液压凿岩--前十年和后十年即计算机、自动化和许多别的发展。

液压凿岩设备首次成为气动凿岩机以外可以采用的一种重要设备只不过是十年前的事。今天以及今后一段时间内液压凿岩机是进行新的地下开拓首先选用的设备。现在已有许多改进，旨在提高设备的可靠性以及提高凿岩机、液压系统和安设凿岩机的液压支臂的工作效率。芬兰和瑞典的主要制造厂近来已采用新的一代液压凿岩机，别的国家的其他制造厂商在今年也在现场开始使用新型液压凿岩机。凿岩操作自动化是最大限度地发挥液压凿岩机的非凡凿岩能力的途径，目前人们正在集中研究自动化问题。

采矿工程师面临的问题与其说是钻车的选择不如说是凿岩设备的选择。利用液体不可压缩的特性和利用压缩空气为介质作为冲击式凿岩机传递动力是不同的，所以液压凿岩机有其优点。这些优点已有许多文献进行了论证，但是有必要作简评。

由于活塞设计不同，因而液压凿岩机的冲击动力学性能较好，所以钎杆的应力不象气动凿岩机那么大。由于这个原因液压凿岩机可以通过一定尺寸的钎杆多传递50%的能量而不降低钎杆的寿命。这意味着可以大幅度提高纯凿岩速度。气动钻车一般能以每分1米的速度在硬岩中钻凿直径45毫米的炮孔，而液压钻车的钻进速度为1.8~2.0米/分。这本身就有一些重要优点。例如，双臂液压钻车与三臂气动钻车有相同的平均凿岩功效，这两种钻车都可以由一人操作。因此，若要在双臂气动钻车和双臂液压钻车之间进行选择的话，那么后者可以使劳动力的开支和钻一组炮孔的时间降低原来的三分之一(如果工作循环组织得好可以充分利用设备的话)。

一般认为液压凿岩机可以使杆的费用平均节省15%。值得注意的是由气动改为液压时，钎杆的类型、尺寸和长度以及头大小通常也要改变，使得液压凿岩机的凿岩效率和凿岩费用的最佳化容易实现，因为这种凿岩机的工作压力大小可以改变，这样就可以在任何给定的岩石状态下达到最好的钻进速度而且钎杆和钎头磨损最少，也就是费用最低。此外，也可不要求提供长寿命的钎杆而提高钻进速度。

虽然备件和维护的费用可以有很大差别，但是通常认为液压凿岩机可以降低20%。液压钻车基本部件寿命似乎大体上与气动钻车相同或者略长些。但是液压凿岩机本身与气动凿岩机相比，其钻进总米数预计可提高二分之一到一倍。这常常意味着在隧道硬岩掘进中总掘进米数达10万米，而在软岩中这个数字可能高得多。另一个附带优点是能量利用率高。液压凿岩所消耗的能量通常只有气动凿岩的三分之一。从“环保”角度看，液压钻车的好处大。封闭系统避免了排气的麻烦。因而避免了气动凿岩机产生的油雾。这样就大大提高了能见度，从而提高了凿岩精度，此外还可降低噪声。液压钻车日益普遍使用全隔音的空调安全司机室。

液压凿岩获得确实的经验和结果反过来又扩大了应用和使用。其中包括隧道掘进，深孔凿岩和露天梯段凿岩。在这些方面，液压凿岩与气动凿岩相比也更显示出优越性。液压凿岩的应用和使用的扩大又导致重型凿岩设备系列的广泛扩大。现在已出现技术先进的，可供地面和地下凿岩广泛应用的凿岩设备。

目前，液压凿岩机的实际凿岩时间已降低到这样的程度，即进一步提高凿岩速度只能得到微不足道的好处。所以促进了进一步缩短其它凿岩循环措施的发展，其中包括:提高支臂定位速度；提高凿岩工具的寿命；提高凿岩机的工作效率。

