凿岩机械和凿岩钻具的发展

1 露天钻机

在露天钻车市场，山特维克·汤姆洛克（SandvikTammck）公司和阿特拉斯·科普柯（AtlasCopco）公司的橙色和黄色钻车仍起主导作用，尽管如此，还有其它一些竞争对手，如，古河（Furukawa）公司、英格索兰（IngersollRand）公司和里德钻进（Reedrill）设备公司。然而，牙轮钻机一直是美国比赛勒斯（Bucyrus）公司、钻进技术公司、英格索兰公司、P&H公司和里德钻进设备公司占据主导地位。尽管近年来技术精良的液压凿岩崭露头角已挤入潜孔钻机市场，但潜孔钻机仍然还有用武之地。

在凿岩设备领域，一个很有意义的发展是业务范围广泛，专门从事设备制造的梅措（Metso）公司对斯维达拉公司的收购。为了适应美国和欧洲竞争问题的相关委托机构的要求，梅措公司不得不把其一部分矿物破碎与加工业务售给欧托昆普公司和山特维克公司。但是，梅措公司还保留其制造露天重型钻车和牙轮钻机的里德钻进设备分部。山特维克公司从梅措公司手中收购部分破碎和筛分机生产线，这种变化具有重大意义。因为这不仅将两家公司引入竞争机制，而且使梅措公司能够进入另一个已成熟的系列产品领域。

由于大型柴油钻机比电动钻机具有更大灵活性而日益引起关注。在牙轮钻机市场值得注意的变化是其规格品种极为齐全，比赛勒斯公司和P&H公司多年来一直是重型牙轮钻机市场中的两个竞争对手，这两家公司都开发了大型柴油钻机。现在，英格索兰公司已促使这两家公司在这个领域联合起来。在矿山设备出口展览会（MINExpo）上英格索兰公司展出了其巨型pitviper钻机（《世界采矿设备》2000.12），它既有柴油驱动型的，又有电力驱动型的。牙轮钻机市场已很稳定，据比赛勒斯和P&H公司报道，它们的牙轮钻机具有强劲的销售势头，近几个月都获得了许多订单，因为有些矿山正在用新的（和少量的）钻机更换陈旧的低效率的钻机。尤其是P&H公司在南非金刚石采矿市场取得了巨大成功。例如，目前该公司有不少于4台250XP型柴油钻机正投入博茨瓦纳的德布斯瓦纳金钢石矿的钻机队工作（另一台在南非的德比尔斯 （Debeers）公司维尼夏（Venetia）矿）。与此同时，比赛勒斯公司指出，它们的第三代49R型钻机应用非常广泛，总销售量快要达到100台的记录。尽管如此，P&H公司认为，许多矿山仍然谨慎地观注着钻机市场出现的最前沿技术，如全球定位系统（GPS）、岩层识别系统和矿山管理软件包等。但是，P&H公司预计随着在电铲、汽车和推土机应用这种新技术的不断进步，钻机受益也就为期不远了。

在配用重型液压凿岩机的露天钻车领域也存在一些守旧思想，许多用户尚待理解和体会直孔钻进技术的益处。这种技术与以前的系统相比，钻孔可以更深和更直。确保钻孔是直的对爆破效果至关重要，它对总开采成本影响很大，这点将会达成共识。在按照穿孔米数给承包商付酬的国家，强调穿孔效率，而常常忽视精度。许多公司并未完全认识到炮孔偏斜会增加矿石破碎成本和废石量，因为低效爆破不仅产生大块，而且使粉矿比例很大，另外还会造成矿山或采石场底板凸凹不平。

现在已有解决这个问题的方法，有4家公司为钻进直孔提供设备，阿特拉斯·科普柯、波特朗伊尔 (Boartlongyear)、罗克莫尔(Rockmore)和山特维克4家公司都生产直孔钻机，能大大改善炮孔质量。这类重型钻车还有孔径更大、炮孔质量更佳等优点，以前只有潜孔钻进技术才有这样的功能。尤为重要的是，它意味着有些矿山可以用成本更佳的重型液压钻车取代潜孔钻机。

