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我国液压凿岩设备研制现状及应用前景


液压凿岩是一项先进技术,液压凿岩机是具有世界水平的掘进技术装备。液压凿岩理论创始于本世纪初,最早由英国人提出。设备的研制也起始于西欧,早期见到的文献资料是在 70年代初英国的 B-8型和法国的 SECOMA,这是一种手持式和轻型导轨式的液压凿岩设备。瑞典也在60年代初开始了这项工作,随后还见到了芬兰、德国、奥地利等国这方面的资料。美国的英格索兰和日本的古河公司也相继提供了这样的资料。液压凿岩设备作为工业产品大量产销推广应用,是在70年代后期。可以看出这种产品竞争激烈、发展迅速。瑞典阿特拉斯·科普柯(Atlas-copco)和芬兰塔木诺克(Tammrock)2家公司发展得最快最好。号称矿山机械强国的瑞典,是当前生产王牌液压凿岩设备的国家,有6-7个品种近40个型号,年产销 3000台以上。瑞典阿特拉斯科普柯和芬兰塔木诺克公司年产销的液压凿岩设备占世界市场的60%以上。

我国引进这一先进掘进技术装备,起始于70年代后期,地矿部门是最早引进液压凿岩设备的部门之一。粗略统计,我国已引进液压凿岩机 1500台左右,钻车600多台。引进这项技术装备最多的部门是交通、能源和矿山。在这些部门的基础建设施工中发挥了重要作用。京广复线长14km的大瑶山隧道;大秦电气化运煤铁路军都山和月山隧道;贵州境内的鲁布革电站引水隧洞;竣工不久的京九铁路和南昌铁路中隧道群等等,许多都是用液压凿岩设备贯通的。液压凿岩是我国当前隧道掘进设备中的主力军,在这方面已显示了它的优越性和生命力。

我国液压凿岩设备的研制工作,是从60年代初开始的,由于诸多方面的原因,进展并不顺利,发展得不够快,较早定型的几种产品只能用于中小断面的坑道,技术指标也不太先进。地矿部门液压凿岩设备的研制工作起步较晚,是80年代中期开始的,从事这一项目研制工作的是勘探技术研究所和中国地质大学(武汉)。他们的研制工作是结合引进、吸取、消化开展的,进展还比较快。较早定型的有支腿式,导轨式的有单臂轮胎式,双臂轮胎式的已投人试制。这是一套适合中小断面坑道掘进的液压凿岩设备。1996年定型的由中国地质大学(武汉)李砚耕教授领导研制的CLJY12.2型双臂全液压履带式凿岩钻车,是一种掘进大断面隧道的凿岩设备。一次定位后可在80m²断面上钻凿各种炮眼,各项技术性能居国内领先水平,达到或接近世界先进水平。凿岩机的零部件和整机已向铁路部门销售,取代了部分进口产品。

液压凿岩设备与风、电、内燃凿岩设备有无可比拟的优越性。与使用最久和使用面最广的风动凿岩机相比,能量利用率高风动的能量利用率仅 10%左右,而液压的在35%,是风动的3~4:穿孔速度快,风动凿岩机平均为0.5m/min,液压凿岩机达1.5~2m/min(花岗岩在1.5m/min左右石灰岩可达2m/min以上),也是风动的3~4倍。另外液压凿岩设备的耐用性强,噪声小,这些指标都大大优于风动凿岩设备。液压凿岩设备的科学性在于能将功能合理分配,能够根据炮眼岩石情况自动调节使用冲击功、扭力矩和轴向压力3项凿岩功能,使凿岩速度达到最优状态,大大提高了凿岩效率,同时也减少或消除了凿岩工人最烦恼的卡钎事故,这一优越性也是其它凿岩设备无法作到的。液压凿岩设备的不足之处在于制作精度要求高,价格较贵,维修保养要求严格。多年的研究成果还证明,小型的(如手持式、支腿式)效果不太理想。总的来看液压凿岩设备的优点是主要的,是有发展前途的,特别在中国及广大的发展中国家。