凿岩机、液压系统和钻车作为一个整体的工作效率对降低总的凿岩费用是重要的因素。为了能利用现代液压凿岩机的优异性能和生产能力，在生产上必须进行不间断或不停产凿岩。

液压凿岩机的故障会使凿岩工作立即停顿，而且停顿的代价很高又不能采取临时措施加以补救。防止长期停产的一个普通做法是在凿岩现场有备用的凿岩机。

不在计划内的停产对任何工程都是令人恼火的。设法避免这类停产的一般方法是定期地更换凿岩机并对它们进行彻底检修。利用与冲击机构连接的小时计数器可以精确检验所使用的每台凿岩机的工作时间。例如:Atlas Copco公司的COP1038凿岩机的正常使用期通常是冲击机构工作200小时以上，转换成钻进数大约为15000米左右或相当于不间断凿岩两个月。

液压凿岩机及配套的系统工作效率不仅取决于零、部件的质量及其抗磨性。要提高工作效率还必须使用和维护合理，所以要有经验丰富的操作人员维护。这样才不会滥用(把它置于高应力下使用)。在有效地工作循环和故障引起非生产性停机之间的关系方面，工地的组织和人员的努力是决定性因素。

但是能否发挥最大优点和是否有发展前景还取决于是否能够实现凿岩自动化和最终计算机化。现代的机械化隧道掘进钻车如:Tamrock公 司的Maximatic HS307 都装有标准的自动化设施，如凿岩机的停止和后退，可以确保炮孔精确定位的半自动化和全自动化设备。防止钎杆卡在裂隙中的防卡钎自动化设备以及支臂自动平行设施。这样在打每个孔后不必进行重调，这种钻车本身是以500系列的凿岩系统为基础的一类新型钻车，其中每个部件都与其他部件相匹配，因而可以发挥最大的总凿岩效率。因为提高钻进速度本身并不能显著降低每次循环的凿岩时间，所以在系统设计时要设法降低支臂移动时间，同旧提高孔的定位精度和调整速变。

新的一代钻机

正如上面所提到的那样，公认的先进制造厂家都在采用新型钻车和新的凿岩系统，而且新建的制造厂不断出现。

在芬兰Tamrock公司在500系列的岩系统内研制了S级钻车。这一新设备的思想是在简化上动脑筋以提高速度和耐用性。Tamrock公司的工程师们指出，制造复杂的钻车不难，但是卖出去以后，使用和维修又是一个问题，新系列的钻车和部件是对Tam-rock公司现有的产品系列的补充，并不能代替它们。

新的538型导轨式凿岩机是400系列的改进，包括使月整体钎杆和接杆钎杆的凿岩机，可打直径为28~89毫米的孔。根据早期凿岩机的现场经验，诸如活塞和配油系统等重要零部件都重新设计以提高使用可靠性和液压设备的效率。提高液压设备的效率意味着进一步提高凿速，虽然这不是改进的直接目标，正如上面指出的那样，液压凿岩机的钻进速度已经高到这样的程度，即要想再提高总凿岩速度或每班凿岩速度必须在杆更换、定位、炮孔定位等其他方面动脑筋而不是在单纯提高钻进速度上挖空心思。

然而，试验表明，钎杆没有超载时使钻进速度提高25%是可能的，即钎杆费用与过去一样的条件下，钻进速度可再提高25%。

这种凿岩机设计的目的是可以不要任何专用工具，因而在任何现场条件下都可以使用。

500系列的其他新部件是TIC500控制板，IHB515动力装置和新型的ZRS支臂。

控制板已经作了简化，所有检查点都在前面，所有手柄，计量仪表等都按照人类工程学原理来设计，而且液压系统也有改进。

HP515动力装置可以提供更多的备用动力也为支臂的运动提供更多的动力。

另一个先进的液压钻机制造厂，瑞典的Atlas Copco公司也有研制新一代钻车的类似目标。

在设计新的COP1238液压凿岩机时，Atlas Copco公司的目标是提高可靠性，延长两次维修之间的时间，提高使用寿命和适应性。新的COP1238的基础是COP1038它保留了细长的活塞，与通常所用的钎杆结合就能进行有效的凿岩。

