摘要：露天矿穿孔做为开采的首道工序，占开采总成本的16～36%，合理的选用穿孔设备以及探求高效率低能耗的钻孔方法是设备选型的主要依据。本文通过对矿山常用穿孔设备对比，分别以设备动力、成本和工作效率进行分析，综合现有穿孔设备的优缺点，对技术成熟的牙轮钻机和潜孔钻机做以简要叙述，以提供数据供矿山选择穿孔设备为参考。

　　关键字：设备选型 动力 成本

　　1 引言

　　随着露天采矿技术的不断发展，采矿设备的配备要求越来越高。穿孔在露天矿做为首道工序，穿孔成本约占每吨采掘物开采总成本的16～36%。选择好穿孔设备，对整个露天矿的生产具有重要意义。于是根据钻机性能的不同和矿山开采工艺和地质条件的不同，要有针对性的对穿孔设备选型。穿孔设备的选择除了遵循前述原则和按规模确定设备规格等级外，在选择某种具体设备还应仔细研究设备的结构特点、技术性能、材质情况和制造工艺等。

　　2 穿孔设备选型的依据

　　(1)考虑矿山开采规模，根据规模大小决定设备选择。

　　(2)根据地质构造不同，和矿山具体条件选择。

　　(3)根据采剥总量和开采工艺。

　　(4)考虑矿山动力条件。动力源往往决定选用钻机的类型。

　　(5)穿孔设备与装载设备配比。

　　(6)设备工作效率及成本管控。

　　3 钻机介绍

　　(1)根据钻机的结构分为架式钻机和臂式钻机。也就是牙轮钻机、潜孔钻机和凿岩机。架式钻机适应较大工作面，臂式钻机适应较多工作要求，于是选择设备要适应生产矿井的规模、地质构造，生产条件等。

　　(2)根据动力分为燃动钻机和电动钻机。燃动钻机以发动机作为动力源，电钻钻机主要电动机作为动力源。燃动钻机移动方便，出动率高，适应较多工作面;电动钻机需矿坑高压环线和移动变压器，寿命长，故障率低，适应较多工作面。

　　4 钻机动力的选择

　　燃动钻机不受电源限制，移动方便，正常作业涉及的辅助工种人员少，方便管理和生产组织，出动率远高于电动钻机(30%以上)。

　　电动机寿命较长;故障低;维护简单;使用成本较低。

　　(2)电动钻机较燃动钻机的采购成本高15%。

　　(3)电动钻机需矿坑高压环线、移动变压器及尾缆。

　　(4)电动钻机长距离移动需发电车。

　　5 关于钻机穿孔成本的计算

　　穿孔成本由钻机耗能成本(耗电或耗油)、钻具成本、保养维修成本、人工成本和设备折旧费等构成，耗电或耗油是穿孔成本中占比例最大的。关于钻机穿孔成本中耗电成本及耗油成本的计算，下面将以250mm孔径、755hp(563Kw)、f6、穿孔效率50m/h的钻机耗电或耗油理论计算：

　　(1)耗油和耗电单位成本对比(见表1)

　　表1 耗油和耗电单位成本对比表

　　每小时消耗

　　单价

　　每小时穿孔米数

　　单位成本

　　耗油单位计算

　　80L

　　6元/L

　　50m/h

　　9.6元/m

　　耗电单位计算

　　563kw

　　0.5元/h

　　50m/h

　　5.63元/m

　　(2)以年进米20万米的耗电和耗油成本对比(见表2)

　　表2 以年进米20万米的耗电和耗油成本对比

　　单位成本

　　年进米数(万m)

　　合计(万元)

　　耗油成本

　　9.6元/m

　　20

　　192

　　耗电成本

　　5.63元/m

　　20

　　112.6

　　(3)钻机的保养费用对比

　　电动钻机的主电机的月维护保养仅为对其轴承加注润滑脂，费用几乎可以不计。燃动钻机的发动机的月(250h)维护保养内容包括更换机油、空气滤芯、机油滤、水滤、燃油滤等，755hp发动机每次保养费用月约3000元，年费用36000元。

