硬坚岩石静爆开采设备工艺讨论简谈

  硬坚岩石静爆开采设备工艺讨论简谈:岩石开采技术一直是代表人类文明进步,标志着对资源、能源的开发能力水平。古代人,火烧冰覆,手凿木胀开挖硬岩,遗留的文明传承至今……自从近代发明炸药以来,人类历史有了伟大的进步,但是人们对环境安全要求也越来越高,在新的安全环保等政策管理要求下,对于传统爆破方式提出了更高的要求。目前,城市周边石方工程施工,再也听不到炮声轰轰了,再也感受不到震动冲击,再也看不到飞沙走石、烟雾弥漫的施工场景。
  我国岩石地质层复杂,十里同山不同石,九到十五级硬坚岩石以石灰岩、绿泥石、花岗岩、玄武岩为主,全国各地都有分布。花岗岩以沿海城市居多,而广西、江西、湖南、湖北等地以石灰岩分布为主。
  岩石免爆静态开采设备属炸药爆破后新兴市场需求产品。随着我国经济快速发展,大力推进城镇化建设,市内施工总量不断增加,但国家大力提倡安全施工,对环保要求也越来越严格,在房地产人防工程、兴建交通扩宽工程,矿山开采等方面,硬岩静爆开采方量逐年上涨,因工期紧,工价高,施工效率慢,致使开采成本居高不下,石料价格也水涨船高。因此,硬岩高效降成本开采一直困扰着硬岩施工人员。
  "工欲善其事必先利其器",围绕无炸药岩石开挖的新工艺、新设备层岀不穷,有气体爆破(有待合法化)、高热膨胀剂、盘锯切割、绳锯切割、液压破碎锤、柴油锤、劈裂棒、劈裂机、钻裂一体机等,各类产品争奇夺艳。不管以任何方式施工,离不开切割、外破和内胀的工法方向。随着岩石越来越硬,出产量要求越来越高,相关产品也在朝功率大、体积大、速度快的方向发展。开采成本低效率高的设备和工法总能让工程人翘首期盼、趋之若鹜。
  存在即是合理,不同的产品都有其特点长处,也存在一定的应用弊端。那么我们今天来讨论一下,高效率的岩石静爆产品会往那个方向发展。我们讨论的主要方向是机械化程度高,应用面广的施工工法,像膨涨剂施工、绳锯盘锯等针对特定石材的在此不做探讨比较。

岩石劈裂机

液压破碎锤
  上世纪60年代,德国克虏伯公司发明了世界di一台液压破碎锤,开启了岩石开采历史新篇章。液压破碎锤作为挖机的属具,如果说挖斗排di一,第二非它莫属,国外发达国家的装机比率更是达到70%。全球累积产销量数千万台,我国保有量近千万台。
  近几年来,破碎锤的型号随挖掘机越做越大,液压压力输入到破碎锤,高流量切换冲击频率,利用内部活塞上下运动形成的冲击力破碎岩石。其优点明显:单人操作,机动灵活,安装方便,拆装快捷,直接从岩石外表暴力破碎。其缺点是对周边环境产生的噪音比较大,有碎石飞溅。因为破碎锤直接作用于岩石上,设备早期磨损损坏也经常岀现,其次破碎锤高频率高冲击,也容易给挖掘机造成早期损害。现在国内液压破碎锤基本实现国产化了,但高端进口锤价格依然居高不下,因其总体市场保有量大,相关产业供应链成熟,配件相对便宜,50吨和70吨级的挖掘机装配的175、195、210破碎锤到处可见。
  为了获得更大的冲击破坏力,市场上也有将打基桩用的柴油锤改装到挖掘机上用于硬岩开采,在市场上也有推广,但成本高,见效不明显,市场使用量少。
  目前,依靠外力致裂破碎坚固岩石的工程机械已发展到顶点了,挖掘机配大型号破碎锤已到达天花板,挖掘机再大锤再大,提升硬岩开采的效果也不会太明显,对于相对松散或层板岩还有一定优势。
  然而不管任何开采方式,液压破碎锤还是必不可少的,一般是让挖掘机由直接破碎采石转为二次破碎,从而降低机器作业强度,减少机械故障率。

