国外矿山与岩石开挖机械简史及对我们的启示

丁河江，周志鸿

（北京科技大学机械学院，北京100083）

1 钻爆法的历史

火药是中国古代四大发明之一，发明具体时间不可考，大约在隋唐时期，用于放烟火和作为战争工具。 首先将爆破用于矿山开采是在16 世纪的匈牙利。 17 世纪， 在德国和北欧的一些矿山，人们开始将火药放进炮眼里，来提高爆破效果， 比如拉普兰的Nasafjall 银矿1635年开始使用火药，挪威的Roros 于1644年开始使用火药，这算是钻爆法的开始了。

用凿岩机钻孔就更加晚了，到19 世纪中期，采用大锤和钢钎是全世界凿岩钻孔的主要方法。在中国，直到20 世纪中期，还有许多岩石开挖工程使用大锤和钢钎凿孔。

1849年，J.J.Couch 在费城申请了全球第一台由蒸汽驱动的冲击凿岩机的专利。但它可能是对10年前英格兰工程师James Nasmyth 生产的一种凿岩机的改进。 这种机器已经在当地使用。1851年与Couch 一起工作过的James Fowle 申请了棘轮内回转凿岩机的专利。 1860年左右，诺贝尔先生发明的雷管和安全炸药进一步刺激了这一产业的发展。从1850年到1875年美国申请了大约110 个凿岩机专利， 而欧洲申请了86 个凿岩机专利。

1870年美国的John Henry 采用压缩空气动力的凿岩机与蒸汽动力的凿岩机进行了对比，在35 分钟内压缩空气动力的凿岩机钻了14 英尺，而蒸汽动力的凿岩机只钻了9 英尺。

2 英格索兰公司历史

1871年美国发明家西蒙·英格索（Simon Ingersoll）申请了一种蒸汽驱动凿岩机的专利，并于同年成立了英格索尔凿岩机公司（Ingersoll Rock Drill Company）。 几年后， 他购买了Fowle-Burleigh的专利，并兼并了Burleigh 公司，这个公司在1876年10月投入市场的第二代Burleigh凿岩机成功应用于麻省的Hoosac 隧道， 这也标志着凿岩机从一种试验性产品升级为一种可靠的技术（见图2）。 1905年英格索尔·萨金凿岩机公司与兰德凿岩机公司合并，建立了英格索兰公司，这一公司名称以后就再没变过。

图2 英格索兰公司早期的凿岩机

英格索兰公司于1909 收购了A.S.卡梅隆蒸汽泵工厂（A.S.Cameron Steam Pump Works），标志着公司正式进入空压机领域。

图1 英格索兰公司的创始人西蒙·英格索(Simon Ingersoll)

进入21 世纪后， 各家公司进行了大量的兼并重组。当时的一个美国瑞迪尔（Reedill）的钻机被矿山机械公司加德纳·丹佛 （Gardner Denver）并购，2011年，瑞迪尔又被美国卡特彼勒收入囊中。

加德纳·丹佛公司于2019年正式并入英格索兰公司，历史加起来超过300年的这两家公司合并成新的英格索兰公司，着重于工业技术与温控系统。

3 安百拓公司演变历史

安百拓作为一家刚成立的公司对外宣传它有超过140年的历史，这一说法是将其拆分前的阿特拉斯·科普柯公司的历史做为自己的历史。阿特拉斯公司于1873年在瑞典斯德哥尔摩成立， 公司的创始人为André Oscar Wallenberg 先生。

公司最初的业务是为铁路公司提供各种铁路建造和运营的设备。 1890年公司更名为Nya Aktiebolaget Atlas， 即 “新阿特拉斯股份有限公司”，业务主要有三大领域：火车、商用集中供热系统和加工机床。 公司的初创期经营非常艰难，业务经常变化。 1904年公司仿制了一台德国的空压机，这台空压机由阿特拉斯生产的蒸汽机驱动。 1905年公司研制了第一台空压机与气动凿岩机，后这一业务逐渐增长，直到占公司总业务的50%。

1905年阿特拉斯生产的凿岩机名叫气动凿岩机16 号（pneumatic rock drill No.16），它的特点是其先进的来福线回转机构，但由于它重达280 kg，很难进行手动的操作，因此并未取得成功。后面的25年里， 阿特拉斯重点放在轻量手动回转的凿岩机，如Cyclop，Rex，Bob 这些型号，但真正成功的产品是1932年上市的轻型手持凿岩机RH65。 这种凿岩机的钎尾和转动套设计使凿岩机更为高效。 它和30年代发明的新的气腿推进方法配合在一起，最终进化成了地下掘进中使用的鼎鼎大名的瑞典凿岩方法。

