国内采矿设备发展.docx

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国内采矿设备发展

国内采矿设备的发展

一、我国矿山采矿装备现状

采矿工业是全球经济发展的支柱，我国是世界采矿大国之一，金属矿石产量居世界前首。

矿业资源的开发利用依赖于采矿工业的科技进步，采矿工业的科技进步又主要取决于采矿装备的发展。

新中国成立以来，通过几个五年计划对重大采矿装备的技术攻关和对国外先进技术装备的引进消化，我国采矿装备得到了很大发展，具备了一定的规模和水准，我国已能制造各种主要采矿设备，可成套装备年产1000万t露天矿及100万t地下矿。

1.露天矿山

从装备水平看，我国露天矿山装备大致可分为三种类型：

小型矿山装备单一、小型、不配套，一些工序至今采用手工体力劳动。

中型及个别大型矿山机械化程度较高，但设备陈旧落后，效率不高。

少数大型矿山采用进口或国产的现代装备，如牙轮钻机、电动轮汽车、大斗容挖掘机大功率推土机等，组成成套作业线，效率较高。

我国已基本定型的露天矿成套设备有两个等级，一个是以4m3电铲为主，配用200mm潜孔钻机，250mm牙轮钻机，60t、108t翻斗车，100t、150t电机车，20t、27t、32t自卸汽车，132.3kW、161.7kW推土机。

二是以10m3电铲为主，配用310mm牙轮钻机，60t自卸汽车，100t、154t电动轮汽车，235.2kW推土机，5m3装载机，15t装药车和40t压路机等。

2.地下矿山

穿孔机械矿山仍普遍使用气动凿岩机和潜孔钻架。

国外广泛使用的高效液压凿岩机在我国尚未得到大量推广，进口液压采矿或掘进凿岩钻车在国内少数矿山开始使用，国内自行研制的产品使用不多。

气动凿岩机和低气压的潜孔钻架在我国地下矿山使用较为普遍，高气压潜孔钻机已开始推广。

装运机械电耙仍是一些矿山的主要出矿设备；大部分矿山目前已使用上了柴油或电动铲运机和地下卡车；有的矿山仍在采用早期的风动或电动扬斗式装岩机装岩、电机车牵引普通矿车运输；有的矿山使用铲插机、立爪式装载机装岩，梭式矿车运输。

掘进机械大多数中小型矿山平巷掘进主要还是采用气动凿岩机凿眼，高效液压凿岩机在我国尚未得到大量推广；天井掘进以常规的吊罐法较为普遍，劳动强度大的普通法也占较大比重，而以天井钻机为主要设备的钻进法有发展但不普遍，只在松软岩石矿山得到了较好应用。

二、国外矿山采矿装备发展

1.露天矿山

目前，随着露天矿开采规模的大型化，国外露天矿先进采矿装备呈现两个最大特点：

一、采矿装备的大型化

1995年小松公司推出了272t的930E矿用汽车，1998年卡特彼勒公司又推出了Cat797型327t矿用汽车。

为了与大型矿用汽车配套，P＆H4100型电铲斗容已达35m3，4铲就可装满一辆327t级矿用汽车。

59R、61R牙轮钻机钻孔孔径已达445mm，轴压力达184t和152t，转矩达2万Nm和3万多Nm。

二、采矿装备的智能化

进入20世纪90年代以来，国外露天矿大型设备单机机载计算机实时监控已有了成功的应用。

近年来，美国模块采矿系统公司、卡特彼勒公司借助于全球定位系统（GPS）和高性能的数据通讯网络技术，先后开发了有关计算机软件，对各种设备进行自动化智能化控制管理。

2.地下矿山

一、装备配套齐全，机械化程度高

国外先进地下矿采矿装备从凿岩装药到装运出矿，全部实现了机械化配套作业，各道工序无手工体力操作，无繁重体力劳动。

各种类型的液压钻车、液压凿岩机、柴油或电动及遥控铲运机是极普通的基本装备。

装备大型化、微型化、系列化、标准化、通用化程度好。

二、装备无轨化、液压化、自动化程度高

国外目前先进的采矿装备已完全实现了无轨化、液压化。

在自动化方面，已成功地引进了无人驾驶、机器人作业等新技术。

近年来，采矿设备自动化已取得了重要进展，自动化凿岩台车、遥控装药机、遥控铲运车等都已投入应用，并取得了良好的效益。

如芬兰坦罗克公司研制的DataSolo型自动化凿岩台车，阿特拉斯·科普柯（AtlasCopco）公司的RHS系统，尼特罗·诺贝尔（NitroNobel）公司已研制成功的Rocmec2000型遥控装药车。