　　(4)关于电动钻机与燃动钻机工作量的量化计算

　　以钻机年300天(6000工作小时)计划时间为例：电动钻机年实际工作时间为6000×45%=2700h;燃动钻机年实际工作时间为6000×75%=4500h。如以穿孔效率50m/h计算燃动钻机年总进米22.5万米，电动钻机年总进米13.5万米。

　　从成本计算来看，电动钻机使用成本较少，由于钻机移动需拖拽电缆等因素，穿孔效率不及燃动钻机;燃动钻机使用成本较高，移动方便，穿孔效率较高。所以选择燃动钻机和电动钻机需要充分考虑矿山动力条件及采场工作面状况，根据实际条件，从优选择穿孔设备。

　　6 钻孔直径的优化选择

　　设计和生产中，可按照矿山采剥总量与钻孔直径的关系，并结合挖掘机斗容与钻孔直径的关系选择钻机。以下数据可供参考选择(见表3)。

　　表3 剥离总量和钻孔直径对比

　　采剥总量/万吨

　　400～500

　　600～500

　　1500～2000

　　3000～4000

　　钻孔直径/mm

　　200～250

　　250～250

　　310～380

　　380～450

　　矿山常用钻孔直径是140mm-310mm。下面将通过数据比对，对直径200mm、250mm和310mm的穿孔设备进行分析说明。

　　200mm和250mm孔径钻机的产能对比(见表4)

　　表4 200mm和250mm孔径钻机参数对比

　　孔径

　　爆破孔布孔参数

　　平均爆破延米

　　200mm

　　7×7 6×8 6×7

　　28m³/m

　　250mm

　　7×8 8×8 8×9

　　46 ³/m

　　250mm孔比200mm孔爆破延米高约40%。这表明在相等爆破总量时，250mm钻机钻孔总进米比200mm钻机需钻孔总进米少40%;假设这两种钻机年生产能力相同，那么一定的爆破总量前提下，250mm钻机的需求数量是200mm钻机需求数量的0.8倍或250mm钻机需求数量是250mm钻机的需求数量的1.4倍。

　　(2)250mm和310mm孔径钻机的产能对比(见表5)

　　表5 250mm和310mm孔径钻机参数对比

　　孔径

　　爆破孔布孔参数

　　平均爆破延米

　　250mm

　　7×8 8×8 8×9

　　46 ³/m

　　310mm

　　7×118×10

　　60.5m³/m

　　310mm孔比250mm孔爆破延米高约20%。这表明在相等爆破总量时，310mm钻机钻孔总进米比250mm钻机需钻孔总进米少20%;假设这两种钻机年生产能力相同，那么一定的爆破总量前提下，310mm钻机的需求数量是250mm钻机需求数量的0.8倍或250mm钻机需求数量是310mm钻机的需求数量的1.2倍。并结合矿山工作面条件和开采工艺，对照穿孔设备和装运设备配备，考虑选择孔径多大的穿孔设备。

　　7 根据钻机的适应工况选择

　　(1)凿岩机主要以孔径小于127mm孔深小于20米岩石硬度在F10的矿岩;潜孔锤钻机主要以250厘米及以下的孔，孔深小于150米，岩石硬度在F10以上矿岩。潜孔锤钻机不适用270mm以上孔径的硬岩穿孔，其原因是钻具(钻头及潜孔锤)消耗太大，穿孔成本高而导致效益差;牙轮钻机主要以孔径在152-406范围内，岩石硬度在F8以下的矿岩，孔深小于76米。牙轮钻机适合270mm以上孔径的硬岩穿孔，原因是大直径的钻头单位耐压强度提高了30%，容许对钻头施加更大的轴压，穿孔效益较好。

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