[00314519]高气压智能化大型潜孔钻机研制

一、任务来源 中华人民共和国科学技术部国家科技支撑计划课题。 课题任务书编号：2006BAB11B01。 二、应用领域和技术原理 1.应用领域 本成果主要用于大中型露天矿山、大中型水利工程、军事工程等采矿工程施工中进行多方位露天边坡预裂孔、根底孔以及台阶前缘垮落孔作业。 2.技术原理 钻机的潜孔作业主要由推进调压机构、回转供气机构、冲击机构、提升机构、操纵机构和排粉机构等来完成。 钻机工作时，推进调压机构使钻具连续推进，并使钻头始终与孔底岩石接触。回转机构使钻具连续回转。同时，装在钻杆前端的冲击器在压气的作用下，其活塞不断冲击钻头，钻头获得冲击后获得能量，潜入孔底，产生使岩石受挤压的冲击力。钻具回转避免了钻头重复打击在相同的凿痕上，并产生了对孔底岩石起刮削作用的剪切力，在冲击器活塞冲击力和回转机构的剪切力作用下，岩石不断被压碎和剪碎。压气由气接头进入，经由中空钻杆直达孔底，把压碎和剪碎后的岩渣，从钻杆与孔壁之间的环形空间吹到孔外，从而形成炮孔。 高气压智能化大型潜孔钻机具体由以下几大系统组成：推进系统（包括推进和回转装置）、定位系统（包括钻臂、补偿架）、动力系统、行走系统、接卸杆系统（包括钻杆库、卸杆器）、操纵系统、液压系统、风水系统和电气系统。 三、性能指标 序号 名 称 合同要求参数 实际参数 备 注 1 钻孔直径 Ф152～Ф220mm Ф202～Ф225mm 2 钻孔深度 30m 18m 3 钻孔角度 0°～+60° -15°+60° 与垂线夹角 4 推进器左右摆角 ±20° 5 钻杆长度 9m 6 钻杆直径 Ф180mm 7 钻杆库容量 1根 8 最大推进力 39k 9 推进行程 9350mm 10 最大提升速度 26m/min 11 补偿行程 1450mm 12 最大回转扭矩 5870N.m 13 回转速度 0～64rpm 14 工作气压 2.1MPa 2.1MPa 15 排气量 33m3/min 备注： 高气压智能化大型潜孔钻机分两个系列产品：CS165系列和CS225系列，CS165系列其钻孔直径为Ф138～Ф178mm，钻孔深度为30米。 四、与国内外同类技术比较 高气压智能化大型潜孔钻机是在借鉴国内外同类产品的基础上，自主创新开发成功的，与国内外钻机相比较，对比如下： 动力驱动和传动方式 目前国内外大型露天潜孔钻机全部采用单一的动力驱动，纯电力驱动机动性差，设备转场困难；纯柴油动力驱动运行成本高，噪音污染严重。本钻机采用柴电双动力驱动，克服了单一动力的不足。我国矿山仍然大量使用机械传动的第一代钻机产品，但是目前在国内外新型钻机产品全部采用液压传动。 液压系统结构及控制形式 目前国内外大型露天钻机新产品已普及液压传动技术，现代的液压集成技术和人机智能技术在国内同类产品中未得到应用，在国外个别先进机型上已有应用，但智能化程度不高。该钻机采用智能型程控系统通过Canbus总线控制高度集成的液控中心，可实现全自动智能化作业和远程监控等功能。 定位方式及钻孔功能 国产大型露天潜孔钻机普遍采用固定式钻架结构，炮孔定位困难，需要配套其他钻机来穿凿特殊孔，而该钻机采用国际上先进的多自由度钻架结构，解决了国产钻机的在钻孔功能上的不足。 整机可靠性 行走、推进和回转是决定整机可靠性的频繁工作的关键部件，目前国内外钻机产品多从选材和加工工艺上来保证，而该项目主要从改进结构来提高可靠性，行走采用自润滑免维护履带底盘，推进导轨覆盖可更换的耐磨材料，回转头取消易损的传动件，这些措施使得钻机的可靠性领先国际同类产品。 操作人性化 国内前期的同类钻机产品很少关注操作的人性化，而国外产品对此极为重视，本项目为此作了大量的研究工作，在操作的可视性、方便性和安全性方面均优于国外同类产品。 五、成果的创造性、先进性 在国内首次研发成功2.0MPa以上的高气压大型潜孔凿岩钻机，其凿岩效率高，且有效凿岩孔径达到225mm，突破了潜孔凿岩最大孔径的极限。 采用柴电双动力驱动技术，在凿岩作业时采用低成本的电力驱动形式，而在长距离移动时采用柴油动力。