礦產(chǎn)開采 | 你知道在巖石上鉆一個孔需要幾步?
據(jù)說這是一個與“孔”有關(guān)的故事
采礦作業(yè)中，尋常的爆破、打錨桿，這些在新基建基礎(chǔ)建設(shè)、礦山開挖等施工現(xiàn)場稀松平常的事情，都需要一道基礎(chǔ)的工序——那就是鉆孔。
鉆孔，在不同行業(yè)和應用中的說法都不相同，例如在露天礦山常把大直徑鑿巖稱為穿孔，而在煤炭系統(tǒng)則叫做鉆眼。不論叫什么，我們已經(jīng)習慣了使用鉆機，無論是風動的、液壓的還是柴動的、電動的，都只有一個目的——那就是能夠快速地在巖石上鉆孔。
鉆孔是個技術(shù)活
以前，鉆孔是一件高難度的工作。在工業(yè)革命之前，人們只能通過手工的方式用鑿子或鋼釬一點一點敲擊巖石將其粉碎，從而在巖石中摳出一個洞。而在工業(yè)革命之后，人類掌握了動力，同時對鑿巖鉆孔的需求也大大增加，各種鑿巖工具也應運而生。
工業(yè)時代的鑿巖工具延續(xù)了手工時代的原理，即用沖擊的方式來將巖石局部粉碎，從而在巖石中鑿出特定要求的孔。人們意識到，需要一種往復式的工具來使得釬頭間歇式地不斷沖擊巖石，于是研究出了利用各種動力的機械裝置，來實現(xiàn)這種沖擊。
一方面，對于垂直孔，出現(xiàn)了鋼絲繩沖擊鉆，俗稱磕頭鉆。另一方面，對于非垂直的孔，或者出于對更高效率的追求，人們很自然地想到了蒸汽機，畢竟工業(yè)革命在某種程度上就是蒸汽機推動的。
最早的蒸汽鑿巖機原理和蒸汽機工作原理類似，有一個活塞在汽缸里做直線運動，通過滑動的閥門不斷改變進排氣的方向，實現(xiàn)活塞的往復動作，從而帶動連接在活塞上的釬桿和釬頭沖擊巖石。這種基本原理至今仍在廣泛應用。
但是蒸汽溫度高，使用不太方便，而且管道長了又存在降溫的問題，所以很快壓縮空氣就取代蒸汽用于鑿巖工具，于是出現(xiàn)了風動鑿巖機。
風動鑿巖機開啟大規(guī)模機械化鉆孔
早期的鑿巖機實用性較差，經(jīng)過不斷改進，直到19世紀中葉開鑿阿爾卑斯山隧道時風動鑿巖機才真正得到實際應用。到20世紀初巴拿馬運河開鑿時，風動鑿巖機和鋼絲繩沖擊鉆都得以參與了這一偉大工程。
當然這一時期鑿巖機仍在不斷改進，包括：活塞與釬桿實現(xiàn)了分離，奠定了現(xiàn)代鑿巖機的基礎(chǔ);而釬桿也改進成了空心結(jié)構(gòu)，可以用高壓空氣或水來沖洗鉆孔;其他配套機構(gòu)如轉(zhuǎn)釬機構(gòu)、配氣閥等也得到改進。這些技術(shù)進步大大提高了鑿巖的效率。
此時的風動鑿巖機還是以手持式的為主，尺寸和重量受制于工人的體力。直到二戰(zhàn)前才出現(xiàn)氣腿式鑿巖機，不僅大大降低了勞動強度，也增加了推進力。
手持式鑿巖機
氣腿式鑿巖機
氣腿式鑿巖機的出現(xiàn)，為更加重型的鑿巖機鋪平了道路。隨著鑿巖機功率的不斷增大，出現(xiàn)了支架式鑿巖機，在二戰(zhàn)后又出現(xiàn)了多種自行式的鑿巖鉆機。
在歐洲和北美有多家企業(yè)都進入了風動鑿巖設(shè)備領(lǐng)域，其中瑞典阿特拉斯·科普柯和美國英格索蘭是其中的兩大翹楚，兩家公司都有移動空壓機業(yè)務，以及系列較為齊全的手持式、氣腿式及支架導軌式的風動鑿巖機。
自行式風動鑿巖鉆機
液壓技術(shù)再接力
雖然風動鑿巖機有很多優(yōu)點，但隨著孔深的不斷增加，人們發(fā)現(xiàn)釬桿接頭處會損失很大的沖擊能量，而且作業(yè)環(huán)境惡劣，因此人們就想用液壓取代風動。
早在1932年美國英格索蘭公司就發(fā)明了潛孔式?jīng)_擊器，特點是將鑿巖機送入孔底，從而減少了能量損失。但液壓技術(shù)真正得到應用還是在二戰(zhàn)后，液壓技術(shù)軍轉(zhuǎn)民以后。其基本原理與前面所說的一致，仍然是壓力推動活塞往復運動，只是工質(zhì)換成了液壓油。通過不斷改進，到了60年代，國外大型礦山已廣泛采用潛孔式鑿巖鉆機。