岩石劈裂机

液压劈裂棒
  我国的劈裂棒最早是2000年左右从韩国引进的技术,不知道韩国棒子是不是这么来的(嘿嘿),这个应用很特点,利用千斤顶液压原理,在棒柱体上安装窜并联式的单个或多个横向活塞,结构简单零件少,单台设备价格相对低,有一定市场占有率。由一台电动或柴动的高压泵站通过高压液压管输岀高压力给棒柱体,一般配4/6/8个棒柱体,液压压力作用在棒柱体上的活塞上使其横向挤出来,当释放的能量力度大于岩石的抗剪切力时岩石开裂。目前我国的超高压泵及相关的液压阀门、超高压油管、扣管接头、密封圈等主要依赖进口(国产零件的质量稳定性还有待提高)。
  如何能让劈裂棒获得更大能量达到最佳劈裂效果?国内市场上的产品系统压力有60/90 /120 /160 MPa,压力不断上升,棒柱体直径有80/95/110/120/130/150/170/180/200/250mm,越做越大。当然是棒柱体越大,压力越高,获得的能量就越大。主泵液压压力和排量决定了整个系统能量的形成,棒柱体里的活塞大小决定能量释放,通常压力越高排量越小,排量越小加压时间越长。使用过程中往往发生棒柱体容易变形,高压密封容损坏造成内泄,活塞拉伤断裂,卡棒等问题!现场使用时几个棒柱体同时作用将岩石裂开的场面也是效果明显。
  随着棒柱体的不断加大,体积、重量也相应增加,现场使用需要机械吊装和人工辅助放置入孔,开采效率低下。加大棒体获得超大能量,又面临了新的问题,最大的问题就是如何在硬岩层上快速钻取大孔径预裂孔。大孔径钻孔效率低使得成本增加,严重阻碍了其使用效果。目前市面上能在硬岩上钻大孔径的只有气动潜孔钻(160mm以上),但它的弊端就是油耗高、进尺慢。
  让大口径劈裂棒能得到高效应用,如何在硬岩上快速低成本钻大孔径预裂孔课题值得深入研究。
  对沙石岩层用大孔径切削钻快速钻进,配合使用大型劈裂机,在重庆沙岩地层上得到了很好的应用案例。

岩石劈裂机

液压劈裂机
  说起液压劈裂机,应该从"三分石"石楔子说起,从远古时期人们就发明了这个简单的工具,其利用三片铁楔块放入预先打好的岩孔里,用铁锤击打中间的楔块,中间楔块受力把两边的劈块横向往外扩展,直至岩石开裂。这样的开岩方式不知道从什么时期开始的,现已无从考究了,但是它从产生那一天开始就一直延用至今!
  德国达尔达公司在上世纪50年代,开始研发液压劈裂机,利用中间楔块加压扩孔正向推进扩张的原理,用液压油缸连接中间楔块推进扩张劈块的作用来代替铁锤击打来实现对岩石的分裂。最早是手持式轻便型,也是配有液压站。在岩石上钻42-60mm的孔后进行分裂施工。通常配两种角度和大小不同的劈块,先分裂扩孔一次再进行二次分裂。该产品在90年代后期传入我国,得到广泛的应用,技术相对成熟。

岩石劈裂机


  随着静态开采的市场遂年扩大,对产品效率要求也越来越高,近几年国内市场上岀现了大(重)型机载式岩石劈裂机,德国达尔达、日本平户先后进入国内市,其产品性能稳定但价格昂贵,单台设备几十万上百万不等。国内厂家争相效仿,如柳州博奥、永州鑫东森、山西愚公斧等。该产品结构简单易模仿,但核心材料和劈块润滑等关键问题等没有攻克,导致劈块易断或弯曲变形,因磨擦力大、润滑不够易出现烧结、拉伤卡断等故障。该产品始终没有得到大面积的推广应用。而德国和日本的劈裂机性能稳定、可靠性高,在国内有了一定的销售,人家掌握核心技术,应了那句贵有贵的道理。
  只要有市场需求,国内厂家就会坚持提升,经过几年的坚持与钻研,一项项技术难关被攻克,从核心材料的选用及热处理工艺,到高效钻孔及高温高压润滑系统等技术逐渐成熟,从最初的单一劈裂机到钻裂一体机面市,大有超越进口机械的势头。
  从应用层面来讲,液压劈裂机是内胀开岩法的一种,目前市面上的大(重)型机载式岩石劈裂机,一般钻孔孔径在76/89/102/115mm。孔深在1/1.2/1.5/1.8m。主要是以液压凿岩为主,其高效的钻孔速度决定了开采效率高。劈裂油缸的缸径大有220/250/280/320/350mm,搭配在挖掘机上,在输入25MPa压力情况下,输出劈裂力可达3000/4000/5000/6500/8000吨,劈裂速度在几十秒内可完成做工,其劈裂力决定了岩石的剪切长度和深度。
  劈块做为核心材料,目前在0.7/0.8/0.9/1米长度内,其直接作用在岩石孔内释放出的劈裂力将岩石剪切,对其材质强度和韧性的要求非常高,其长度决定了开采出产的石方量。
  岩石钻裂一体机就是将钻孔、劈裂两个功能整合成在一台设备上,大大提高了岩石开裂效率,也实现了单机单人作业,机械整体结构升级、功能集中,更容易实现智能化。从结构形式看,目前市面上有旋转式和平移式两种。


  机械化减人、智能化换人、无人化施工,乃大势所趋。试想在不久的将来,随着科技的不断发展,必将会有一些新的非炸药破岩技术诞生。
  本稿仅介绍了目前主流机械类岩石分裂部分相关产品,引用相关文献资料和企业产品参数,在此向所有被引用的文献作者和企业致以诚挚的谢意。由于作者水平有限,本稿中缺点和错误在所难免,恳请专家和读者批评指正。


上一页:湖南烈岩挖改钻机,赋能矿山产业机械化转型升级 下一页:岩石钻裂机正确使用方法有哪些?