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掘进机在矿业的应用

技术革新

采矿技术的一次现代尝试

 

安全、经济、高效、直达矿床的通道

露天矿已成了一去不复返的往事。由于全球各地的矿体越来越深,对更长的进口隧洞和机械化的隧洞挖掘方法的需求也在日益增长。由于隧道掘进机多年来一直应用于民用工程的隧道挖掘,所以其在采矿业的大部分应用潜能都没有得到开发。但是,随着成功案例和新技术的不断涌现,采矿业对掘进机产生了前所未有的希冀。

传统的合作迈进了新纪元

罗宾斯公司与采矿业的密切合作已历经数十年,从最初的非圆形采矿样机(例如移动式采矿机)到早期应用于全球各地煤矿、铜矿和金矿的掘进机。虽然这些早期的掘进机也取得了成功,但现代的设备在功率上和效率上要远高于那些在1970年代和1980年代所测试和使用过的设备。

对比1971年为白松树铜矿(White Pine Copper Mine)设计制造的掘进机,近期为美国蒙大拿州静水(Stillwater)铂金和钯金矿设计制造的掘进机,改进之处已经变得非常明显。四十年来,刀盘等部件的功率几乎翻了一倍,刀具的直径也达到了最大20英寸,并且可用来掘削硬岩。

 

  白松树铜矿掘进机,1971 静水矿掘进机,2011
隧道长度 1,783 米 6,975 米
掘进机类别 主梁式 主梁式
掘进机直径 5.49 米 5.49 米
滚刀直径 11 英寸 19 英寸
刀盘功率 895 kW 1,968 kW
刀盘转矩 2,332,767 N-m 3,095,000 N-m
设备推力 7,031 kN 10,898 kN
设备重量 205 吨  227 吨
掘进速度 平均1 米/小时 平均4.8 米/小时
围岩支护 两台回转式拱顶钻 McNally板条支护系统、 两台顶板锚杆钻、超前钻、岩心钻、环梁安装机

 

矿山巷道为何采用掘进机?

事实已无数次证明掘进机要优于钻爆法、巷道掘进机等常规挖掘方法。虽然相比之下掘进机还有几个短处,例如交付时间长、初始投资大等,但掘进机在长隧道中较高的掘进速度仍使其独占鳌头。基于数十年的现场研究,我们发现大部分全断面隧道掘进机的隧道与常规挖掘方法相比具有如下图所示的普遍性规律:

掘进速度更快

根据对两个近期的工程(静水矿和格罗夫纳矿工程)的现场观察发现,掘进机能实现更高的掘进速度,这一优势在隧道长度大于2公里时变得尤为明显。掘进机的掘进速度比钻爆法平均要快两到三倍;如果和巷道掘进机相比的话,掘进机的速度至少要快十倍。

减少维护和围岩支护

与钻爆法和巷道掘进机生成的不规整断面相比,隧道掘进机所掘削的隧道断面为平滑的圆形断面。这种平滑的断面可以减少完工后的隧道所需的维护工作量,还可以减少隧道掘进过程中围岩支护所需的工作量。如果隧道是用管片衬砌,那维护工作量则会降至最低程度。

更优空气质量

隧道掘进的相关设备排放量越少,隧道内的空气质量就会越好,对通风的需求也就越低。

更安全的掘进方式

隧道掘进机能够安装常规方式所能安装的所有类型的围岩支护。但与常规作业方法不同的是,掘进机操作人员是在受到保护的平台上完成工作的,不会受到挖掘面或其他潜在危险的伤害。全断面隧道掘进法无需使用炸药,因而其本身就是一种很安全的方法。

不断变革的设计

掘进机正在变得越来越机动、越来越专业化。罗宾斯公司正在优化可以挖掘小至45米转弯曲率的隧道掘进机,使这些隧道成为大型矿山工程的后勤补给工具。另外还有其他方面的设计改进,例如可以在富含瓦斯气体的隧道内进行挖掘的防爆型掘进机。

更快抵达矿床、延迟矿山寿

  • 以高于钻爆法两至三倍的速度掘进;
  • 隧道掘进速度比巷道掘进机至少快十倍;
  • 隧道断面平整,减少维护和围岩支护工作量;
  • 采用排放量少、隧道内部通风需求量少的掘进方式;
  • 更安全的施工技术:施工人员远离挖掘面的威胁、无需使用炸药;
  • 新的设计可以让掘进机在瓦斯隧道中掘进,并且可以挖掘大曲率的弯道。