撬毛车配用液压破碎锤冲击能选用方法及分档

刘福康

1 爆破、撬毛与撬毛车

目前乃至今后一段时期内，钻爆法仍然是井下矿山采掘工程施工方法的主流。爆破的副作用是爆破后采掘工作面顶板及侧帮上产生了松动的不稳定的毛石（浮石），这些松动的毛石在随后的工序中随时都有垮落的可能。这种毛石的垮落称之为冒顶片帮，冒顶片帮极易造成事故。据统计，冒顶片帮事故占矿山事故总数的一半以上［1］，为了保证掘进的正常进行，必须将松动不稳定的毛石清理干净。这种清除松动不稳定毛石的工作称为撬毛，俗称敲帮问顶。由此可见，爆破和撬毛是一对挛生兄弟，有爆破就有撬毛。

撬毛的方法有两种：一是手工撬毛，二是机械化撬毛。手工撬毛是工人手持钢钎清除松动不稳定的毛石。这是一项体力工作，繁重而又十分危险，在冒落事故中，有的就发生在撬毛过程之中。替代人工撬毛的需求催生了撬毛机械化。机械化撬毛有刮削式撬毛和冲击式撬毛两种形式。目前流行的是液压冲击式撬毛车 （下称撬毛车）实施冲击式撬毛。液压冲击式撬毛的核心部件是液压破碎锤，其工作原理是：撬毛车工作装置把液压破碎锤移送到松动不稳定的毛石部位，依靠液压破碎锤的冲击，将松动不稳定的毛石敲击下来。

2 液压破碎锤冲击能选择的探索

撬毛车源于国外。20世纪乃至21世纪初，我国仅有少数矿山进口撬毛车，2010年前我国不生产撬毛车。从2010年底第一台国产撬毛车交付矿山成功试用，到今年年底的八年时间里，我国已有几家厂商研制出近十个规格的撬毛车，从整体上看，这些撬毛车基本上是在消化国外产品的基础上研制的，其工作臂都有Brokk系列的影子；但为何确定其冲击能尚未看到报道。为了了解和学习各厂商选用液压破碎冲击能的方法，笔者将这些年的思考晒出来，以向同仁讨教。

2010年4月初，笔者接受研制敲帮问顶机的时候，从文献【2】中方知这种机器叫撬毛车。由于时间紧迫，选用了文献 【2】中介绍的Brokk 330M工作臂、与湖北襄樊公路修造厂研发的公路路面破碎机相同的YC 70液压破碎锤。选用YC 70液压破碎锤用于撬毛车仅仅是凭知觉，认为此种公路破碎锤完全可以替代人工完成敲帮问顶工作。当时深知直觉并非经验，绝对是不可靠的，但出于无奈，只有“赌”一把，直到7月下旬撬毛车验证机真正能够撬毛时，心中石头才算落地。

随后的时间里，曾多次从不同角度研究撬毛车配用液压破碎锤冲击能的选择问题，总是无果而终，最后还是文献【2】解决了问题。

文献【2】指出：冲击式撬毛，即使用液压或气动冲击器，敲击那些可能松动的悬浮岩石，直至把它们击落，撬毛车配用的液压破碎锤冲击能一定不能过大，只要能将已松动的浮石敲下即可，如果冲击能过大则事与愿违，可能破坏顶板的稳固性。从这里可以品读出，撬毛的实质是击落松动的岩石而不损伤顶板岩石，同时也指出了液压破碎锤冲击能选择的方向及目标值。

如果冲击能过大则事与愿违，可能破坏顶板的稳固性。其意思十分清楚，冲击能过大，破坏了顶板的稳固性就不是撬毛了，这个“过大”的冲击能就是液压破碎锤冲击能的极大值，这个具体的数值就是该顶板岩石破坏的能量阈值［3］。

敲击那些可能松动的悬浮岩石，直到把它们击落；只要能将已松动的浮石敲下即可，指出了所选液压破碎锤冲击能的最小值。根据人工撬毛的经验，已松动的岩石各种各样，有的一触即落，有的是人力无法撼动的与顶板结合很紧密的浮石。这种浮石中最危险、最可怕的是人工撬毛后，在下一个工作循环中受到振动而冒落的松动浮石。据此，液压破碎锤冲击能的最小值应能敲落这种浮石。

在下一个工作循环中，能够使松动岩石受到振动而冒落的振源只有一个，那就是实施第一道工序的凿岩机的冲击振动，也就是说，凿岩机的冲击引起了松动岩石的冒落。从这里不难看出，液压破碎锤冲击能的最小值，就是凿岩机冲击能的数值。为方便计，把这种撬毛车配用液压破碎锤冲击能最小值按凿岩机冲击能确定的方法称之为跟随法。

综上所述，能够完成撬毛任务的液压破碎锤冲击能的最大值是岩石破裂的能量阈值，能够完成撬毛任务的液压破碎锤冲击能的最小值是凿孔用凿岩机的冲击能。即

以上这种说法从道理上讲得通，但不实用，在工程应用中液压破碎锤冲击能只能选用最小值。这是因为在撬毛车的技术参数中，有多个与液压破碎锤冲击能成正比。例如：

（1）撬毛车工作臂的横截面尺寸与冲击能成正比；

（2）撬毛车工作臂的液压缸直径与冲击能成正比；

（3）撬毛车整机质量与冲击能成正比；

（4）整机质量越大，引起撬毛车一系列的问题。

整机质量越大，撬毛车需要的驱动功率越大，撬毛车运行时消耗能源越多，撬毛车运用成本越高；如果撬毛车由柴油机驱动，又因柴油机废气排放增加而引起矿井通风量增加，通风设施建设费用和运行费用增加。

整机质量越大，各种部件的规格要增大，原材料的消耗要增加，撬毛车制造成本相应增加，影响企业效益。

3 液压破碎锤冲击能参数的建议

基于我国地下矿山多种凿岩机均有使用的情况，它们的冲击能参数各不相同，撬毛车的生产不可能跟随每种冲击能的凿岩机制造相应规格的撬毛车。笔者建议，撬毛车配用液压破碎锤冲击能的选择，应先确定一个基准值，然后根据岩石的硬度、凿岩机冲击能的大小和撬毛车已有的规格，再确定几个档次。

3.1 确定基准值和档次的依据

（1）国产支腿式液压凿岩机中，冲击能最大的为120 J，气腿式凿岩机中，冲击能最大的为75 J，导轨式气动凿岩机中，冲击能最大的是200 J。

（2）国产液压钻车（掘进液压钻车和采矿液压钻车）配用液压凿岩机的冲击能多为200 J，300 J，400 J。

（3）凡运用钻（冲击钻）爆法进行采掘的矿山，其岩石破裂的能量阈值不小于200 J。

（4）国产撬毛车配用液压破碎锤的冲击能有180 J、325 J、450 J、700 J四个规格。

3.2 撬毛车配用液压破碎锤冲击能的具体选择

（1）撬毛车配用液压破碎锤冲击能的基准值（最小值）为 200 J。

（2）在确定基准值为200 J的情况下，撬毛车配用液压锤冲击能再确定300 J、450 J、700 J三个规格。

4 结束语

撬毛车配用液压破碎锤冲击能的选择分200 J、300 J、450 J、700 J四个档次，基本上可满足不同矿山的要求，又能符合几家撬毛车制造厂已有产品的实际情况。由于我国没有撬毛车专用液压破碎锤，在制造某一档次的撬毛车时，选用的液压破碎锤冲击能接近规定值即可，如生产300 J规格的撬毛车，选用325 J的液压破碎锤完全符合要求。