提高使用寿命和延长使用期限是通过下列改进而取得的。

所有型号和所有尺寸的凿岩机共用一个机头，在其前面有强力导向轴承以提高钎尾的平直度，同时延长使用寿命。

采用新的冲洗水套，所有零件都用不锈钢制成(除了钎尾外)并与冲洗介质直接接触，这样就克服了矿山的腐蚀问题。

加强齿轮与钎尾之间的力矩传动装置。

重新设计减振系统以延长使用寿命和降低液压泵的应力。

三面采用螺栓以提高凿岩机的稳定性并降低配合面的磨损。

在气缸和后盖之间采用三个螺栓联接以提高稳定性。

COP1238的不同型式可应露天和地下大多数主要凿岩条件。四种基本型号是:

1.1238HF高频岩机，适合于在软岩(800~1500巴即11600~21700磅/平方英寸)中进行平巷掘进和隧道掘进。

2.小冲击能的1238LE型，适合于进行直径为48~102毫米(1.9~4英寸)孔的梯段凿岩。

3.中等冲击能的1238ME型，适合于在48~115毫米(1.9~4.5英寸)的孔径范围内进行深孔凿岩，平巷掘进、隧道掘进和梯段凿岩。还有一种专为用OD法和ODEX法凿岩设计的型号。这种型号的转速较低而扭矩较高。

4.高冲击能的1238HE型，适合于在软岩层中进行梯段凿岩。HE型是一种新的“长活塞型号”。Atlas Copco公司报道，它的冲击能比别的凿岩机大而且配有一米长的活塞。

在LE型和ME型中，冲击能、冲程长度和转速可以独立调节和控制。这样就能在各种岩石条件和钻头尺寸下实现最佳钻进效率

两种新型凿岩机最近已进入现场使用。英国Board公司研制了一系列硬岩和软岩用的液压凿岩机。第一台生产型凿岩机已在今年年初在瑞典北部Boliden矿物公司的Renstrom矿进行现场使用。

Board公司的液压凿岩机的系列目前有两种即HD125和HD150，而HD65后来又在1984年加入这个系列。不同型号可通过工作重量识别，例如HD125型重125公斤。

不难看出，Board公司的研究和发展工作已经导致新型液压凿岩机的出现。HD系列的结构简化了很多，而且在许多方面技术上是先进的。

HD125和HD150的结构都很紧凑，两种型号的宽度一样，而总高度分别为298、241毫米，侧面高度为76毫米，长度分别为745和883毫米。HD125型适合于25、28和32毫米杆，而HD150型适合用32、38和45毫米的钎杆。

在开始进行液压凿岩机的最后鉴定之前，研究和设计小组在试验条件和现场条件下全面地对这一代液压凿岩机进行了鉴定。

第一台完全生产型的HD125凿岩机安装在Alimak型双臂钻车的一个臂上，HD125凿岩机令人信服地显示出它的潜在性能，按照Boliden公司的人员报道，其钻进速度比在Renstrom矿所用的任何同级液压凿岩机都快。

虽然凿岩机的功率有点不足，比最大绝对要求值170巴低大约35巴，但是HD125型的性能是令人羡慕的。它配有一个∅38毫米的十字形钎头可以持久地达到1.5米/分的钻进速度。

上述所有液压凿岩机都是安装在凿岩钻车上的重型凿岩机。在南非研制的一项手持式小型液压凿岩机的计划已经进行多年了。这种凿岩机是用于南非金矿狭小深部的采掘场中。南非矿务局的研究机构支持这项计划。

1984年3月已完成了这种新型液压凿岩机的全部生产试验。试验表明，它具有大型液压凿岩机所具有的全部优点，即钻进速度高、能量利用率高、环境保护好。具体地说，每班一个凿岩工作小组用一台液压凿岩机能打成55个以上的采场炮孔，而用气动凿岩机一个工作小组每班作业平均打30个炮孔。

当时设计这种凿岩机时，决定使用95%的水，5%的添加剂的乳化液而不是用纯液压油作为传动介质。

决定用这种介质而不用纯液压油是为了避免地下不可避免的损失油而造成高费用和污染。

在设计这种能使用乳化液进行可靠工作的机构时，研制的早期曾出现过许多问题，但后来都逐渐克服了，这中间要求发展合适的材料工程技术。一项重要的革新是采用精选的塑料来研制轴承和密封件的材料。因此设计时注意到制造公差不能太严，这样可以降低凿岩机的制造成本。

