殷骏，李占炎，李辉

（中色非洲矿业有限公司谦比希铜矿，赞比亚 基特韦 22592）

锚索支护在地下矿山的采掘工程中已经使用了50多年，使用锚索加固岩石的工艺是与凿岩台车同步发展起来的，最初Cabolt锚索台车是由泰姆洛克公司为解决锚索支护问题所取得的成果。目前，国内外许多矿山都将长锚索支护作为地下采场和巷道的主要支护手段之一。随着科技的进步和矿山企业发展的需求，传统的矿山支护设备和支护工序流程已经不能满足生产需求，尤其是设备老旧，故障率高，生产作业工序繁杂。特别是中资海外非洲矿山企业，由于文化差异、人员教育程度低、作业技能水平低、工会等多方面因素对企业发展影响较大，很多矿山企业开始通过采用新采矿方法和设备来提高生产安全和生产效率。因此，谦比希铜矿首次引进第一台Cabletec M型锚索台车（如图1），以机械化、自动化、智能化的锚索台车取代传统锚索注浆支护作业，降低劳动强度、提高生产效率、保障作业安全，并在现场进行了应用。

1 工程概况

谦比希铜矿处于非洲赞比亚铜矿带的中部，原隶属于赞比亚联合铜矿有限 公 司。1998年中国与赞比亚共同组建了中色非洲矿业有限公司，恢复了对谦比希铜矿的资源开发。矿区由主矿体、西矿体以及东南矿体组成。西矿体硫化矿体分布在2670线与4620线之间，高程520～1280m。矿体走向112°。走向长1926m，倾向延伸1425m。倾角25°～33°。矿体平均厚度7.36m，东部和中下部厚度较大，最厚处50m，西部厚度相对较薄，一般为3～4m。有用组分分布均匀，单工程铜品位1.80%～5.61%，矿体平均品位2.14%，矿体形态简单，呈层状产出。

矿体产状稳定，但由于赋矿层位为泥质板岩，层理节理发育，矿体下盘围岩为泥质石英砂岩、底砾岩及砂层，极其破碎，钻孔岩芯采取率和RQD值均较低，且矿岩易风化，遇水易崩解，采切工程掘支困难。谦比希铜矿西矿体井下巷道支护方法主要有：管缝锚杆支护、金属网条支护、网片支护、锚索+注浆支护等单类或组合式支护，而西矿体新盘区要求管缝锚杆和网片支护要求一炮一支，锚索注浆支护要求两炮一支。其中，在采用传统锚索注浆支护过程中存在以下问题：

（1）投入的设备和人员多。钻孔需要一台Atlas公司S1D凿岩台车，一名操作工和一名帮工来完成钻孔作业，待安装锚索和注浆时，需要另配一台NORMET升降服务车和注浆泵，同时需要3～4名作业人员人工完成锚索注浆工作，设备和人工成本投入多。

（2）锚索注浆支护工序耗时长。以单作业面为例，单独钻孔需要一个班次才能完成，待钻孔全部结束后安排下一个班次进行锚索注浆作业，待锚索支护完成后再到下个班次才可安排采掘生产作业。因此，作业面掘进完全受锚索支护影响。因此，谦比希铜矿西矿体新盘区为实现“提质增效、降本增效和创新增效”，从瑞典引进一台自动化、智能化设备Cabletec M型锚索台车，并在现场进行了工业应用。

2 Cabletec M型锚索台车基本配置、结构和性能

2.1 基本配置

Cabletec M型锚索台车配置DeutzTCD4.1水冷、电喷柴油发动机，动力传动为Clark 24000型液压变速箱，四轮驱动，驻车制动采用弹簧制动液压释放式，安全度高，无尘、隔音封闭式驾驶室，为操作人员提供良好的操作环境，全景式倒车影像显示，RCS5最高级操作控制系统，设备安装有校准激光和ABC Regular软件系统，配置有Ansul自动灭火系统、高压水清洗装置、GAR5空压机，注浆灌最大容量120kg，锚索卷盘上可安装750m长卷装锚索，配置RHS10型储杆器，可一次安装10根长度1.2m钻杆，COP1838ME型凿岩机，冲击功率18kw。