液压凿岩设备的主要用途是大断面隧道掘进和露天开挖工程。我国尚处于社会主义建设的初级阶段,这是一个相当长的历史时期,我国又是一个多山的国家,在交通能源、矿山、水利、环保、市政建设等国民经济基础建设工程中,将有大量的隧道工程和地面土石方开挖工程,任务是广泛的、大量的和长期的。在当今的掘进方法中,除了钻凿法外,还有一种称之为盾构法的,它是近期发展起来的,也称“TBM"(Tunnel BoringMachine)。这种掘进方法不用打眼爆破,是用一种隧道掘进机的设备全断面切削掘进,它的优点是一次成巷,没有超欠挖现象,成巷质量好,对围岩没有破坏。在适合的岩层中掘进效率是很高的,月进尺可达1000m。它的主要缺点是体型庞大,价格昂贵,维护检修困难,在坚硬岩层中尚未过关。尽管一些厂家介绍自己的产品可以打硬岩,这毕竟只是宣传,成功的实例不多。我们所见到的“TBM”成功的范例是英法海峡隧道,月进尺达到了500m,掘进的岩石较为理想,是一种白垩岩,细密不透水,但硬度不大,约为普氏12级岩石分类中的4~5级。福建龙门滩和广西天生桥引水隧洞分别使用过我国自制和美国罗宾斯(Robbins)生产的“TBM”,均未成功。当前正在施工的西安至安康的秦岭隧道,长18km,直径8.8m,岩层为花岗岩,德国瓦茨(WIRTH)公司专为秦岭隧道生产了掘进硬岩的,直径8.8m,机长235m,功率5400kVA,质量3000t,全由计算机控制的电视观察的极现代化的“TBM”,购价数千万元,设计掘进时速1~3.5m,实际上并未达到,掘进成本高得惊人。“TBM”自身的特点,影响了它的使用面。即使是岩层适合,在我国也不能普遍推广,因为我国经济还不富裕,上千吨的质量,几千万的购价,会使许多单位望而却步,在我国目前只能在少数几个特大工程和特殊工程(如城市地铁和不宜爆破的隧道)中使用。不是说“TBM”没有前途,而是造价太高,影响大面积推广。以新奥法(NATM)为基础的钻爆法与之相比,显示了较大优越性,造价不太高,各类岩层都适宜,特别是掘进坚硬岩层,更能显示出这种方法的优越性。我国的许多大型隧道工程都使用了这种方法,在贵州鲁布革100m²断面的引水隧洞施工,月进尺达到了350m。他们使用的主要技术装备是液压凿岩机,这种机型主要特点是冲击功大,可达300N·m,是风动凿岩机的4~5倍,所以完全适合破碎坚硬的岩层。

我国改革开放20年来,综合经济实力虽然大为增长,但并不富裕,与西欧北美的发达国家相比还有相当的差距,办事得量力而行。我国是在建设有中国特色的社会主义国家,这个最大的特色就是要符合我国实际。因此,我国首选的隧道掘进机械应当是液压凿岩设备,而且应该是国产的。液压凿岩设备在我国应用已达20年,应用面也不小,但产品都是进口的。我们这么一个大国,长期依赖进口货不是个好现象,液压凿岩设备提倡用国货是时候了,也有条件了。

中国地质大学(武汉)和天水风动工具厂共同研制的 DZYG38B 型液压凿岩机和CLJY12.2型全液压凿岩钻车经行业专家鉴定,各项指标均已达到任务书的要求,居国内领先水平,达到或接近世界先进水平,而价格只有同类进口产品的一半或1/3,实际单价不超过200万元,而同样规格的瑞典产品价格在400多万元。上述产品不仅可以保证质量,而且还可以提供“终身服务”(随叫随到,保教保修)。我们确认这种产品可以取代或部分取代进口货。总之,这一项技术过硬的产品,是值得信赖的产品。希望不久的将来,使这一产品之花开遍大江南北,祖国各地。这一新产品的推广应用工作,是会遇到困难的,但为了国家的利益和民族工业的振兴,呼吁有关部门给子应有的重视和支持,大家一起携起手来共同推进这一光荣使命的进程。

DZYG38B型液压凿岩机和CLJY12.2型全液压凿岩钻车外形分别见图12,主要技术数据如下:

DZYG38B型液压凿岩机主要技术参数:质量150kg;冲击力15~21.5MPa;回转马达11MPa;冲击机构流量90L/min;回转马达流量48L/min;扭矩(最大)500N·m;冲击能量250J;冲击频率40~60 Hz;回转速度0-300r/min;安装功率 45kW

CLJY12.2型全液压凿岩钻车主要技术参数:xx=11400mmx1700mmx2115mmm;最小离地间隙316mm;钻臂质量2380kg;臂长7450 mm;总质量19.5t;伸缩长度1600mm;最大行驶速度1.2km/h;补偿长度1750mm;爬坡能力10°;钻臂摆动角左右各 50°;钻臂举升角:向上55°,向下 12°;推进器俯仰角:向上57°,向下55°;推进器:摆动左右各60°,翻转角180°;靠帮角4°。

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