在保证提高钻机安全性、灵活性的同时有效地降低钻机的运行成本，从而满足了不同工况的运行要求，解决了大型设备转场难的问题。 采用高灵活性多自由度钻架系统可实现钻孔功能的多样性，全面扩展钻机的作业范围，适应露天矿各种不同工况的凿岩作业，如穿凿采场炮孔、边坡孔及根底孔，不需要其他特种设备配套。 采用外包不锈钢的导轨与推进器上设置的低摩擦材料接触的推进滑动结构，有效地减小了钻具推进时的摩擦阻力，提高了自动凿岩参数的控制精度，并有效地保护导轨本体，使导轨成为永久性导轨。 采用适应高气压潜孔钻机要求的配套钻具，大幅度地提高凿岩效率，降低凿岩成本，填补了我国高气压钻机产品的空白。 简要技术说明及主要技术性能指标 采用目前国际最先进的PLC程控技术和Canbus总线技术，可实现全自动化作业、故障自诊断、误动作保护和通过公用数据移动通讯网对设备进行远程监控管理等功能，是数字矿山必选设备。 采用具有自主知识产权的盘式钻杆库，其由一组油缸通过联动结构自动完成钻杆的送、取、储三个动作，结构简单，工作可靠。 采用新型负载感受液压控制系统，保证了设备的平衡运行，有效地解决了液压系统的发热问题，减少系统的能耗。 六、经济效益和社会效益 1.经济效益 1)凿岩成本低：高气压智能化大型潜孔钻机完全可取代国内牙轮钻机，根据产品在攀钢集团工业试验数据表明，运行成本比衡冶的牙轮钻机每米可降低6.63元，按照平均6500米的月钻孔任务计，每年降低成本51万元，这样的话，若按每个矿采购2台，按50个矿来推广的话，每年将会节约运行成本总计5100万元，而且钻孔效率提高了一倍。 2)投资成本低：国内牙轮钻机每台需500～600万，而高气压智能化大型潜孔钻机只需280万，每台就可以节省购值成本300万。且因CS225E凿岩范围广，使钻机可轻松地完成边坡孔的开凿以及根底清理作业，实现一机多能，在生产过程中无须为该钻机另配边坡钻机，从而缩减同类型钻机的配置数量，也就大大减少了设备管理与维护的费用。 产品规模化生产后，保守预计，年产在50台套，而规模化生产其成本约180万元，销售价280万元，年产值将达到14000万元，年利税可达4000万元。即使在初期小规模阶段，以年销售15台计，也可以在投产一年后收回本项目的全部投资并赢利，很快就可进入良性循环。 2.社会效益 1)本项目产品是一款高气压智能化大型潜孔钻机，功能上完全能替代国内的牙轮钻机，其成功研制，为矿山企业提供一种高气压、大孔径、多功能的凿岩设备，大大提高了矿山企业的生产效率，满足了不断增长的采矿、采石以及交通、国防等建设的需要，有力地保证了国民经济建设的高速发展。 2)本项目的成功研制，有效促进矿山企业大孔产矿方法的技术进步。 3)本项目产品分模块生产，不必建立投资很大的专业生产线，基本上通用设备承担加工制造；加上技术含量高与劳动力密集相结合，必然形成一种投资小而利润率较高的新型产业，带动主机和配套企业的发展，解决社会就业，促进地方经济的发展。 七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 我国是矿产资源总量丰富的国家，经过五十多年的努力，我国有各类矿山企业12万多个，矿产开发总规模居世界第三位，已成为世界上的矿业大国。大部分矿山企业设备水平还相当落后，这些企业的设备更新以及企业发展为矿山设备提供了巨大的市场。 高气压智能化大型潜孔钻机研制成功并在露天矿山企业装备，为露天矿山企业提供了高效率、人性化的先进的凿岩设备，大大地提高了我国露天矿设备装备水平，使我国露天矿装备水平跻身国际先进行列。同时，由于该设备是我国自主开发，具有自主知识产权的多功能钻机，产品的价格远远低于同档次的进口产品，大大减少矿山企业设备采购成本和备件管理成本，设备的多功能型，又能有效减少企业设备装备品种，有利于企业的设备及备件管理。 本项目采用的各项技术均经过反复论证和试验进行了验证，技术上基本没有风险。而产品在市场竞争中处于优势地位，市场风险也很小，是投资风险小、资金回笼快的高新技术项目，同时又具有很高的社会效益，是一个不可多得的具有极高的投资价值的项目。