2.2 设备结构

（1）基本结构组成。Cabletec M型锚索台车主要包含两大功能：钻孔和锚索注浆，可实现边钻孔边锚索注浆作业。设备本体主要由前后车架、驾驶室、钻孔臂、注浆臂、推进梁、回转装置、锚索装置、水泥装置、卷筒装置、自动灭火装置、液压系统、电气系统、动力传动系统、制动系统、气动系统、冷却系统、供水系统、润滑系统等组成，动力操作系统由显示屏、Application模块、I/O模块、Resolver模块、传感器与线束、配电箱和电缆等组成。

（2）结构优点。Cabletec M型锚索台车主要用于地下矿山巷道中锚索+注浆支护施工，是一款多智能型锚索台车，具有以下几方面优点：①小巧灵活，操作简易。Cabletec M型锚索台车为适中型设备，总长13.2m，井下采矿巷道设计端面为6m×4.5m，适合设备行驶、转弯。定位、钻孔、注浆、安装锚索等所有操作集中于一个操作面板，只需一名操作人员便可完成所有锚索支护作业工序。②自动化智能化程度高。Cabletec M型锚索台车操作台集钻进模式、定位模式、水泥/锚索模式、顶尖模式与一体，只需通过控制面板上2个操作手柄和各功能按键可实现自主切换，如图2所示。设备上配置有压力、深度、角度等各种类型传感器，设备作业时各压力、数据和参数实现可视化，具有自检测功能，出现故障、报警等可实时显示并作出提示预警。③作业适应性强，自动保护装置齐全。操作人员可根据凿岩岩石状况，在显示屏操作界面调节推进压力，以最佳压力值得到理想的钻孔效率和质量。可根据设计要求，设置钻杆数量、孔深、安装锚索长度等。当显示屏下方弹出任何红色报警时，设备会立即停止作业，同时操作手柄和按键失去操作功能，防止继续操作造成重大故障，驾驶室两侧各装有红外检测，在设备作业过程中如有其他人员通过时，主电机会立即停止运转。

图2 Cabletec M型锚索台车操作台示意图

2.3 设备性能

Cabletec M型锚索台车由柴油机驱动轴向柱塞泵，定位操作稳定性高，系统最大工作压力210bar，75kW电机直接驱动三联轴向柱塞泵，设备工作环境温度0～40℃，在实际应用中具有定位快、钻孔效率高，其他性能参数见表1。

表1 Cabletec M型锚索台车性能参数

3 工程应用

3.1 Cabletec M型锚索台作业流程

（1）作业前准备。操作人员根据设备点检标准和交接班制度要求完成对设备的全面检查确认后，小心谨慎驾驶设备至作业面，在确认作业面安全的前提下利用前后支腿油缸将设备支撑平稳，连接水管、电缆，并按矿山要求进行规范吊挂，一般配电箱和供水管路距离作业面50m左右。待水电接好后，启动电机，准备进行钻孔作业。

（2）智能钻孔。在井下作业采场T型巷道或交叉连接巷道或高危采场使用Cabletec M型锚索台车进行作业，设计单孔深6.5m，孔径51mm，孔间距1.5m，孔排距3.5m，一排4根锚索，在台车作业前已人工将孔位置做好标记。钻孔作业流程：①选择钻进模式，进入钻孔操作界面设置孔深、钻杆总数量（实际储杆器上安装数量）、钻杆数量（根据孔深和钻杆长度计算所需数量）、选择钻头。②按从左至右，第一个孔钻臂定位，手动开孔。③钻杆进入孔内0.5～1m后，选择单孔自动化（含自动冲、清洗功能）。④钻孔结束后移动钻臂至下一个孔定位。