例如，山特维克公司的60型系统现在可以使用重型钻车钻凿直径为92～140mm的炮孔。直孔钻进设备的概念是为潜孔钻进技术提供相匹配的导向能力，同时又可提高生产效率和显著降低燃油消耗。直孔钻进系统与常用的T51型钻杆相比，还可提高可靠性和延长服务寿命。与过去最大的重型钻车常用的T51型钻杆相比，直孔钻进系统具有更大的抗弯曲能力和更好的冲洗能力。四家公司都承认这类钻杆可优化能量传递和钻杆组的刚性。

针对自己以前重型钻车所用的T51型钻杆和潜孔钻进设备，山特维克公司进行了大量的试验工作，以保证其系统性能的承诺。露天部经理R.莫伦说“炮孔钻凿质量好确实是无容置疑的，但我们必须承认惟一的反对观点——重型钻车的钻杆价格较高是对的”。由于，考虑到劳动生产率的显著提高和每米炮孔燃油消耗至少能降低50%，那么钻杆成本就显得不那么重要了。

一些钻进承包商也认识到节省燃油成本和系统通用性的潜在意义，因为直孔钻进设备能够减少所需的凿岩工具数量。例如，山特维克公司指出，同一台钻车和钻杆组可以用来钻凿直径 92、102、115、127 和 140mm 的炮孔。这种系统还可以在高度达30m的台阶上钻凿直径为127mm的炮孔和在20m的台阶上钻凿直径为140mm的炮孔。

同时，洛克莫尔公司也指出，该公司的T60Mega钻杆具有很高的抗磨损强度，而且回弹应力与抗疲劳的强度也很大。他认为，其热处理方式比各家竞争对手价格昂贵的渗碳钢钻杆的抗磨损能力更为有效和价格更为低廉。另外，据称T60Mega钻杆比大多数刚性渗碳钢钻杆的性能还优越，特别是在岩层破碎的情况下。

四家公司对他们的直孔凿岩系统的潜力都抱乐观态度，据说其性能和服务寿命都将不断得到改进和提高。这些系统仍在持续开发中，其中山特维克公司正在推出一种改进型的直孔钻杆技术。接下来就看阿特拉斯·科普柯、波特郎伊尔和罗克莫尔公司将有何种反应有待分晓。但明显可知市场对这种技术在持续看好，需求不断增长，因为它可为矿山提供使用价格低廉的重型钻车钻凿以比前更直、更深和直径更大的炮孔，降低爆破总成本。

重型钻车和潜孔钻机自身在不断得到改进，主要制造公司，如阿特拉斯·科柯普、古河、英格索兰、里德钻进设备和山特维克·汤姆洛克公司集中力量重点改进驾驶室设计和控制装置。例如，阿特拉斯·科普柯公司的C型钻车，现在已装配了包括计算机、通讯网络、彩色显示装置和数据输入盘在内的集成网络控制系统，这样，很容易使钻车达到最优的钻进性能。计算机化控制装置能感知岩层条件变化，并可相应地调节推进和冲击速度。操纵杆控制装置可使得这类钻车更易于使用，而且钻杆的接拆和更换、推进方向的找准和炮孔深度的自动控制功能可改善炮孔直度和岩石破碎效果。

的确，液压凿岩机的改进已使它们挤入以前由潜孔钻机所占有的炮孔凿岩设备市场。尽管如此，潜孔钻机的需求量仍然很大，因为它提供的炮孔直度和可钻进的炮孔直径仍比液压钻车的更直、更大。

阿特拉斯·科普柯公司的潜孔钻机系列产品在继续发展，它推出了新型RocL6穿孔钻机。这种钻机属于中型钻机，适用于小型采石场、大型石灰石矿和露天矿进行高效率生产凿岩。它能钻凿直径92～140mm的炮孔，由一台272kW、Cat3176型柴油机驱动。

山特维克·汤姆洛克公司宣称，它设计的新型Titon500潜孔钻机配用102～127mm的潜孔冲击器，用一台两段的螺杆空压机供给压气。重19.5t的这种钻机用输出功率为272kW的一台catc10型柴油机驱动，其特征包括电液控制装置和电梯式驾驶室。