液压油的供应采用从一个远离工作面的集中供油设备通过网络供油的方案而不使用分散的单个动力装置供给一台或两台岩机的方法。采用集中供给动力的主要优点是设备可以位于远离工作面和防护较好的地方；从而便于维护，对工程要求较低，更有利于对诸如液压油的过滤等因素进行控制。

人们很快就了解到，工业型高压液压软管在金矿采掘场的不利条件下其寿命的概率不令人满意。这类软管的橡皮外层会被尖锐的石英岩所磨损或割破将露出加强作用的钢丝编织物，这样会导致此软管迅速腐蚀而破裂。

因此就开始了一项研制软管的计划，结果研制成专用软管，其外层是耐磨橡皮层，里面有耐腐蚀的编织材料，这类软管在地下的使用已大大提高了寿命。

这类液压凿岩机的生产试验是在1983年5月West Driefontein 金矿中开始行的，有20~25台凿岩机工作在830米的长壁工作面上。液压动力是由远离工作面的四个集中输送站提供的。试验在1984年3月结束，所有目的都达到了，因此，南非的研究机构获得足够的数据可以作出结论。

试验达到了每班每个凿岩小组钻孔数超过55个的平均生产效能。在完成等量工作时，整个液压系统所消耗的电能约为气动凿岩机的1/5。

未来--自动化

液压系统使凿岩得以实现自动化，而用压缩空气凿岩实现自动化就难得多。今天的液压凿岩钻车都装有标准的自动化设施。如凿岩机停止和后退的自动设备，支臂沿水平和垂直方向自动保持平行，这样就提高了凿岩效率，从而大大提高一次爆破的推进距离和爆破后轮廓的精度。另一个优点是自动防卡钎的设备。它可以防止钎头和钎杆被卡在裂中。这种系统由于采用液压设备不但结构简单而且降低头和钎杆的费用带来的经济效益可能是很大的。

液压凿岩钻车尽管有许多自动化设备，但是它的效率在很大程度上仍然取决于凿岩工本身。仅仅由于支臂和凿岩系统操作方式不同，每小时钻进速度就相差高达30%。

自动化的另一个重要的局限性是难以同时控制影响最后轮廓和一次爆破推进距离的所有因素(如炮孔数量、位置和排列、所用的掏槽方式和炸药单耗)，因为这些因素在很大程度上决定一次爆破推进距离和最后轮席是否成功。因此作业循环常取一个“安全系数”以确保掘进循环进度的顺利。如采用过量装药和缩短循环长度，但是这也有其固有的缺点，如过量装药本身就是额外的开支，爆破振动也会加剧，这又会导致不必要的过破碎及额外加固的费用。缩短循环的长度会破坏掘进循环的协调性，而且有些岩石也许根本就没必要采取这些措施。

进行多余的开挖就要多花钱，因此提高生产率(即提高开挖速度同时降低成本)是发展凿岩设备的关键。这个目标如何实现呢?

八十年代是工业机器人和微电子技术广泛应用于各工业部门的十年，现在已经显示出来了。例如，对采矿、破碎、运输和选矿过程的监视和控制，由于计算机技术的应用而实现了自动化。

如果凿岩本身实现计算机化控制，那么微处理机控制凿岩的目的应该是什么呢?

1.精确控制隧道轮廓；

2.对围岩的机械损坏最小以提高稳定性、降低加固的要求；

3.在给定的岩石条件和工作循环下，可进行长时间的循环；

4.每组炮孔的炮孔数最佳，炸药单耗最低以达到满意的进尺；

5.由钻进速度的数据确定岩石状态，断裂带等是否如预料的那样。这就可以预先决定开挖参数，加固要求和灌浆程度；

6.利用钻进速度方面的数据更好地估计钎头修磨和设备使用期限；

7.改善工作条件，由于控制系统使用起来既简易又方便，而且微处理机控制的凿岩钻车必然配备完全隔音也许还有空调的安全司机空。

因为无法预测工作面以外的岩石的准确性质，所以计算机化的凿岩必须有不同水平的自动化方案，才能达到最大的灵活性。这些自动化方案可能是:

1.全自动化 凿岩支臂按照储存在岩钻车计算机中的模式自动移动。

2.计算机辅助的手工操作  即凿岩工操纵一根杠杆沿着指定的方向移动支臂而微处理机则计算和控制支臂接点的位置。

3.手控超越控制 支臂完全由凿岩工操纵。即在凿岩全计算机化控制的第一步也需操作者起主要作用(不论选择什么样的自动化水平)，这样就可保证跨入全计算机化不会太快，太突然。

微处理机控制凿岩钻车，目前在实验室和试验矿山以及试验站已成为现实。在芬兰Tamrock公司正在研制几种系统并认为是第一代微处理机控制，具有下述特征的凿岩钻车，大概会在本世纪末期得到普遍使用。下面是正在试验的控制系统的实例。

利用激光来确定一个基准方向进行支臂的定位从而确定推进方向。这样就可以用微处理机计算钻车相对于隧道中心的位置并用正确坐标确定炮孔排列位置。控制系统可以使支臂移动并可以把它推进到程序预先规定的位置。所有炮孔都可以有各自的位置、方向和深度。

如果由于工作面不规整而必须修正炮孔的排列位置时，操作者可对系统进行超越控制，然后再进行自动控制。孔深可以按隧道中心为基准(虽然孔深及方向可能会由于工作面的起始位置不同而改变)。即使是在没有按程序预先规定的位置打炮孔时，最后的定位也是正确的。利用各种掏槽也是可能的。

这种系统包括一个目视显示装置(VD U)，它显示下列项目:

1.相对于基准的推进方向。

2.炮孔排列平面图(包括已打出和未打出的炮孔)，并显示放大的掏糟孔。

3.钻车的钻进速度。

这种系统直接能取得什么样的经济效益呢?

第一，凿岩数据可以记录下来。这意味着我们可以经常利用这些数据来调整凿岩参数，以便在各种条件下都最佳化。同时又可以在进行操作时便于修改和试验炮孔的排列与布置方式。第二，计算机化后，液压凿岩机凿速高，多臂凿岩钻车并不要求每个支臂都配有凿岩工，而且上面讲到的凿岩工能力的差别实际也就不起作用了，每班都相当是最好的凿岩工进行凿岩。

今后十年左右，矿山可能出现的另一个进展是深孔作业凿岩钻车与矿山自己的调度计算机直接联系。利用矿山计算机提供的信息，凿岩钻车可以沿正确方向自动把扇形炮孔和环形炮孔钻到规定的深度，使它们完全符合矿体的要求。当然，过去经常使用已有初级自动化液压岩设备并取得效益的厂矿采用这种高级系统会容易得多。

Atlas Copco 公司的COP1238型岩机构造:(图略一译注)

1.为承受弯曲应力和提高使用寿命而设计为带强力轴承机构的Sandvik型新式钎尾。

2.不锈钢水套，工作压强达18巴，而且能有效地抗腐蚀。

3.液压后座缓冲机构，它可以对钎杆产生的后座力给予有效的缓冲，对提高钎杆经济效益、凿岩速度、减少凿岩设备的磨损做出了不可磨灭的贡献。

4.三级可调的冲程控制装置，它能根据不同的凿岩条件调节冲击能的大小，从而提高冲击能的利用率。

5.Slimline型冲击式活塞，其直径实际上等于钎杆的直径。它可以把冲击波最佳地传递给钎杆。其直接表现出具有很高的凿岩速度，而且，钎杆寿命也特别长。

6.从旋转马达到钎尾的传动齿轮是通过多棱--花键式传动装置来传动的。

7.双联式高压蓄能器，它能够“削平”液压峰，并且提供了内部储备能力，阻止隔膜破裂而引起的生产停顿。

8.用以控制活塞运动的液流转换阀。

9.四个不同的旋转马达，可以根据不同的应用场合和使用条件提供不同转矩。

未来计算机化凿岩钻车，设有实时电视监视器，能显示出进行凿孔、完成孔及待凿孔和下一排孔的位置。控制板外观图略。