王贵根，朱志兴

（江西铜业集团有限公司 城门山铜矿，江西 九江 332100）

1 引言

潜孔钻机是利用潜入孔底的冲击器与钻头对岩石连续冲击破碎，借助压缩空气将岩粉排出。由于潜孔钻机具有钻孔深、钻孔直径大、钻孔效率高、适应范围广等特点，主要用于矿山开采［1］，建筑、水利 、电站、建材、交通及国防建设等多种工程中。近年来随着我国矿山以及工程建筑的快速发展，国内钻机设备厂家研发力度不断加大，潜孔钻机的得到了广泛使用，装备精度、智能控制及工作稳定性能都有很大提高。

城门山铜矿有ZGYX460 一体式液压潜孔钻机4 台［2］，是爆破穿孔作业的主力设备。该钻机是设备厂家早期第一代产品，钻孔孔径为138～165mm，钻孔深度可达到34m（6 根付杆+1 根主杆）。最大工作压力为24bar，供气量为22m3/min，配置了干式除尘和湿式除尘两套系统，以干式除尘为主，湿式除尘为辅。该钻机工作性能稳定、穿孔效率高。

2 潜孔钻机结构及工作原理

2.1 结构组成

ZGYX460 钻机是集凿岩、发动机动力和供气于一体，采用全液压驱动，高气压潜孔凿岩，履带行走。该钻机结构设计紧凑（如图1 所示），功能模块清晰。配置卡特彼勒C11 发动机，进口英格索兰两级旋转螺杆式空压机。液压系统采用液压先导控制系统，发动机通过PTO 驱动4 台液压泵。钻臂和推进器是液压驱动回头和液压钻孔进给系统。钻孔进给系统由油缸驱动的滑轮和钢丝绳构成，钢丝绳由进给控制装置控制，推进控制可根据岩石条件和钻机司机的经验来调节。配置了干式除尘系统和湿式除尘系统。

图1 潜孔钻机结构

2.2 工作原理

潜孔钻机其工作原理是冲击器连同钻头装在钻杆的前端［3］，钻孔时推进机构使钻具连续推进并将一定的轴向压力施加于孔底，使钻头与孔底岩石相接触，同时回转机构使钻具连续回转，安装在钻杆前面的冲击器在压缩空气的作用下，使活塞往返冲击钻头，完成对岩石的冲击。压缩空气从回转供风机构进入，经钻杆中空杆直达孔底，把破碎的岩粉从钻杆与孔壁之间的环形空间排至孔外，从而形成炮孔。潜孔式凿岩的实质是在轴向压力的作用下，冲击和回转两种破碎岩石方法的结合，其中冲击是间断的，回转是连续的，岩石在冲击和剪切力作用下不断地被压碎和剪碎。

2.3 岩粉的形成

潜孔钻机是利用潜入孔底的冲击器与钻头对岩石进行冲击破碎，有冲击、转动、排碴和推进等凿岩成孔过程，在作业过程中会产生大量的岩渣和岩土，不但严重影响了操作者身体健康，也不符合环保政策，也影响力设备使用寿命。

3 除尘系统及原理

潜孔钻机作业时不仅工作岗位粉尘浓度高，而且粉尘颗粒级配分布广。在潜孔钻机凿岩穿孔作业时，岩粉被压缩空气由孔底吹到地面，如果不采取措施便会在大气中扩散形成环境污染。即潜孔钻机除尘效果是评估潜孔钻机一项重要的性能指标［4］。

潜孔钻机除尘方式分为两种：一种是湿式除尘，另一种是干式除尘。两种除尘方式针对不同岩土性质和水文地质条件效果有所不同。干式除尘采用旋流分离加过滤的方式，湿式除尘采用在压缩空气中喷水湿润岩粉使之不飘散的方式。干式除尘需要定时更换滤芯，滤芯费用高。如穿孔地质含水高时，滤芯容易杜塞。湿式除尘水分加入压缩空气，通过钻杆、冲击器深入孔底，增加了生产作业用水量，不利于钻头和冲击器。