在潜孔钻机领域的技术进步不只局限于钻机方面，有一些供应厂商已经改进和扩大它们的潜孔冲击器产品系列。纳马(Numa)公司宣称，在该公司Patriot产品系列中增加了最新的Patriot35型潜孔冲击器，其钻进速度快，使用年限长。与Patriot系列其它产品一样，这种35新型冲击器易于维护，因为它采用的是相同的简化设计。这种潜孔冲击器适用范围广，可用于钻进直径为89～102mm的炮孔。其重量只有19kg，长度仅有676mm，可在有限的空间内使用。据说设计的冲击能够快速高效率地传递能量。纳马公司称，它的冲击频率要比以前champion型的高20%，在气压为2.38MPa(23.8bar)时，每分钟平均冲击次数为2100次。其它特点包括其设计将P35进气管直接安装在冲击器的顶部，以便更好地对准，从而可延长工作寿命和提高整机性能。纳马公司还强调指出，其冲击器产品对压气压力要求低，气压仅为 1.36～2.38MPa(13.6～23.8bar)，耗气量量仅为94～195L/s。

同时，阿特拉斯·科普柯·塞科罗克(Secoroc)公司宣称，该公司生产的直径152mm的CoD64Q1d型潜孔冲击器是专为目前市场上普遍采用的高气压而设计的。橡胶部件在高压下易于损坏，但阿特拉斯·科普柯公司指出，钢质弹簧和新型橡胶缓冲器意味着CoD 64Q1d型气动冲击器具有较长的使用寿命。其标准活塞设计采用多边形，位于车削在汽缸中的槽内，用以加强导向性和减少内部磨损。利用专为凿岩而开发的高强度钢和新式12型键卡盘有助于提高冲击器的工作寿命。据公司称，CoD64Q1d型潜孔冲击器在设计中采用这些改进措施可使其寿命提高3～5倍。

2 钻头和部件

钻头设计对潜孔钻机凿岩和重型钻车凿岩都是一个重要方面。虽然初看起来钻头并不特别复杂，但业内人士都知道良好的钻头设计对于高效率凿岩是何等重要。炮孔的有效冲洗就是重要因素之一，快速从孔中排出岩粉防止重磨，否则就会增加钻头和柱齿的磨损而降低钻进速度。同样，柱齿间隔也会影响钻进效率，某种构形可能适于特定的岩石类型。柱齿的外形也是个问题，在这方面做了大量研究工作，以便在传统的半球形、抛物面形、弹道形和圆锥形之外开发新的设计。同时，也改进了柱齿和钻头体的材质，为矿山提供了工作更长时间的工具。这些因素相结合，使得各种岩石条件都有相应的钻头。一些供应商现在就能向用户提供特殊设计的钻头供给特定矿山使用，成本增加不多，几周就可供货。

这些不只限于一家生产厂商。事实上，近几年就有几家钻头制造厂商都提供了改进后的钻头设计和柱齿类型。这些厂家包括阿特拉斯·科普柯·寒科罗克、波特郎伊尔、山特维克和罗比特(Robit)公司。最新钻头设计来自美国罗克莫尔国际公司，该公司称，这种新的Xtreme系列钻头可用于采用冲击式凿岩的矿山钻凿坚硬和磨蚀性岩石。这种Xtreme系列钻头的主要特点是采用特制的作用不对称的硬质合金设计，而这种硬质合金是由罗克莫尔公司研制的。据该公司称，柱齿新的几何形状提高了抗磨损强度和冲击能量的传递速度，尤其是在极端不利的凿岩条件下可有效地破碎岩石。罗克莫尔公司解释说，用普通钻头时，岩粉碎屑的磨蚀特性使硬质合金齿的固齿钢体受到磨蚀，从而降低柱齿周围的固齿接触力。结果，柱齿的突出尖部压力很大，导致硬质合金柱齿崩断，这是钻头过早损坏的最常见形式。

