国外大直径天井钻机现状

谢标长,汪炳昌

(1.江西江铜集团德兴铜矿, 江西德兴市 334224;2.江西铜业股份有限公司, 江西贵溪市 335400)

国外大直径天井钻机现状

谢标长1,汪炳昌2

(1.江西江铜集团德兴铜矿, 江西德兴市 334224;2.江西铜业股份有限公司, 江西贵溪市 335400)

在对国外大直径天井钻机的发展历史和现状进行分析的基础上,着重介绍 Atlas Copco的 Robbins天井钻机,Wirth公司的 HG系列天井钻机和 Tamrock公司 Rhino系列天井钻机,指出了天井钻机随着工业的进步和技术的不断创新,越来越能满足人们对设备性能更高要求的发展趋势。

天井钻机;大直径;水平钻进

1 天井钻机的发展历史

美国于 1962年开始应用天井钻机,到 20世纪90年代初,国外地下矿山用钻进法掘进各种用途天井得到迅速推广,天井钻机得到卓有成效的应用。钻进法实际上已取代了普通掘进法,使用区域的分布主要集中在澳大利亚、加拿大、墨西哥、南非、美国和赞比亚等地。当时,世界主要生产厂商已有美国的 Robbins公司、Dressers公司、Subterreans公司、Calweld公司、Ingersoll Rand公司,日本的 Koken公司,芬兰的 Tamrock公司、Indau公司和德国的Wirth公司。

随着世界采矿向深部发展,采矿方法不断改变,使中段高度有继续增加的趋势,原来的掘进方式已不能适应要求。因此,近几年来,国外各主要制造厂为深部开采和坚硬岩石制造了大扭矩大推拉力的天井钻机。随着天井钻机技术的进步和发展,天井钻机功率已由 75kW发展到 750kW,扩孔孔径可达7.1m,钻孔深度达到 1500m。目前,Atlas Copco的“Robbins天井钻机”、Wirth公司的 HG系列、Tamrock公司 Rhino系列和 Indau公司的 H系列天井钻机在当前市场的同类产品中,处于领先地位,在世界各地矿山都得到了广泛应用。

2 大孔径天井钻机评述

2.1 Atlas Copco的 Robbins天井钻机

Robbins天井钻机参数见表1。

表1 Robbins天井钻机参数

83RH推荐用于扩孔竖井。

91RH是 Robbins低矮型系列的产品,非常有利于更深的地下矿井钻进天井,它的模块化设计允许将其拆卸成相应小的组件,这使其容易通过更小的运输通道进行运输,而且 91RH的强有力液压驱动提供了不同的速度和良好的扭矩限制控制,使其能够支持最高 5.0m的大天井钻进。

97RDC是一款高效率的低矮型天井钻机,专门用于具有尺寸和重量限制的采矿应用,其数字 DC驱动集合了最新的电子技术。

123RH设计用于大直径天井,这使得它成为矿用凿井以及土木工程的最佳选择。

191RH设计用于满足深孔大天井钻孔的要求,装机容量 750kW,扩孔扭矩达 814kN·m,扩孔推力达 11600kN,使其可以钻凿直径 6.0m、深度 1400 m的深井。

Robbins不断创新,其大直径系列天井钻机全部采用十字头导向杆,该导向杆采取了有效的抗扭设计,能适应大扭矩,从而延长了推力缸的使用寿命。83RH和 97RDC则采用了获得专利的两片式旋转矩形移动接头,防止了变速箱产生弯矩,而可替换的螺纹嵌件则降低了维护成本。为了方便维护与运输,91RH、123RH和 191RH内置于活塞筒中的变速箱允许在没有松开主轴承的预载情况下,将驱动系拆解成更小的组件。为了在不同的岩层中都能保持较佳的钻进状态,123RH、191RH更是采用了最先进的可变速交流驱动系统,简单而且可靠,提供了不同的速度和良好的力矩限制控制。

Robbins R系列天井钻机自问世以来,深受用户欢迎,澳大利亚芒特艾萨矿业有限公司自 1969年购置第一台 Robbins天井钻机以来,近 40多年来,该公司一直依赖于 Robbins公司设备的先进性和可靠性,以降低生产成本和增加产量。

2.2 Wirth公司的 HG系列天井钻机

HG系列天井钻机主要参数见表2。

表2 HG系列天井钻机主要参数

Wirth的天井钻机和切割系统已可以运用于最硬的岩石(700MPa),近几年,HG系列天井钻机推广应用获得了良好效果。该公司生产的 HG300-SP型钻机在南非的 JCI公司所属吕斯滕堡铂矿联合区又创钻进世界记录,用该机钻导向孔 990.38 m,并将此导向孔扩成直径 6.02m的通风井。HG330-SP型天井钻机的优点是:成本比普通钻凿方法低,钻进速度快,并且有很高的准确度,导向孔钻进偏斜率仅为 0.6%,且施工安全、作业条件好,在德国 Ensdorf矿用其成功钻凿了深 1260m、直径 8.5 m的竖井,保持着最大孔径和最深钻距的世界纪录。

2.3 Tamrock公司 Rhino系列天井钻机

Rhino系列天井钻机主要参数见表3。

表3 Rhino系列天井钻机主要参数

Rnino系列天井钻机有液压驱动,也可用可控硅控制的直流电机驱动,型号有 400H、600H、1000DC、1400DC、2000DC、2006DC、2007DC、2008H6等,钻机结构更紧凑,操作台装有包括钻进记录仪、各种检测仪和报警灯在内的全套仪表,利用精密的电液伺服阀控制推力和拉力,导向精确。2008H将是最大的液力天井钻机,其中一台已在芬兰的皮哈萨尔米(Pyhasalmi)锌矿开始工作。

3 天井钻机展望

随着各大品牌大直径大扭矩天井钻机的日趋完善,现在天井钻进技术不仅只限于地下矿山钻进天井,国外天井钻机早已成功地用于水平钻进。例如,英吉利海峡两条主隧道之间的多条水平联络巷道就是用 Tamrock公司生产的 Rhino天井钻机钻成的;煤炭系统用钻进法钻进大型煤仓和大直径竖井掘进用的超前井;铁路隧道和电站工程中的通风井、地下仓库钻进运输通道和竖井等。采用低矮型钻机会降低钻机工作峒室的开挖费用,且容易组装、搬运,世界地下矿山(尤其是中、小型矿山)将会增加这类钻机需求量。随着工业的进步和技术的不断创新,天井钻机的使用范围在不断扩大,也一定能满足人们对其性能的更高要求。

[1] 尹复辰.国内外天井钻机现状与展望[J].矿山机械,1995,(12).

[2] 尹复辰,任 巍.深天井钻进设备及工艺[J].矿业研究与开发,2006,26(S1):98～102.

[3] 英国《世界采矿设备》编辑部.天井掘进设备发展状况[J].矿业工程,2002,27(5):56～58.

2010-04-06)

谢标长(1978-),男,江西于都人,助理工程师,主要从事电动轮汽车大修技术及管理工作。