目前，在采矿工业中，激光已成功地应用于井下车辆导向系统，采用了电视摄像机，可使司机遥控车辆装载并且将车辆调度到靠近基准导向板，然后使车辆开始自动运行。

三、我国矿山采矿设备发展

1857年世界上第一台气动凿岩机在意大利诞生，这标志着机械化采矿时代的开始，上个世纪70年代初进入液压化时代，90年代开始进入自动化时代。

尽管我国采矿机械化起步于解放初期，但通过60，70年代的联合攻关和改革开放后的引进消化工作以及本世纪初的经济全球化，我国的采矿设备与国外先进水平的差距在缩小。

1.钻孔设备

目前，我国矿山使用的钻孔设备主要有牙轮钻机、潜孔钻机、气动和全液压顶锤钻机四大类。

1.1牙轮钻机

牙轮钻机主要用于露天矿山200mm以上的炮孔凿岩作业，我国地下矿山在上个世纪80年代开始尝试使用地下牙轮钻机，因200mm以下的牙轮钻头寿命制约未能推广，目前国外（除前苏联以外）发达国家地下矿山也很少使用。

我国露天矿山使用的牙轮钻机多为国产牙轮钻机，主要产品有YZ—12型、YZ—35型及YZ—55型牙轮钻机。

一些超大型矿山特别是煤矿也装备了进口的牙轮钻机，其主要产品有AtlasCopcoDM30型、DM45型和DM50型牙轮钻机。

1.产品规格向大型化、高效化发展

国外产品规格向大型化、高效化发展的主要趋势是向大孔径、高轴压、大排碴风量、大功率回转和提高主参数发展。

大型露天矿山牙轮钻机的钻孔直径由310mm、380mm已趋向406mm、445mm，目前已发展到559mm。

49-RⅢ钻孔直径达406mm，59-R型钻机钻孔直径达445mm；P＆H公司的120A型钻孔直径达559mm。

P&H公司的120A型牙轮钻机的轴压达680.38kN，而BI公司的59-R型钻机的轴压力则达748.44kN。

2、系统向全自动化、智能化方向发展

采用包括计算机、通讯网络、数字输入传输在内的集成网络控制系统。

能在最小作业成本的基础上使钻进参数最佳化；为露天矿现代化管理提供信息（矿石品位的精确分布、矿岩可钻性、可爆性和可挖性等），钻孔时能识别矿岩特性；能记录炮孔的方位、倾角等参数便于以后对每个炮孔进行爆破分析。

国产牙轮钻机产品是在上个世纪80年代研制成功并投入市场，尽管在一些局部地方进行了完善和提高，但在整体性能上与国外当今的同类产品差距很大，具体体现在以下几个方面：

a.品种单一主要体现在动力单一，功能单一，结构形式单一。

b.传动方式落后国产钻机主要采用机械传动，传动效率低。

c.自动化程度低国外产品采用机载计算机，可实现高度的自动化和互联网远程控制管理。

d.能耗高国外产品可根据外部负载自动输出能量。

牙轮钻机是我国大型露天矿山的主力穿孔设备，单台价值也是最高的，应用现代液压技术和自动控制技术对其进行产品技术升级非常有意义。

1.2顶锤式钻机

顶锤式钻机主要用在露天矿山边坡孔凿岩作业和地下矿山掘进和采矿凿岩作业，它有全液压和气动两大类，气动顶锤式钻机由于效率低能耗高在国外矿山已被全液压钻机所取代，但在我国地下矿山使用还很普遍。

全液压顶锤式钻机在国外矿山应用非常成熟，在我国虽然液压凿岩已达到了一定水平。

但大多数厂家生产的液压凿岩机稳定性指标均在500m左右（不拆机检修），而世界先进水平的瑞典产品则规定为6000m，因此，国内的液压凿岩技术与国际先进水平尚存在很大差距。

目前国内露天矿山装备的全液压顶锤式钻机全部是进口品牌，如AtlasCopcoROCD7型钻机，此类产品国内仍为空白。

汤姆洛克公司研究生产的Herbert2000/4000型大型露天液压钻车分别安装HL2000/4000型液压凿岩机，前者凿孔直径145～178mm，后者凿孔直径178～250mm，最大可达275mm。