罗克莫尔公司指出，Xtreme系列钻头由于采用作用不对称的硬质合金设计和新的平面构形以及创新的径向槽设计，从而适于在坚硬磨蚀性岩石条件下使用。由于柱齿用平面设计改善了冲洗条件，这将有助于提高钻进速度，因为岩粉再磨碎的机会很少了。这些因素还有另外一个好处，即降低了柱齿和钻头体的磨损速度，这有助于最大限度地提高钻杆的性能。

用户还可利用钻头修磨系统而使重型钻车和潜孔钻机的凿岩效率更高，CME和阿特拉斯·科普柯公司都供应先进的修磨设备(《世界采矿设备》，2000，12)。 阿特拉斯·科普柯·塞科罗克公司的最新型的潜孔钻机为QindMaticBO2型。这种新型的半自动化钻机可以使用潜孔冲击器和具有球形和弹道形柱齿的钻头。装配的装置包括自动定心支臂、分度式钻头夹持器和旋转速度可达14900r/min的大功率磨钎机。改进的主轴使磨轮的更换更加快速和容易，而且时间继电器、可倾斜的钻头夹持器和电气锁定装置更加增强了这种磨钎机的多功能性。这种磨钎机能够修磨最大高度650mm、最大直径178mm的钻头。

在牙轮钻机市场，瑞典山特维克公司与美国史密斯(Smith)国际公司组成的钻头技术联合企业——山特维克史密斯公司是很有意义的开端。在此联合公司中，原有两家公司各占50%的股份，它包含了山特维克公司牙轮钻机分部的牙轮钻头业务和史密斯矿用钻头与工业工具分部的钻头业务。总部设在瑞典雪平的这家联合企业，一方面将有助于两家公司的发展，另一方面将在矿业市场推出史密斯公司先进的、寿命长的密封轴承钻头。史密斯公司主要集中生产油井钻进设备，矿业只占其业务的很小一部分。山特维克公司主要业务在矿业领域，但是至今尚未成为牙轮钻机市场的重要一员。联合起来工作，山特维克史密斯公司将能够研制更先进的牙轮钻进工具，并将向用户提供更多的系列产品。

改进钻头设计也不只局限于炮孔凿岩钻头，阿特拉斯·科普柯·克雷柳斯(Craelius)公司宣称，其镶嵌金刚石的Super滚刀产品具有许多特点，既使在极坚硬的岩石中也能达到很高的性能。这种新型钻头向用户提供的应用领域很广，因为它有三种钻头基体可用于钻凿坚硬的岩石。据说其钻进速度比目前市场上已有的传统工具要快20%。这可部分地归因于使用了自由切割系统，可自动排除磨掉的金刚石，从而可优化切割效率。同时，额外加大的钻头体高度与材料组分相结合可使钻头寿命比现有钻头寿命长30%。

3 地下凿岩台车和锚杆台车

瑞典辛克格吕万矿距阿特拉斯·科普柯公司厄勒布鲁凿岩台车制造厂很近，为一些最新的设备进行井下试验提供了方便。首批阿特拉斯·科普柯公司的新型Bo1tec锚杆台车和simha生产凿岩台车刚从厄勒布鲁厂出厂不久，就在辛克格吕万矿投入使用了数小时。

由于采用了阿特拉斯·科普柯公司的一些最新设计，所以该矿不仅最大限度地提高了生产效率，而且也在研制几种新设备中起了重大作用。利用最新设备使矿山生产率得到进一步的提高。该矿凿岩机队拥有阿特拉斯·科普柯公司的L2cRocketBoomer掘进台车、simhaM4C新型生产凿岩台车和新型Bo1tec锚杆台车。辛克格吕万矿的M4C型台车是首批Simha改进机型中的一台，在矿山已经使用了一段时间，而且利用率很高，精度也能满足新采矿方法的要求。

正当《世界采矿设备》编辑部来访之际，决定购买此套设备之前，辛克格吕万矿租用了这台采矿台车，据报告台车生产性能良好。阿特拉斯·科普柯公司很有希望能得到该矿两部台车的订货单。

阿特拉斯·科普柯公司声称，正在推出新系列锚杆台车，所有部件均按照CANBUS系统制造，采用与RocketBoomer掘进台车和Simba生产台车相同的标准组件设计。