同时在这一时期，阿特拉斯公司也慢慢退出了其它业务，如火车车厢于1911年停产，火车车头1917年停产。 1917年，由于两家公司是同一个股东， 阿特拉斯与柴油发动机公司Diesels Motorer 合并， 新的公司叫做Atlas Diesel。 直到1948年，柴油发动机业务被出售，因此公司的名称不再与主要业务相关， 新的公司名称提上日程。

二战后的阿特拉斯公司取得了更多长足的进步。 1948年， 公司上市了RH65 的改进型RH656， 它可以使用新型的镶齿硬质合金钻具，后被称为“轻型瑞典方法”。这一方法一时风靡世界，1962年完成勃朗峰隧道后，它在行业的声誉达到了顶峰。 1955年秋季，公司名决定改为阿特拉斯·科普柯（Atlas Copco），这一名称来源于比利时子公司的名称：Compagnie Pneumatique Commerciale。

同时，阿特拉斯开始进行大量的并购。 1951年，公司并购了AB Avosirebro，这是现在Orebro工厂的前身。 1992年凿岩机的生产和钻机的最终装配从斯德哥尔摩转移到了这里，1995年露天钻机的生产从德国不来梅转移到了这里。

1988年，生产钻具的法格斯塔由于其钻具的合作方Tamrock 在苏联有大量的业务，受到苏联政治经济形式恶化而陷入困境。 于是阿特拉斯·科普柯将其并购，阿特拉斯·科普柯成为可以与英格索兰竞争的钻机、钻具的成套提供商。

2017年初，阿特拉斯·科普柯公司开始进行矿山凿岩与岩石开挖拆分剥离，2018年6月18日安百拓公司正式从阿特拉斯·科普柯公司独立出来，成为一家专注于矿山凿岩与岩石开挖的工程机械制造商。 由于阿特拉斯·科普柯公司真正走向成功是依靠瓦伦堡（Wallenberg）先生发明的瑞典凿岩方法，因此气动凿岩机这一业务并未划归到与矿山业务相关的安百拓公司，而是仍旧留在阿特拉斯·科普柯公司。

4 山特维克公司演变历史

另一家源自芬兰的世界领先的凿岩设备企业汤姆洛克（Tamrock）公司成立于1865年，原来的名称为TampereenPellavaja Rauta-Teollisuus Osake-Yhti，可理解为坦佩雷麻布与钢铁工业有限公司，汤姆洛克最早生产了独立回转的气动凿岩机（见图3），后来是液压凿岩机和凿岩台车著名厂家。

图3 汤姆洛克ES 300 Corona 是最早的独立回转机构的凿岩机之一

由于汤姆洛克公司在苏联有大量的业务往来，在苏联解体后陷入困境。 而以生产钻具为主业的山特维克看到其竞争对手法格斯塔已被阿特拉斯·科普柯并购，未来对其非常不利。于是山特维克于1996年购入汤姆洛克公司49%股份，1997年将其完全兼并， 兼并时整个公司有5000多名员工。山特维克并购成功后将整个集团进行了重组，成立了新的业务领域，并正式进入凿岩机和凿岩设备的领域，成为另外一个钻机与钻具的成套提供商。

汤姆洛克公司的空压机业务以Tamrotor 的名字同一年被Gardner Denver 并购，因此，山特维克的钻机很多是配的Gardner Denver 空压机。

5 蒙特贝公司历史

1921年法国的Joannes Montabert 先生在法国里昂创建了蒙特贝公司，这家公司最早生产气动凿岩机（见图4），后为久益-苏莱尔公司代工。

图4 蒙特贝1940年代产品宣传画

1960年后，液压技术逐渐替代气动技术。 蒙特贝公司于1960年生产了第一台手持式液压凿岩机，1965年下线了第一台可装在挖掘机上的液压破碎锤，1960年代的蒙特贝工厂见图5。1970年生产了第一台液压凿岩机， 是公认的世界第一台液压凿岩机。 1978年公司生产了第一台多臂台车，可用于圆型截面的隧道施工，即后来的Robodrill 前身。

图5 1960年代的蒙特贝工厂

和安百拓、山特维克相比，蒙特贝是一个很小的公司，由于蒙特贝没有国际凿岩机械主机厂的支持， 蒙特贝自己又不生产凿岩钻机和台车，蒙特贝凿岩机产品业务非常艰难，蒙特贝公司曾经不断被转手收购。