▲ 潛孔式鉆進
▼頂錘式鉆進
隨著更多的企業(yè)進入液壓鑿巖機領(lǐng)域，技術(shù)水平得到了迅猛的發(fā)展。液壓鑿巖機的優(yōu)勢越發(fā)顯著，不僅能耗大大降低，鉆孔速度也得到大幅提高，還改善了作業(yè)環(huán)境。經(jīng)過不斷改進，80年代液壓鑿巖機逐漸發(fā)展成熟，形成系列化并在很多場合開始取代風動鑿巖機。
液壓鑿巖機
現(xiàn)代鑿巖之勢銳不可擋
液壓鑿巖機的廣泛應用還促進了各種自行式鑿巖鉆機的出現(xiàn)，液壓動力不僅可以用于鑿巖，也可以用于行走、推進、變幅、移位、換桿等動作，因此全液壓鉆機的出現(xiàn)不僅大大降低了勞動強度，相應地也提高了總體鉆孔效率。
FlexiROC D65全液壓潛孔式露天鉆機
為滿足更大尺寸孔徑的需求，潛孔式?jīng)_擊器也被應用在鑿巖鉆機上，鑿巖鉆機又分為頂錘式和潛孔式。
潛孔沖擊器
此外在大型礦山廣泛應用的還有牙輪鉆機，通過施加壓力和扭矩，用牙輪鉆頭直接碾壓巖石，產(chǎn)生局部破碎。牙輪在孔底滾動中連續(xù)地擠壓破碎巖石，并用壓縮空氣將巖渣吹出，直至形成鉆孔。
牙輪鉆機
牙輪鉆頭
自20世紀90年代，液壓鑿巖機開始向大功率、高鉆速方向發(fā)展，自動化和遠程遙控也開始得到應用。
三臂電腦掘進鉆車配備臺車控制系統(tǒng),提高鉆孔精度并減少超挖
進入21世紀，自動化和智能化進一步發(fā)展，如今的高端智能鉆機已經(jīng)集成了各種先進技術(shù)，具備高度的自動化功能。
鉆機將智能控制與強勁動力有效結(jié)合，大大簡化了操作，減少了非鉆進時間。鉆機可以通過遠程操作工作站進行遠程管理。即使在危險區(qū)域，操作人員也可以在安全區(qū)域進行遠距離操作，而且一名操作人員可以同時控制3臺鉆機，顯著提高生產(chǎn)力。
遠程操作工作站
在澳大利亞的一處礦區(qū)，操作人員可以在距離鉆機1347公里以外的珀斯(Perth)通過遠程操作站來操作一臺鉆機。從理論上講，我們已經(jīng)可從世界上任何地方的控制站遠程操作鉆機。
在1300公里以外遠程操作鉆機
無論是在露天還是地下，操作人員都可以呆在舒適的駕駛室甚至在辦公室里進行控制，成孔質(zhì)量和效率也消除了人為因素的影響，而且人員的安全性也大大提高。
即使在地下鉆孔，操作環(huán)境也非常舒適
環(huán)保和節(jié)能也處處體現(xiàn)在產(chǎn)品的設(shè)計理念中。地下零排放、更清潔的空氣、更低的噪音和更少的熱量，這就是使用電池所帶來的顯而易見的好處。此外，自動通風裝置(VOD)通過感應空氣質(zhì)量按需調(diào)節(jié)通風量，顯著減少能源消耗。
電池版鏟運機無尾氣排放，清潔環(huán)保
自動通風裝置（VOD）按需通風，節(jié)能降耗
通過程信息處理系統(tǒng)更可以輕松管理設(shè)備機隊?；跓o線數(shù)據(jù)傳輸或遠程信息處理技術(shù)，可提供實時數(shù)據(jù)，隨時隨地監(jiān)測自己機器的性能，統(tǒng)籌安排鉆孔作業(yè)，掌控全局。
Certiq遠程信息處理系統(tǒng)
現(xiàn)在，安百拓的許多客戶已經(jīng)開始了數(shù)字化進程，還有許多客戶不久也將實行數(shù)字化，安百拓的目標是在此過程中為他們提供支持，并滿足他們對網(wǎng)絡安全和集成解決方案方面增長的需求。
2017年，安百拓收購了 Mobilaris MCE 公司的股份，從而能夠為客戶提供礦山智能系統(tǒng)解決方案，幫助客戶全面了解礦山作業(yè)、實時定位和車輛、設(shè)備和人員狀態(tài)信息等。
礦山智能系統(tǒng)
智能化與高效工具的結(jié)合
無疑給采礦方式帶來一場革命
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