总之，改进后的Bo1tec锚杆台车可达到更高的生产效率、更大的可靠性和更好的人类工程学要求。同时更适应各种锚杆的要求，如水泥注浆锚杆、Swellex胀管式锚杆、机械锚杆、树脂胶结锚杆和胀管式锚杆等。按在RocketBoomer掘进台车和Simbar生产台车上装配的控制系统，有四种基本型号台车，即配有遥控系统装置的MC和LC型台车以及配有直接控制装置的MD和LD型台车。配用直接控制装置的机型失去了一些配用CANBUS系统的台车可用的特征。

新型235型Boltec锚杆台车将取代早期的335和435型台车，它配有直接控制装置或电子控制系统装置。然而，235型Boltec台车还有一段时间才能下线。另外，公司正在研制适合市场要求的，如适于南非铂、铬开采用的低矮型机器，并将在近期推出SILRocketBoomer台车。

与阿特拉斯·科普柯地下台车的硬件一样，MC和LC 型Bo1tec锚杆台车装有采用先进技术的台车控制系统。特尔萨瓦萨拉先生说：“我们需要与Simba采矿台车不同的台车控制系统功能，但基本系统一样。所说新的是我们研制的一种新型锚杆台车。其结构坚固耐用、设计简单”。

Copl432Ⅱ型更有效，并具有公司的旋转压力控制推进、复式缓冲和抗卡钎功能。其锚杆安装设备增加了防止岩石冒落功能和附加长油缸，同时使压力油软管和回油软管保持分隔状态，以防它们互相摩擦而导致意外磨损。另外，利用水自动冲洗装置，并可直接与矿山供水管网相接。

新式锚杆箱配用一台大功率回转马达。且具有更大的通用性，因为它可同时夹持不同长度的锚杆。这种锚杆箱还可进行改装，以供不同类型的锚杆使用，而且修改工作并不困难。

遥控安装的锚杆箱由驾驶室操纵，并可根据要求选择具有慢速、中速和快速凝固树脂的不同胶结剂卷的混合物。这与以前的树脂锚杆安装机相比是一个很大的进步，因为以前要用人工安装胶结剂卷。同样，散装水泥搅拌器(由克雷柳斯公司供应)的工作也在驾驶室遥控进行，这种搅拌机可配制10种不同的混合浆体 (计算机可保持搅拌机内的和孔内的混合相一致)，而且混合能力比以前的更大。有一个支臂可用来安装金属网，其活动范围很大。据说，用此支臂无处不到。

台车控制系统有可能与矿山计划系统联网，这个问题正在议论中。一些用户还询问这类Boltec锚杆台车是否可纳入矿山卫星遥控系统，因为机械设备的位置信息对于矿业公司是极为有用的。在现阶段还不能提供设备自动定位系统，但可为操作工在手工控制下完成工作任务提供制导。现在，台车控制系统能够自动完成开孔、钻进和旋紧锚杆作业。公司正在研制与RocketBoomer台车具有同样功能的锚杆自行定位的机械。全部工作数据都可存储到接插兼容的存储器插件中，每班结束时可以把这些数据下载给个人计算机。在台车控制系统中，为用户、用户服务、阿特拉斯·科普柯公司服务、研究和发展中心服务等提供不同层次的计算机访问站。

台车控制系统有助于最新式的Boltec锚杆台车比以前能更可靠地工作，同时可以更快和更有效地查找故障。维修手册已制成大容量只读存储器。公司正在探索如何使锚杆台车利用诊断系统在需要维修时自行定购零部件的方法。

其它一般性的改进包括长寿命的轴承与连接装置、更新的计算机程序和新的系统设定值。所有这些特点综合起来可提高利用率、减少部件磨损、提高生产率和延长发生故障的平均时间。利用与最新型的Simbas采矿台车和现有的Rocketl300mers掘进台车一样的底盘，设计具有标准组件的Boltecs锚杆台车系列产品，从研制到交货周期比以前的产品要短。