蒙特贝的凿岩机产品业务于1994年被英格索兰收购， 后于2007年卖给了斗山。 斗山于2015年将蒙特贝卖给了久益环球。 而久益环球于2017年被小松收购， 蒙特贝也就收归于小松麾下，而小松也因此有了硬岩掘进产品线。

蒙特贝最近几年受益于中国国内市场的大量订单，凿岩机销量在中国成倍增长，业务蒸蒸日上，2018年凿岩机年产量已经正式突破1000台，创蒙特贝历史新高，而现在更处于产品供不应求的状态。

6 卡特彼勒公司

瑞迪尔（Reedill）凿岩设备公司。主要生产用于采矿、建筑行业的地面钻凿设备，瑞迪尔公司曾经被美卓、加德纳·丹佛、特雷克斯、比塞洛斯等公司并购。

卡特彼勒在2011年完成了对比塞洛斯的收购，瑞迪尔也就归于卡特彼勒公司旗下，卡特彼勒获得了较为完整的露天钻孔设备产品线以及部分地下钻孔设备产品线。 在露天设备方面，包括6 个型号的牙轮钻机和6 个型号的液压凿岩钻机。 除了原比塞洛斯的两个型号外，其余全部来自原瑞迪尔公司。

卡特彼勒的收购，再次改变了美国乃至世界钻机市场格局。 虽然这个行业受关注度不高，但和其他类型的工程机械一样，也经历了各种并购重组。 现在看来，各主要钻凿机械厂商都已依附于大型综合厂商旗下， 不再拥有自己的品牌，今后相当长一段时间内会相对稳定。

7 钻具发展历史

凿岩钻具的进展始于1890年， 最开始是采用热处理的钢材来提高性能。 1918年，蒙大拿州Anaconda 铜矿的工头A L Hawkesworth 首先发明了可拆卸的钻头。 1918年，德国为了寻找钻石的替代品， 在Osram 电灯厂专门组建了团队来研发碳化钨硬质合金。后成为了一种神奇的切削工具。 1928年，硬质合金首次应用于德国矿山，效果非常好。但在二战前，这个团队被迫解散，很多人流落到其它国家。 其中Hans Herman Wolff 博士被迫到瑞典寻求庇护。 在此后，他按照阿特拉斯公司的Erik Ryd 的设计制造了大量的钻头。这些钻头在阿特拉斯公司的试验矿山里做了大量测试。

1942年阿特拉斯、 山特维克和法格斯塔一起签署了合作协议，并授权后面的两家公司专利许可，并提供硬质合金钻头。经过多年的改进，直到1945年硬质合金钻头的经济性才达到和原有钻头一样的水平。

山特维克是一家于1862年成立的以钢铁为主要产品的公司，19 世纪60年代开始生产钻具，通过这一协议，正式进入硬质合金这一领域。

8 安百拓与山特维克双峰并立

阿特拉斯·科普柯的第一台液压凿岩机Cop1038 诞生于1973年， 当时这一产品是为了公司的100 周年庆典而研制的，后被成功应用于瑞典、瑞士、法国、意大利等多个国家的矿山、隧道、发电站建设等项目上。 从此液压凿岩机成为公司主要的发展方向。液压凿岩机和高度机械化的钻机产品，为公司后来在顶锤钻进领域领导世界打下了基础。

2002年阿特拉斯·科普柯公司并购了德国的液压破碎锤巨头克虏伯，克虏伯曾经是液压破碎锤行业公认的先驱，1967年就推出了首台液压破碎锤。 2004年阿特拉斯·科普柯公司并购了英格索兰公司的矿山与凿岩业务，英格索兰这一凿岩行业的先驱、百年巨头与全套解决方案提供商正式退出了矿山与凿岩行业。

根据反垄断协定，蒙特贝并没有随着英格索兰的凿岩机产品线并入阿特拉斯·科普柯， 反而成为阿特拉斯·科普柯凿岩机产品竞争对手，阿特拉斯·科普柯因此不得不放下身段， 也推出了简化版的低端凿岩机，提供给中国的凿岩钻机和台车，以获得新的利润增长点。

2004年，阿特拉斯·科普柯将地下铲运机的生产从美国俄勒冈州波特兰市转移到了瑞典厄尔布鲁市（Orebro）。 通过不停地转移和发展，目前，厄尔布鲁工厂成为了安百拓在全球最大的工厂和生产基地，液压凿岩机的研发，生产，测试与服务培训也在这里。