与同级回转和潜孔钻机比较，凿速超过两倍，而每米能耗仅为40％。

凿孔深度单级为9.3m，双级为20m。

钻机大量的辅助设备包括自动深度指示器、控制器、空调司机室、集尘器、交叉倾斜钻杆等。

目前世界矿山设备市场几乎被少数几家大公司全部垄断，它们是：

瑞典的阿特拉斯科普柯公司、芬兰的汤姆洛克公司、美国的英格索兰公司、日本的古河公司等。

其中瑞典的阿特拉斯科普柯公司和芬兰的汤姆洛克公司生产的液压凿岩设备占全球产量一半以上。

目前国内地下矿山平巷掘进工程穿孔作业机械化程度很低，主要靠人工加手持式凿岩机，少数先进矿山使用了进口的全液压钻机，如Boomer282型钻机。

国内同类产品正在试制中，但重型凿岩机必须依赖进口。

目前我国地下中小型矿山主要使用气腿子凿岩机、YGZ90圆盘钻架和气动压顶锤式钻机进行采矿凿岩作业，少数中大型矿山开始使用全液压顶锤式钻机，如Simba-1354

我国先后研制了YYG800YYG900和YYG250液压钻机和CGJ2Y钻车外、KZL120型露天液压钻车以及CGJS-2YB铁路隧道半断面钻车等。

由于在可靠性、液压密封、操作性等方面存在明显的差距，国内几家企业虽做出了巨大的努力，但随着市场化和体制上的原因，技术发展和创新严重滞后，产品性能难以提升，始终没能形成大气候。

国产液压凿岩设备与国外同类先进设备相比，技术差距越来越大。

1.3潜孔钻机

潜孔钻机广泛使用在露天和地下矿山直径在90-225mm范围内的凿岩作业中，此类产品近几年在国内发展十分迅速，基本实现了液压化、高气压化和程控化，整体技术水平与国外先进产品相比相差不大，完全可以替代进口并已成事实。

露天矿山装备的潜孔钻机主要有传统的KQ系列、新型的SWD系列和CS系列的国产钻机，也有少数大型矿山装备了ROCL6、ROCL8型进口钻机。

我国地下矿山采用潜孔凿岩技术进行采矿比较广泛，主要装备的钻机主要有立柱式潜孔钻架、国产CS系列潜孔钻机和进口潜孔钻机，如下图。

1.4天井钻机

我国天井掘进以常规的吊罐法较为普遍，劳动强度大的普通法也占较大比重，这些方法安全性差，作业效率低，随着近几年国家对安全生产的日益重视，天井钻机为主要设备的钻进法在我国迅速推广，但国产天井钻机成孔直径一般在2米以下，需要二次扩帮，并且在f14以上的岩石中作业滚刀寿命较短，而国外同类产品可在硬岩中掘进6米的天井，但价格十分昂贵（近1000万元）。

2.装运设备

我国中小型露天矿山基本上是采用通用的工程机械，如液压挖掘机和小吨位的自卸汽车，大型露天矿山所使用的大型装运设备近几年有了长足的进步，太重已可生产27立方米的大型电铲，湘潭电机生产108t，154t电动轮汽车，北方重气与美国UNITRIG公司合作最近生产出172t电动轮汽车，其技术水平相当国外20世纪末的水平。

与其它大型矿山采掘设备一样，矿用电动挖掘机因其技术含最高、投资大，生产周期长、定单少、利润大等原因，目前仅有几家大型的国际公司有能力参与市场竞争，并形成了垄断市场局面。

国外大型电铲制造企业主要有美国BI、P&H和俄罗斯乌拉尔-伊若尔机械制造集团（OMZ）。

795是目前世界最大的电铲，单斗装载能力135吨。

近年来，随着高新技术不断被应用到矿山装中，以及为适应日益增大的矿用汽车铲装需要，挖掘机正朝着大型化和智能化方向发展。

就目前而言，矿用挖掘机的发展尚不能满足矿用汽车的发展要求，追求生产效率及与矿用汽车合理匹配是促进矿用挖掘机大型化发展的真正动因。

GPS挖掘机定位系统、交、直流动力驱动系统、先进的电子监控系统、实用的装载量监测系统广泛被使用。

我国大型露天矿山自上世纪70年代开始采用大型矿用自卸车以来，到目前为止使用矿山已有14个，总购车量已超700台，已报废100t级以上车约134台，在用车近600台，这其中约有近250台车已近服务年限，按载重吨级分：