此外，在快要到2001年年底的时侯，阿特拉斯·科普柯公司推出了它的新一代M和L系列Simba生产凿岩台车。现在用户看好提高生产凿岩台车的精确度、生产率、利用率、自动化以及其它一些特点。Simba生产台车装配有阿特拉斯·科普柯公司的台车控制系统，它是以三年前开始用在Boomer掘进台车上的那种台车控制系统为基础改制而成的。

计算机硬件就像装配到U6Craelius新型台车和Boomer掘进台车上的那种流行的系统。计算机化台车控制系统是智能可靠的，可为操作工提供良好的接口，并具有与矿山计划软件相接的可能性。台车控制系统技术有三种不同层次的控制功能，即基本功能、正规功能和总功能，而最为先进的系统正在LKAB公司基律纳矿进行试验。Simba台车的计算机程序装有用于排除故障的程序接口。较为先进的标准系统可提供自动给杆和回杆功能，这种系统被称之为单孔自动化技术。

正如期望的那样。总软件包是三种功能中最成热和精良的一种，它具有提供全自动化操作的潜力。但是，还有一项要求，就是首先能探测扇形孔的凿岩区状况和检查是否有突出的锚杆或岩石存在而可能对凿岩构成障碍。尽管辛克格吕万矿的生产凿岩台车的操作工首次在M4C型台车上使用控制装置很胆怯，但很快就适应了这种台车，并且后来发现它很容易操作。很有趣的是这种生产凿岩台车是从单独的操作室进行遥控，结果，辛克格吕万矿只在台车上装配了顶棚而取消了操作室(这在欧洲的矿山是极为少见的)。

Simba凿岩台车采用标准组件的结构和利用阿特拉斯·科普柯公司现行Boomer掘进台车上已验证过的同样底盘。Simba台车的两种系列产品共有7种基本型号，它们是M2C、M3C、L3C、M4C、M6C、L6C 和 M7C， 但这些台车具有可任选的结构形式，故可扩大其产品系列。就在《世界采矿设备》杂志采访奥勒布鲁厂时。阿特拉斯·科普柯公司正在完成L6C台车的最后一部分工作，这是至今该公司生产的第一台L系列Simba台车产品。

LKAB公司将用L6C型台车取代较早一代的产品和从新一代Simba台车的一些特点获益，这些特点是软管少(接近50%)和CANBUS电子系统取代早期4536型产品上的以可编程逻辑控制器为基础的系统。L6C台车的液压系统与辛克格吕万矿的SimbaM4C型台车一样，但L6C台车较大，配用功率较大的液压泵站以便与大得多的Cop4050型液压凿岩机的要求相匹配。LKAB公司的这部台车也配有喷水雾系统以便可进行下向孔凿岩。

辛克格吕万矿正在使用的M4C型台车配备有一个转台和Cop1838MEX型液压凿岩机．它可以钻进直径为51～89mm、孔距达3m的平行孔。尽管可根据用户要求，可以使用以前的Cop1238型液压凿岩机，但Cop1838型液压凿岩机可作为标准件装配到Simba新系列台车产品上。巨型Cot4050型液压凿岩机就像选用潜孔凿岩设备那样可作为任选件供应。

第一台M4C型台车在辛克格吕万矿使用有些时侯了，另一台澳大利亚一家用户订制的这种台车正在制造。由于用这种台车取得了一些经验，故已为矿山所证实，其使用效益也已得到验证。利用台车控制系统使得凿岩机得到了更好的控制，直接效益是提高了凿岩速度和降低了钎杆及钻头的费用。与矿山使用的早期生产的凿岩台车相比，辛克格吕万矿使用M4C型台车钻杆寿命大大提高，达到1200～1300m，有时甚至超过1800m。公认使用这种台车可能会使运营费用降低20%左右。

技术精湛成熟的液压系统意味着由于液压软管的减少可免去不少维修要求，而且利用新式的防渗漏系统可避免液压油的喷溅。此外，台车控制系统与相称的液压系统相接合可提供更好的性能。如可更加平稳失误的定位。推进系统可有多达四个顶尖可用(按标准配备两个)，利用这些顶尖能够更可靠地进行调整定位。