天井鑽機是利用旋轉鑽進破岩成孔並能反向擴孔的井筒開挖機械設備。美國於1962年開始套用天井鑽機,到20世紀90年代初,國外地下礦山用鑽進法掘進各種用途天井得到迅速推廣,天井鑽機得到卓有成效的套用。
基本介紹
- 中文名：天井鑽機
- 外文名：Patio rig
- 學科：冶金工程
- 領域：採礦
- 始於：1962年
- 作用：旋轉鑽進破岩成孔並能反向擴孔
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發展歷史
美國於1962年開始套用天井鑽機,到20世紀90年代初,國外地下礦山用鑽進法掘進各種用途天井得到迅速推廣,天井鑽機得到卓有成效的套用。
鑽進法實際上已取代了普通掘進法,使用區域的分布主要集中在澳大利亞、加拿大、墨西哥、南非、美國和尚比亞等地。當時,世界主要生產廠商已有美國的Robbins公司、Dressers 公司、Subterreans 公司、Calweld公司、IngersollRand 公司,日本的Koken 公司,芬蘭的Tamrock公司、Indau公司和德國的W irth公司。
隨著世界採礦向深部發展,採礦方法不斷改變,使中段高度有繼續增加的趨勢,原來的掘進方式已不能適應要求。因此,近幾年來,國外各主要製造廠為深部開採和堅硬岩石製造了大扭矩大推拉力的天井鑽機。隨著天井鑽機技術的進步和發展,天井鑽機功率已由75 kW 發展到750 kW,擴孔孔徑可達7. 1 m,鑽孔深度達到1500 m。目前,Atlas Copco的“Robbins天井鑽機”、W irth公司的HG系列、Tam2rock公司Rhino系列和Indau公司的H系列天井鑽機在當前市場的同類產品中,處於領先地位,在世界各地礦山都得到了廣泛套用。
國外天井鑽機
1 Atla s Copco的Robb in s天井鑽機
91RH是Robbins低矮型系列的產品,非常有利於更深的地下礦井鑽進天井,它的模組化設計允許將其拆卸成相應小的組件,這使其容易通過更小的運輸通道進行運輸,而且91RH的強有力液壓驅動提供了不同的速度和良好的扭矩限制控制,使其能夠支持最高5. 0 m的大天井鑽進。
97RDC是一款高效率的低矮型天井鑽機,專門用於具有尺寸和重量限制的採礦套用,其數字DC驅動集合了最新的電子技術。
123RH設計用於大直徑天井,這使得它成為礦用鑿井以及土木工程的最佳選擇。
191RH設計用於滿足深孔大天井鑽孔的要求,裝機容量750 kW,擴孔扭矩達814 kN·m,擴孔推力達11600 kN,使其可以鑽鑿直徑6. 0 m、深度1400m的深井。
Robbins不斷創新,其大直徑系列天井鑽機全部採用十字頭導向桿,該導向桿採取了有效的抗扭設計,能適應大扭矩,從而延長了推力缸的使用壽命。
83RH和97RDC則採用了獲得專利的兩片式旋轉矩形移動接頭,防止了變速箱產生彎矩,而可替換的螺紋嵌件則降低了維護成本。為了方便維護與運輸,91RH、123RH和191RH內置於活塞筒中的變速箱允許在沒有鬆開主軸承的預載情況下,將驅動系拆解成更小的組件。為了在不同的岩層中都能保持較佳的鑽進狀態, 123RH、191RH更是採用了最先進的可變速交流驅動系統,簡單而且可靠,提供了不同的速度和良好的力矩限制控制。
Robbins R系列天井鑽機自問世以來,深受用戶歡迎,澳大利亞芒特艾薩礦業有限公司自1969年購置第一台Robbins天井鑽機以來,近40 多年來,該公司一直依賴於Robbins公司設備的先進性和可靠性,以降低生產成本和增加產量。
2 W irth公司的HG系列天井鑽機
W irth的天井鑽機和切割系統已可以運用於最硬的岩石(700 MPa) ,近幾年, HG系列天井鑽機推廣套用獲得了良好效果。該公司生產的HG300 -SP型鑽機在南非的JCI公司所屬呂斯滕堡鉑礦聯合區又創鑽進世界記錄,用該機鑽導向孔990. 38m,並將此導向孔擴成直徑6. 02 m 的通風井。
HG330 - SP型天井鑽機的優點是:成本比普通鑽鑿方法低,鑽進速度快,並且有很高的準確度,導向孔鑽進偏斜率僅為0. 6%,且施工安全、作業條件好,在德國Ensdorf礦用其成功鑽鑿了深1260 m、直徑8. 5m的豎井,保持著最大孔徑和最深鑽距的世界紀錄。
3 Tamrock公司Rh ino系列天井鑽機
Rnino系列天井鑽機有液壓驅動,也可用可控矽控制的直流電機驅動, 型號有400H、600H、1000DC、1400DC、2000DC、2006DC、2007DC、2008H6等,鑽機結構更緊湊,操作台裝有包括鑽進記錄儀、各種檢測儀和報警燈在內的全套儀表,利用精密的電液伺服閥控制推力和拉力,導向精確。2008H將是最大的液力天井鑽機,其中一台已在芬蘭的皮哈薩爾米( Pyhasalmi)鋅礦開始工作。
最佳化
1.改進滾刀和合金齒刀具的材質和結構型式，使之具有較高的剛度、強度和耐磨性，同時也要適於在較硬的岩石中鑽進。還要力求加工簡易、成本低廉。
2.提高滾刀軸承的密封程度。如採用雙金屬圈密封，不僅密封性能好，而且能耐高溫。近來在雙金屬圈密封的基礎上又研製了石墨金屬圈密封。它密封性能更好，而且加工精度要求較低，成本也低。
3.採用平頭式或球面式擴孔器。平頭式擴孔器的滾刀布置在同一平面內，外緣只有一圈邊刀，大大提高了其餘滾刀的使用壽命。由於滾刀之間的空隙較小，大塊岩屑不易擠人或卡住滾刀，因而轉矩和突加負荷較小，操作平穩。球面式擴孔器的優點是，整個刀具面積大，滾刀配置合理，受力均勻，沒有尖峰負荷，因而操作平穩，滾刀壽命較長，擴孔速度快。由於空間較大，有利於更換刀具，而且沖洗岩屑效果較好。
4.將電力驅動改為液壓驅動。這樣可以根據岩石性質的不同合理地調整轉速和轉矩，以便提高鑽進速度，減少刀具的磨損和導向孔的偏斜。
5.採用遙控的自動潤滑系統。在鑽進過程中，每隔一定時間，自動地向滾刀注油潤滑。
天井鑽機展望
隨著各大品牌大直徑大扭矩天井鑽機的日趨完善,現在天井鑽進技術不僅只限於地下礦山鑽進天井,國外天井鑽機早已成功地用於水平鑽進。例如,英吉利海峽兩條主隧道之間的多條水平聯絡巷道就是用Tamrock公司生產的Rhino天井鑽機鑽成的;煤炭系統用鑽進法鑽進大型煤倉和大直徑豎井掘進用的超前井;鐵路隧道和電站工程中的通風井、地下倉庫鑽進運輸通道和豎井等。採用低矮型鑽機會降低鑽機工作峒室的開挖費用,且容易組裝、搬運,世界地下礦山(尤其是中、小型礦山)將會增加這類鑽機需求量。隨著工業的進步和技術的不斷創新,天井鑽機的使用範圍在不斷擴大,也一定能滿足人們對其性能的更高要求。