根据美通社2019年8月27日报道，安百拓将扩建位于瑞典厄尔布鲁的一项主要生产设施，以提高生产力并保障长期效率。

安百拓将扩大并整合露天凿岩与勘探设备部的生产能力，包括建造一个全新的主建筑作为装配和办公场所，从而提高生产效率。 该项生产设施总占地面积约为10 000 平方米， 建造工程将于今年动工， 并于2021年投入使用， 将有近400 人在此工作。

“这项投资使我们能够确保这一战略生产基地的长期产量及效率能够达到更高的水平”，安百拓采矿与基础建设业务领域高级执行副总裁Helena Hedblom 表示，“这将使我们能够更快、更好地为客户服务”。

厄尔布鲁生产工厂目前生产的设备包括用于采石、采矿和建筑的露天钻机，如Smart ROC和Flexi ROC 系列型号。 未来，厄尔布鲁工厂还将生产勘探与岩土钻探设备。安百拓还动工兴建了一条用于凿岩机的全新热处理生产线。 2018年建造了控制塔，这是一个面向客户和合作伙伴的高科技合作平台。 在这里，他们能与安百拓一起开发解决方案， 使采矿和建筑作业更高效、更安全。 截止2019年， 安百拓在厄尔布鲁拥有2 000 多名员工，全球约有14 000 名员工。

2020年底，山特维克宣布，将其破碎筛分业务从矿山事业部中独立出来，这样其矿山事业部更专注于岩石钻凿与开挖业务。安百拓与山特维克在矿山与岩石事业领域两巨头竞争格局正式形成。

以矿山与岩石开挖设备为主业的两家公司都报出了亮丽的2021年第三季度财报， 山特维克的矿山与岩石事业部收入与利润双创历年新高，安百拓在收入未创新高的情况下，订单量、利润及利润率均创新高。 尤其是在全球冠状病毒(COVID-19)肆虐的情况下，更加难能可贵。 这也说明全球矿山岩石设备市场情况及两家公司的运营都是非常好的。

由于较高的基建活跃度及矿产价格坚挺，两家公司领导均看好未来市场。事实上这一行业的两大公司基本垄断了国际市场， 业务高度重合，可以说是同城竞技。两家公司在竞争中追求的是共同成长，从来没有看到恶性竞争。 这种双头垄断的局面为这两家企业增加了大量利润。

两家公司每季度都公开发布公司财报，我们收集了2021年第三季度财报数据， 并且把两家公司财报数据进行了对比，见表1。 两个公司的第三季度订单额都超过120 亿瑞典克朗，同比有机增长都不低于21%。营业额都在100 亿瑞典克朗左右，同比有机增长都不低于12%。 税前利润率都不低于18.5%， 资本回报率都不低于25%。可以看出安百拓公司与山特维克公司确实是双峰并立。 这样亮丽的财务数据，工程机械分类中的其他产品的公司是很少见到的。

表1 安百拓和山特维克2021年第3 季度财报摘录

可以预计， 两家公司2021 全年营业收入可能双双达到400 亿瑞典克朗，净利润可能各自超过80 亿瑞典克朗，交出完美的财务报表。

9 给我们的启示

通过安百拓、山特维克和蒙特贝等公司的发展和演变历史回顾，可以看出，任何企业的发展都不是一帆风顺的，绝大多数的历史都会被大家遗忘， 我们只记住了极少一部分成功的高光时刻。 但优秀的公司有着优秀的基因传承，在产品的发展路线上始终是以市场为导向，以价值为导向，不断在与时俱进。在产品的研发方面，也是非常开放的，不局限于已有的成绩，敢于不断地自我否定，不断地提升改进。

我们国内的凿岩机械研发制造企业，在研发道路上无需从头开始，也要避免走弯路，要虚心学习标杆企业及标杆产品的先进技术。

我们要学习优秀企业不断探索、持续改进的精神。 以制造企业和客户双方效益为考核目标，坚持以市场需求为导向的产品研制思路，改变只重视生产制造，不重视试验研究，只重视设计图纸，不重视工艺图纸，不重视细节，只重视仿真计算发表论文，不重视根据性能参数正向设计凿岩机结构与尺寸的情况。

回顾1850年以来的历史，可以看到，在矿山与岩石开挖设备这一领域， 后入者兼并先行者，后发者赶超先发者，在历史上时有发生。 因此国内的凿岩机企业也不必因为暂时落后而妄自菲薄，现在有国内巨大的市场需求，良好工业基础，稳定的社会环境，岩石开挖与凿岩机械产品又具有较高利润率， 只要研发团队人员静下心来，聚精会神认认真真地干事，中国矿山与岩石开挖产品和企业必然是充满希望的。