水压凿岩机的发展与应用

绩： （ !） 每 米 炮 孔 能 耗 只 有 气 动 凿 岩 机 的
! 4 +$ ； （ 大幅度降低了噪声； +） （ 消除了油雾； ’） （ 设 备 购 置 成 本 降 低 !$3&5$3 ； 5） （ 总 成 本 降 低 +$3 ； 6） （ * ） 通 过 供 水 管 网 带 走 了 大 约 +63 的
但国内只有少量的研究报道，从未见到使 用报道。 我国投入水压凿岩机开发的力量太 小， 而现在时机已经到来， 希望投资者， 企 业家， 科研领导者关注此事， 有志于此的人 应当努力工作。 参考文献：
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水压凿岩机的发展与应用
周志鸿， 窦忠强， 闫建辉
（ 北京科技大学土木与环境工程学院， 北京
!$$$)’ ）
摘要： 介绍了水压凿岩机的历史与现状， 优点与缺点， 并指出以纯水为传动介 质的凿岩机是一个重要的发展方向， 时机亦已到来， 我国应当重视水压凿岩机的发 展。 关键词： 水压； 静压； 凿岩机； 支腿 中图分类号： BC5’! 文献标识码： D
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水压凿岩机在南非的应用 %!&’(
液压凿岩机的传动介质是液压油， 这
几乎是公认的事实。 然而从历史上看， 人们 最 先 研 制 的 却 是 水 力 凿 岩 机 。 早 在 !)#* 年， 法 国 人 冯・布 兰 特 就 研 制 出 了 水 力 凿 岩 机， 但 未 能 推 广 。 !"+$ 年 英 国 人 多 曼 、 !"*+ 年英国人萨特利夫就分别研制了液压凿岩 机， 到今天， 矿物油的液压凿岩机获得了巨 大的成功。但人们从未放弃对水压凿岩机 的研究。 南非矿业联合会研究中心（ ,-./- ） 自 #$ 年 代 后 期 即 开 始 研 究 使 用 水 驱 动 凿 岩 机 及 其 他 采 矿 设 备 。 !")) 年 即 有 一 些 矿 山（ 如 01--2 矿 ） 开始使用水基乳化液驱 动 的 凿 岩 机 。 乳 化 液 中 ")3 为 水 ， +3 为 添 加剂。与气动凿岩机相比取得了如下的成
上） ［ :!; 李 庆 元 等 ， 南 非 的 矿 业 （ K］ 9 有色金属， （ /))* ， !） 9
:*; 高 战 敏 译 9 南 非 金 矿 井 的 深 度 开 采 技 术 :K;9 国 外
（ ： 金属矿山， /))0 ， &） !)-*49
:4; 王 维 德 译 9 支 腿 式 水 力 凿 岩 机 与 风 动 凿 岩 机 的
自 !"#$ 年 法 国 蒙 塔 贝 特 公 司 制 造 第 一台实用的液压冲击式凿岩机以来，液压 凿岩机在全世界得到广泛的推广。我国大 型水电工程如三峡、 小浪底， 大型隧道如大 秦线军都山隧道、京广复线大瑶山隧道等 都是依靠液压凿岩设备完成岩石钻孔的。 镜铁山、 梅山、 金川、 弓长岭等铁矿以及三 山岛、 焦家、 新城等金矿也使用液压凿岩设 备。
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我国应当重视发展水压凿岩 机
凿岩机械气动工具， !""! （ !）
我国在支腿式液压凿岩机的研制上， 先后有十几个单位参与， 涉及冶金部、 煤炭 部、 有色金属总公司、 机械部等， 包括大学、 科研院所、 工厂、 公司等， 历 时 !" 多 年 。 到 目前为止， 绝大多数参与者已放弃， 只有浙 江开山公司，温州乐清采矿机械厂仍在坚 持 ， 其 中 乐 清 采 矿 机 械 厂 的 ##$%!& 型 液 压 凿 岩 机 组 已 开 挖 各 种 隧 道 超 过 ’ """ ( ， 但在井下矿山长期地、大量地使用报道没 见到，这与支腿液压凿岩机需配备笨重的 液压泵站， 且 管 路 不 宜 超 过 !" ( 有 极 大 关 系。 泵站在井下移动不便， 极大地限制了支 腿式液压凿岩机在井下的推广使用，特别 是限制了在回采作业面的使用。 鉴于我国国情，目前大量推广使用自 动化程度高、效率高的液压凿岩钻车确有 很大困难，除了少数大型特大型工程可以 使用昂贵的凿岩钻车，甚至使用凿岩机器 人外，大部分岩石开挖仍在使用支腿式气 动凿岩机。 