大型露天礦鉆孔護孔機械裝置研制

▊ 文/武 懋

傳統露天礦鉆機護孔工作由人工持手耙完成，工作過程中存在護孔效率低、護孔質量差等缺點。同時，護孔過程中，大量的巖塵危害工作人員職業健康。為了解決上述問題，特研制一種露天礦鉆機護孔機械裝置，該裝置相比人工護孔具有護孔效率高、護孔質量優、抑制巖粉倒灌效果明顯等優點，現場應用效益顯著。

一、露天礦鉆機護孔機械裝置基本結構及工作原理

1.露天礦鉆機護孔機械裝置結構設計

露天礦鉆機護孔機械裝置由護孔堵頭、護孔密封墊、護孔鉆桿、護孔防土罩、護孔扇葉、護孔動力接口構成。露天礦鉆機護孔機械裝置結構如圖1所示。

圖1 護孔裝置結構簡圖

（1）護孔堵頭。其形狀設計參考鉆機鉆頭，其功能一方面是護孔機械裝置下放至鉆孔過程中，減少阻力；另一方面，是在護孔過程中，阻止巖粉倒灌至鉆孔中。護孔堵頭直徑為23cm，采用榫卯結構和高強度鋼固定在護孔鉆桿上。護孔堵頭與護孔鉆桿間有一定的靈活度，主要為了防止在護孔過程中，護孔裝置下放至鉆孔中非垂直，動力裝置運轉時導致護孔堵頭或者護孔鉆桿損壞。

（2）護孔密封墊。采用螺栓緊固在護孔堵頭上，其形狀為圓形，側面開出凹槽。其功能主要是在護孔過程中，防止巖粉倒灌至鉆孔中。

（3）護孔鉆桿。護孔鉆桿是護孔裝置的核心部件，作為通軸連接護孔裝置其他部分。護孔鉆桿的直徑為18cm，采用高強度碳鋼制成，能延長使用時間，可應用于大型露天礦長時間的護孔工作。

（4）護孔防土罩。主要功能是防止巖塵倒灌回鉆孔中。采用可移動的設計方式，當護孔堵頭下探至鉆孔中，隨著護孔鉆桿的下沉，護孔防土罩會緩慢上移，將下落的巖塵阻擋在其頂部。當護孔鉆桿開始旋轉，滯留在護孔防土罩上方的巖土，由護孔扇葉逐步清除。

（5）護孔扇葉。采用高碳鋼材料制作，同時采用激光焊接技術將其焊接在護孔鉆桿上。其渦狀設計可將鉆孔周圍的巖土按圓形軌跡逐步排開，實現以鉆孔為中心，護孔扇葉為半徑的圓形區域內巖土平整，且與鉆孔水平；圓形區域外巖土堆落規則，高度高于圓形區域內部。

（6）護孔動力接口。其動力模式為液壓驅動，動力源為一臺輪式挖機。輪式挖機具有作業速度快、機動性能好、操作輕便、可更換不同的工作裝置等優點，還可完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。

2.露天礦鉆機護孔機械裝置工作原理

護孔行走裝置采用輪式挖機，通過靈活的行走、轉向與調整動臂可以精確對準孔位，通過護孔堵頭與護孔防土罩使護孔鉆桿垂直于地面，實現護孔堵頭中心與鉆孔同心。

這時，開啟挖機上的動力泵做勻速下降運動，同時開啟動力泵液壓進口，護孔葉片做勻速回轉運動，做螺旋下降運動的工作扇葉片按照一定厚度的切片勻速下切，巖粉均勻向外流動，護孔扇葉將鉆孔周圍的巖土按圓形軌跡逐步排開，實現以鉆孔為中心，護孔扇葉為半徑的圓形區域內巖土平整，且與鉆孔水平；圓形區域外巖土堆落規則為：高度高于圓形區域內部，巖粉形成環狀擋水墻。

到清理巖粉見硬底時，關閉液壓進口，這樣就完成了一個鉆孔的孔口巖粉護孔工作。無論做下降運動或者上提運動，護孔防塵墊和護孔防土罩都能有效阻止巖粉倒灌至鉆孔中。

二、露天礦鉆機護孔機械裝置的優點

露天礦鉆機護孔機械裝置優點主要體現在提高護孔效率、減少粉塵對職工職業健康的危害、護孔質量標準化三個方面。

1.提高了護孔效率

當前，護孔職工采用手耙裝置進行護孔，由于護孔勞動量大、工作環境惡劣，操作人員隨著體力消耗，護孔效率和質量變得越來越差。而鉆機護孔機械裝置以B75S型挖機為動力單元，將護孔時長縮短為人工護孔時長的五分之一，遠高于人工護孔效率。

2.減少粉塵對職工職業健康的危害

露天礦生產作業中，煤灰和巖粉是對職工職業健康危害較為嚴重的物質，護孔工人受其危害最重。為了避免粉塵對護孔工人的職業健康危害，護孔工人只能佩戴口罩進行防護。而采用新設備工藝后，護孔機械裝置司機坐在駕駛室內，避免了與粉塵的近距離接觸，減少了粉塵對職工職業健康的危害。

3.護孔質量標準化

人工持手耙的護孔質量無法實現標準化，護孔形狀千奇百態。同時，巖粉倒灌情況十分嚴重，極度影響穿爆效果。穿爆進行考核主要考慮三個問題：爆破次危害、爆堆形狀、根底率和大塊率。巖粉倒灌嚴重，影響鉆機穿孔孔底高程，在爆破時產生大量大塊，臺階深孔爆破效果差。而護孔機械裝置護孔的形狀規范、標準，其采用的護孔防土罩可抑制巖粉倒灌，精準控制穿孔孔底高程和護孔質量，為優質爆破創造了條件。

三、實驗結果

為了驗證露天礦鉆機護孔機械裝置在實際生產中的可行性，以某露天煤礦1290平盤為試驗地點進行試驗，1290平盤共有鉆孔500個（包含正孔和探孔）。人工護孔和機械裝置護孔參數對比見表1。

表1 人工護孔與機械裝置護孔參數對比

從表1各項實驗參數中可以看出，露天礦鉆機護孔機械裝置無論從護孔質量還是護孔效率都要優于人工護孔。機械裝置護孔的見巖率可達100%，而人工護孔的見巖率為80%；機械裝置臺階高度是人工護孔的2倍；巖粉回流量是穿孔爆破的重要指標，人工護孔是50cm，而機械裝置護孔是10cm，機械裝置護孔指標更優；機械裝置護孔的巖粉堆形態標準化，護孔質量要高于人工護孔，且護孔效率高。現場實驗情況對比如圖2所示。

圖2 機械裝置護孔和人工護孔對比

經濟效益方面，護孔助手的時薪為45元/h，其完成500個護孔工作需要41.7h，共需支付1876.5元。而采用護孔裝置其耗油量為5L/h，柴油價格按8元/L計算，其完成500個護孔工作需要8.3h，共需花費332元。機械裝置每完成500個護孔工作相比人工可以節省1544.5元。按全隊每月護孔30000個計算，每月可以節省92670元。

四、結語

露天礦鉆機護孔機械裝置作為露天開采的輔助設備，護孔效率高，護孔質量優，經濟效益顯著，且護孔工作裝置可以抑制巖粉倒灌效果明顯。同時，作業時應用本護孔裝置可極大地減少粉塵對職工的職業危害。本裝置的各方面性能均可以取代人工護孔作業，符合礦山“機械化減人”的發展趨勢。