頭結構型式等因素有關。根據多年的生產實踐以及工作經驗，對城門山銅礦花崗巖、石英斑巖、黃鐵礦、鐵礦石、砂巖等各類巖石堅固性系數的不同，采取了合理的鉆孔工作參數設定,減少鉆機卡鉆現象的發生。

（1）合理的沖擊壓力。沖擊器沖擊活塞產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速，較硬的巖石通常需要較低的轉速。

（2）合理的推進壓力。取決于風壓的高低、回轉速度、巖石的堅硬程度、鉆孔的深度以及鉆具的類型。在破碎巖層進行鉆孔時，應選擇較低的推進壓力。

此外，可以通過“觀現象”和“聽聲音”的方法來判斷。觀現象：推進過程平順穩定（推進梁托架無跳動或抖動的現象）、鉆桿旋轉平穩（轉速較穩定）、鉆具的穿透率較穩定。聽聲音：沖擊聲音堅實沉悶（沒有嗒嗒的異常聲音和振動的聲音出現）。

（3）合理的回轉壓力［5］。在沖擊成孔的鑿巖過程中，旋轉的功能是改變每次沖擊中鉆頭刃齒與巖石的接觸位置。太低的旋轉速度造成能量的損失，因為過低旋轉使得鉆頭重復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。過高的旋轉速度導致鉆頭的快速磨損，因為此時巖石被旋轉磨蝕而不是沖擊破碎。同時過高的旋轉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見表2。

表2 ZGYX460潛孔鉆機不同礦巖鉆孔工作參數

除以上合理參數設定外，合理的排碴風量，決定于在鉆桿和孔壁之間的環形空間內有足夠大的回風速度，以便及時地將孔底巖碴排出孔外。這個回風速度必須大于最大顆粒巖碴在孔內空氣中的懸浮速度(即臨界沉降速度)。實踐表明：增大排碴風量，可以更有效地清除孔底巖碴，避免大顆粒巖碴的重復破碎，降低不必要的能量消耗，從而提高了鉆進速度；增大排碴風量，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 結語

從2010年至今，ZGYX460露天潛孔鉆機在城門山銅礦生產實踐結果表明:

（1）ZGYX460露天潛孔鉆機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、灰巖、風化巖等復雜地質及水文條件下的穿孔作業。

（2）自使用ZGYX460露天潛孔鉆機以來，在2010年至2015年穿孔作業期間，ZGYX460露天潛孔鉆機發生卡鉆次數達110余次，平均每年有22余次；自開展ZGYX460露天潛孔鉆機在復雜地質條件應用以來，2016年至2018年期間，卡鉆僅出現15次，平均每年僅5次，減少了鉆機卡鉆次數，提高了穿孔效率。

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

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