而支腿式气动凿岩机的噪声大、 油雾重、 效率低、 能耗高等弊病是有目共睹 的， 如果我国能像南非、 加拿大那样开发研 制出效率高、 能耗低、 环境好、 移动方便的 支腿水压凿岩机，无疑具有十分重大的经 济效益、 环境效益与社会效益。 持续复苏， !" 年 来 水 压 传 动 东 山 再 起 ， 成为世界各国研究的热门，液压传动的前 沿。 我 国 自 上 个 世 纪 )" 年 代 以 来 也 有 一 些 科研单位进行了卓有成效的研究工作， 在 水介质的防菌、 防垢研究方面， 在元件的新 结构、 新材料的研究方面， 在水压元件材料 的耐磨性、 抗冲蚀性、 抗腐防锈性、 抗气蚀 性方面的研究都取得了长足的进展，为水 压凿岩机的开发准备了知识与技术基础， 国际上南非、加拿大已成功使用水压凿岩 机十余年的经验可供借鉴。 根据南非与加拿大的经验， 水压凿岩 机一般应做成小型的、 支腿式的， 重量要 小 于 *" +, ， 在 !& -!. +, 为 宜 ， 压力要高
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， 水 泵 流 量 可 达 $*: 6 7 ’89 ， 水 压 可 045 ） 调 ， 水 箱 容 积 *=" 6 ， % 台过滤器，精度为 $& ! ’ ， 并 装 有 熔 断 器 ， 在 软 管 发 生 破 裂 时， 自 动 停 机 。一 台 水 泵 驱 动 % 台 凿 岩 机 ， 凿 速 比 气 动 凿 岩 机 提 高 "&# ， 噪声峰值为 ， 比 气 动 凿 岩 机 低 %&?@ （ ， 振 $&, ?@ （ .） .） 动、 粉尘、 油雾都比气动凿岩机大为降低。 能耗相当于同等规格气动凿岩机的 $ ,
凿岩机械气动工具， !""! （ !）
一些， 在 /0 -!" 123 为 宜 ， 流 量 要 小 于 4" 冲击、 回转、 支腿推进要统一 5 6 (78 左 右 ， 动力， 管道要少， 要便于移动， 如果低压水 采用排放式， 则可取消水箱， 冷却器等， 大 大减轻泵站体积与重量，便于在矿山回采 面使用，这样才能在井下矿得到广泛的使 用。 我国也有人进行水压凿岩机的研究。 中国地质大学（ 北京） 于 )" 年 代 初 研 制 了 无 阀 式 水 压 凿 岩 机 。在 "9*-/94 123 泵 压 ，
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水压凿岩机的优缺点
（ 可利用矿井下的水位落差， 减小水 $）
*>$ 优 点
泵的功率， 或完全利用自然水头； （ 消除油的泄漏污染， 环境好； %） （ 消除油的火灾隐患， 阻燃、 安全； *） （ 介质的价格便宜； ,） （ 传动介质与冲洗介质统一， 简化了 "） 设备； （ 冲洗水压高， 炮孔冲洗干净； :） （ =） 完 全 消 除 了 油 雾 ， 有 利 于 工 人 健 康； （ 3） 水 的 粘 度 小 ， 远 距 离 传 送 的 损 失 小， 水的流速可以比油的流速大；
’-/" 5 6 (78 流 量 范 围 内 进 行 试 验 ， 测 得 冲 击 频 率 为 !"" -/ ’"" 次 6 分 ， 振 幅 为 ’ -0 湘 潭 凿 岩 设 备 研 究 所 也 于 )" 年 代 前 (( :0; 。 期 研 制 了 #<$!* 型 支 腿 式 水 压 凿 岩 机 :.; 。
:］ *>% 缺 点 ［ （ 水对机器零件有锈蚀作用； $） （ 水易滋长微生物， 容易产生水垢， %）
。
% 水压凿岩机在加拿大的应用(,)"+
加拿大采矿研究与开发协会，加拿大 矿产与能源技术中心（ 魁北克瓦 -./012 ） 尔道尔矿山研究实验室与设备制造厂合 作， 选择三种典型的气动支腿凿岩机和一 种从南非租赁的水压支腿凿岩机进行对 比试验。 水 压 凿 岩 机 压 力 为 $,)$3 045 ， 实 际 使 用 压 力 为 $" 045 ， 耗 水 量 为 ,% )", 冲 击 频 率 为 "&):& ;< ， 支腿伸出长 6 7 ’89 ， 度 为 ="& ’’ 。经 过 对 比 试 验 ， 得出水压凿 岩 机 的 平 均 凿 速 为 =%3 ’’ 7 ’89 ， 尽 管 因 压 力 低 于 $3 045 ， 凿速低于南非， 但是高 于 气 动 凿 岩 机 $&#)$"# ， 而 噪 声 为 $&*>3 ， 远 低 于 气 动 凿 岩 机 $%">$ ?@ （ ?@ （ .） .） 的水平， 润滑油的消耗 量 为 &， 而气动凿岩 机 平 均 为 ">% 毫 米 7 每 米 炮 孔 。