3.1 干式除尘系统

潜孔钻机干式除尘系统［5］主要由过滤器和风管组成（如图2 所示），在钻具凿岩的过程中，岩粉在压缩空气和除尘风机抽吸的共同作用下，从钻杆与炮孔壁之间的环形空间吹出孔口（如图3 所示）。捕尘罩将粉尘封闭，防止粉尘从钻杆和周边空隙吹出，使含尘的气流经过捕尘罩和吸尘管高速进入一级过滤器，沿着一级过滤器内壁旋流，岩渣一旦与器壁接触，便失去了径向惯性力，在离心力作用下与气流分离下降，排出过滤器，完成除尘系统的一级除尘。含有岩粉的气流进入二级过滤器，经过脉冲除尘器滤芯的过滤净化后附着在滤芯上，岩土在电磁脉冲阀的高压喷吹下排出脉冲除尘器，完成除尘系统的二级除尘［6］。

3.2 湿式除尘系统

湿式除尘是通过混合器将压气与水混合，用水泵将水箱中的水打上水管，由空压机供给压气将分散为极细水雾，气水混合后经风水接头和钻杆进入孔底，孔口风机风流将排出的泥浆吹向孔口一侧，并沉积该处，干燥后呈胶结状，不会出现二次飞扬。潜孔钻机湿式除尘在潜孔钻机上应用，对抑制粉尘飞扬，改善现场工人的工作环境，具有良好的效果。

图2 干式除尘系统结构

图3 干式除尘原理图

4 除尘效果的比较

城门山铜矿ZGYX460 机型潜孔钻机是厂家第一代产品，出厂时配置了两种除尘方式。以干式除尘为主，湿式除尘为辅。随着钻机在矿区投入使用，两种除尘效果呈现出不同问题。

由于矿区三面环湖，绝大部分矿体在侵蚀基准面（湖岸线）以下，矿岩松软、破碎，地表水体发育、地下涌水量大，水文地质条件和岩土性质复杂，且岩土含水率较高。使用干式除尘在地质复杂区域钻孔时岩屑极易杜塞滤芯，造成过滤器故障率较高，维修成本高。干式除尘方式在现场使用效果不理想，不适合现场复杂的地质条件。

湿式除尘是作为该机型辅助除尘方式［7］，没有配置水泵相关的动力配件，主要以压缩空气方式混合除尘水来润湿粉尘达到降尘效果（如图4 所示），从空压机压缩的空气经过开停阀控制后进入水箱，水箱里的水与压缩气体混合后排出水箱，气水混合后经过油雾器再注入主风管，再进入冲击器孔口，于是湿润的气流将岩粉吹向孔口一侧［8］。

降尘的水依靠压缩空气压入水箱混合后，形成的水雾然后从水箱顶部排出，由于没有水泵控制水量，受气压不稳定、水箱水位高低的影响，导致进入主风管的气水量不稳定，降尘效果不稳定。进入水箱风管与主风管都是接到开停阀后端，受开停阀控制。在开孔流程，由于降尘气流比工作气流慢，与工作主气流不同步导致开孔时扬尘较大，穿孔流程才起到降尘作用，导致钻机在开钻流程短时扬尘大。

图4 原湿式除尘示意图

图5 技改后湿式除尘示意图

5 湿式除尘系统改造

5.1 改造方案

基于以上分析，该湿式除尘系统不满足现场使用要求。要满足现场降尘效果必须确保稳定水量。查阅相关资料和设备改造经验，如果由水泵提供稳定进水量即可解决问题，但由于该机型设计稳定，现场难以加装改造。把原有水箱下排水口作为降尘水的出口，利用水面上部有压缩空气压力，加上水的自重有利于除尘水排出。同时将压水气管接入分气管处，只要空压机启动就会有开孔气流混合进入主风管（如图5所示），可以实现开孔时降尘的要求。

5.2 改造效果

改造后湿式除尘效果能达到使用要求，开孔和穿孔作业过程中粉尘明显降低，除尘效果稳定，保证了使用技术要求。有效的改善了钻机周围环境状况，取得了预期的除尘效果。

6 结束语

用上述方法，我们对ZGYX460 潜孔钻机湿式除尘系统进行了改造。经过近两年来使用，现场除尘效果明显，除尘系统工作稳定，改善了操作人员现在作业环境。由于粉尘降低设备清洁度得到了保障，提高了设备的利用率，达到了改造预期目标，为我们今后设备技术难题打下了坚实的基础。设备管理人员不应停留在现有设备的应用上，而且更应当深入了解设备结构、原理，不断技术创新，进一步改善并提高现有设备的技术水平。