68t~85t车占15.9%，108t车占19.7%，154t车占40%，172t级以上占24.4%。

154t以上级别的自卸车整车均为进口。

其中，进口车占51.5%，中外合作生产车占15.4%，国产车占33.1%。

电动轮自卸车约占2/3，交流传动的车辆已形成了一定的用户群。

目前，世界上生产大型矿用自卸车的主要厂商有：

KOMATSU（原Dresser），HITACHI（原Euclid），LIEBHERR，TEREX，CATERPILLAR和白俄罗斯汽车制造厂等几家公司，其2001年国际市场份额分布约为：

CATERPILLAR公司占30%，KOMATSU公司占25%，其余三家在剩余45%份额内平分秋色。

这些厂商的共同特点是：

1、产品系列化：

产品从载重100t-360t，品种齐全。

2、配套件社会专业化生产。

电动轮自卸车产品的发展趋势为：

1.大型化：

矿用自卸车的大型化，既符合矿山降低运营成本要求，同时也可适当降低生产厂商的生产成本，因此矿用自卸车生产厂商纷纷弃小就大，陆续推出载重吨位大的自卸车，目前已生产出载重360t的矿用自卸车。

但随着大吨位车辆运行成本的增加，大型化的趋势有所放缓。

2.大量采用微机控制：

微机控制系统的应用不再局限于电传系统的控制，而延伸到了柴油机的电子控制，增强了可靠性，改善了与传动系统的功率匹配，提高了燃油经济性。

3.提高可靠性，减少故障，提高效率。

近年来国外电动轮自卸车大量采用新技术、新工艺、新材料，不断改进和完善整车结构、技术性能，在很大程度上提高了整车使用可靠性，缩短了故障检测和维修时间，降低了运营成本。

4.交流传动化：

目前已推出载重136t～360t的交流传动电动轮自卸车，特别是载重200t以上的电动轮自卸车，全部都是交流传动车。

目前，经过激烈的市场竞争和发展后，重新形成了五大矿用汽车行业骨干生产企业：

内蒙古北方重型汽车股份有限公司、本溪北方机械重汽有限责任公司、北京首钢重型汽车制造厂、北京重型汽车制造厂和湘电集团有限公司。

目前上述五家企业中，前四家主要生产100t以下的机械传动矿用自卸车（内蒙古北方重型汽车股份有限公司近年来与TEREX公司成立合资公司，主要组装大吨位电传动矿用自卸车，主要部件依靠进口,没有自主知识产权,在技术和主要部件供应上受外商严重制约），只有湘电集团有限公司生产100t以上的电动轮自卸车，并拥有完全的自主知识产权和自主成套生产能力，现在已形成108t、154t电动轮自卸车和变型车的生产能力，新研制的220t电动轮自卸车已经下线，同时正在研制交流传动的大吨位电动轮自卸车。

地下铲运机和地下汽车最近几年发展很快，在中小吨位上我们占据国内主要市场，但在大吨位、低矮型和高举升等产品上品种不多，有的仍为空白，我国地下装运设备的主要传动件仍然依赖进口，产品的自动化和人性化与国外同类产品有一定的差距。

目前我国矿山机械的发展远远落后于其他工程机械的发展，要想彻底改变目前的现状，必须借鉴其他工程机械的发展经验，解决以下几个问题：

（一）重点攻克采矿设备发展的技术瓶颈

1.开发研制重型液压凿岩机，推进液压凿岩技术的发展。

2.研制开发重型液压履带底盘，加快全液压牙轮钻进的开发。

3.开发研制高气压潜孔冲击器和钻具，加快潜孔钻机高气压化进程。

4.开发研制硬岩滚刀，扩大我国天井钻机使用范围。

5.研究引入露天装载设备的动力和传动部件，推进地下装运设备的发展。

6.研究开发适合矿山设备的数控技术，为我国的数字矿山作准备。

（二）更新矿山机械产品开发理念

1.配套全球化

配套件的采购只重性能不限国界，提倡它为我用，洋为中用，确保产品的可靠性。

2.功能模块化

首先开发产品的标准功能模块，再根据用户的不同需要选择合适的模块组合成产品，将矿山机械的非标生产转变为模块的批量生产，快速满足矿山客户的多样性要求。

3.控制自动化

自动在线监测实时优化控制，确保节能高效安全。

4.操作人性化

（三）加强矿山机械开发人才的培养

上个世纪六、七十年代国家矿山机械联合攻关培养出的一大批优秀专家现已退休，又在上个世纪末矿业的不景气造成一批中青年专家的流失，由此带来当今矿山机械开发人才的严重不足。

随着国家经济实力的提升，有国家政策上的扶持，矿山用户对民族产品的支持和厚爱，在加之广大科技工作者的努力，矿山机械产品的振兴一定不远。