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气温低时又容易结冰； （ 水的润滑性能差， 润滑膜厚度只有 *） 油 的 $ 7 %&)$ 7 * ， 粘 压 系 数 为 &>=" 7 E45 ， 只 有 液 压 油 的 $ 7 *& ， 运动部件很容易磨损； （ 泄漏量大， 在 "&F 时 水 的 运 动 粘 度 ,） 为 &>": ’’% 7 G，约为液压油的 $ 7 $%&)$ 7 *& ， 在同等压力、 同等间隙量的情况下， 水的泄 漏量是油的 *&)$%& 倍； （ 水的饱和蒸汽压高于油， 更容易产 "） 生 气 蚀 ， 天 然 水 的 汽 化 压 力 在 "&F 时 为 比 液 压 油 高 $& = 倍 ； &>&$% 045 ， （ 水的 弹 性 模 量 为 %>, E45 ， 是液压油 :） 的 $>")%>, 倍， 密度为 $)$>&%" H 7 B’*， 比液压 油高出 $&#)$"# ， 水中声速为 $ ""& ’ 7 G， 比 油 高 $&# ， 更 容 易 产 生 水 锤 现 象 与 冲 蚀 问 题，南非的 IJKKL 矿采用先进技术铺设了管 道，还专门研制了水的压力阀与流量阀， 防 止由于流速突变产生的水锤现象。
井下热量。 （ 凿速为气动凿岩机的 + 倍。 #） 01--2 矿 使 用 的 是 英 格 索 兰 728$’6 水基凿岩机， 重 ’’ 9: ， 总 长 6+$ ;; ， 工作 压 力 !5&!) .<= ， 冲 击 部 分 输 出 功 率 ’>6&* 97? 钎 尾 尺 寸 ++@!6" ;; 、 +6@!6" ;; 。 !""+ 年 前 后 ， 南 非 又 开 发 了 两 种 型 号 纯水压凿岩机， 纯水是指天然水， 不加任何 添加剂。纯水凿岩机取得了和水基凿岩机 相 似 的 钻 进 效 率 %!( 。 南 非 的 矿 山 ， 井 深 大 多 超 过 ! $$$ ; ， 有 不 少 井 深 达 ’ $$$ &5 $$$ ; ， 井下温度高 达 6$A&*$A 。 南非使用的水压凿岩机是英 格索兰公司在南非制造的， 水 压 高 达 + *$$ 磅 4 英寸（ ， 利用井下大水位差 !#>"’ .<= ） 作动力，使用压力控制阀，把水压控制在 排放的水起冷却作用， 为凿岩 !5&!) .<= ， 机和其他水力机械提供动力所需的水量常
（ ： 对 比 试 验 :K;9 国 外 金 属 矿 山 ， /))4 ， /! ） 4’-&’9
:’; 孔
键 译 9 液 压 凿 岩 机 来 到 加 拿 大 :K;9 国 外 金 属
（ ： 矿山， /))’ ， /" ） &/9 李 壮 云9水 液 压 技 术 应 用 基 础 知 识 平 台 :&; 杨 曙 东 ， 浅 析 :K;9 液 压 传 动 与 密 封 ， （ ： !""! ， !） /"-/*9
根据加拿大矿井较浅，井下温度不高 等具体条件， -./012 对 原 南 非 使 用 的 水 压凿岩机进行了改进， 使循环水量达到动 力 水 量 的 3&# ， 由 -./012 设 计 ， -A9’8BA 公 司 制 造 的 泵 站 ， 包 括 一 台 "= CD 电 动 机 ， 水 泵 压 力 为 * &&& 磅 7 英 寸 （ %&>:3
凿岩机械气动工具， !""! （ !）
常小于冷却所需水量，因此总水量并不增 加，水压凿岩机系来自百度文库动力消耗比气动系统 减 少 !"# 。 在南非的井下矿， 不仅有水压凿岩机， 还有水压支柱、 水力喷枪、 水力耙矿设备。 一般来讲， 井 深 超 过 $ %&& ’ ， 水压就足以 驱动采矿设备
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