（3）锚索注浆。待所有锚索孔全部钻完结束后，选择水泥/锚索模式。①注浆。注浆前进行水泥浆搅拌，水泥灌一次搅拌最大容量为120kg，配置有智能称重模块，可设置水/水泥比例、固定水泥重量、水泥管推进速度等。搅拌全程自动化，用时15min左右，水泥管为白色塑料硬质管，安装最佳长度15～17m，通过注浆泵将水泥浆泵送至管内，再由2组4个变速马达来控制水泥管的进退，将水泥管推进至孔底后，单键选择自动注浆，系统根据已设置孔深到达孔口处时自动停止注浆。6.5m锚索孔单孔水泥浆用量为25kg，一般第一罐水泥浆除去水泥管内剩余，可以满足3个锚索孔注浆用量，而第二罐就可一次满足4个锚索孔注浆用量。②安装锚索。卷装锚索安装在卷盘内固定在车尾端，锚索总长734m，采用Φ15.2mm×7钢索，由两级旋转马达装置驱动锚索前后推动，锚索臂前端安装有锚索剪切装置。当锚索孔注满水泥浆后，便将锚索推至孔底，一般会多预留20cm，理论计算一卷锚索可满足109个锚索孔需求。

3.2 作业效果

本文根据系统数据保存记录选取10个班次对锚索孔钻孔作业施工进行数据统计分析，详见表2。

表2 10个班次锚索孔钻孔作业时间统计表

其中，凿岩冲击时间为纯钻孔时间，不含自动接杆和卸杆时间，由表2得出单孔平均纯钻孔时间为4.6min，相比传统锚索孔施工时间缩短15min，较大的提高了钻孔施工作业效率，不仅降低了传统钻孔施工中人工接、卸杆存在的安全风险，而且显著提高了锚索孔的成形，没有出现孔塌或孔堵现象。而最高效的作业效率则体现在锚索+注浆环节，全自动化、智能化操作不受传统人工作业工作积极性、工作效率、施工质量等影响。根据统计，单孔注浆+锚索安装时间仅为3.5min，因每次水泥浆搅拌需用时15min，而将搅拌时间分摊到每个锚索孔施工时间约为3.8min，其他作业时间见表3。

表3 Cabletec M型锚索台车完整作业工序时间统计表

综合各操作环节统计时间认定，Cabletec M型锚索台车完成单根锚索最佳单循环锚索注浆支护作业时间约为16.3min。所以，Cabletec M型锚索台车单台设备就能完成从钻孔到安装锚索和水泥注浆的完整支护工序，有效提高设备作业效率、节省人工、降低作业人员劳动强度和安全风险。

3.3 经济效益

R32MF1.2m钻杆156.5美金/根，51mm钻头71.75美金/个，7.5m锚索698美金/根，水泥6美金/25kg，通过与传统锚索支护施工工艺对比，Cabletec M型锚索台车经过1年多的工程应用效果分析，从钻具、水泥、钢索等材料成本消耗统计分析得出，每年钻杆可节约30根，钻头50个，水泥300kg，每年平均节省成本总费用约10万美金。

3.4 操作和维护中存在问题

锚索台车推进梁上有较多传感器和控制信号线，在向上钻孔作业中常有泥渣、石块以及冲洗水流落下，对裸露在外的部分电气元器件的使用寿命造成影响，尤其是抓杆机械手位置传感器和信号线故障较高，影响自动钻孔功能。而在注浆作业中，注浆臂上常有水泥浆洒落，在整个注浆作业过程中就需要有较强责任心的操作工对注浆臂随时冲洗，否则等水泥凝固后很难清洗干净。Cabletec M型锚索台车RCS 5操作系统、模块化控制技术程度高，出现故障时需要厂家专业技术人员和系统秘钥才能维修处理，受技术保密限制。

4 智能Cabletec M型锚索台车应用前景

随着时代的进步和矿山企业发展的需求，许多矿山都将面临设备老旧、技术水平落后、生产成本增加等问题，而金属矿产又属于不可再生资源，这必将促使矿山企业通过提升机械化、智能化、信息化水平解决生产安全、效率以及资源利用率等问题。因此，引进新技术和设备对于矿山企业尤为重要和关键。Cabletec M型锚索台车目前在全球已超过百台，它的高性能、高效率为传统矿山锚索支护方式带来重大便利，对于矿产资源的开发和利用发挥着重要的作用。矿山企业有其存在的作业安全风险，尤其对于地质条件差、岩石结构不稳定的地下矿山，需要多种支护方式施工作业，而锚索+注浆支护尤为重要。Cabletec M型锚索台车既能实现自动钻孔、注浆、安装锚索于一体，大幅提高锚索支护施工作业效率，又节约人力成本、降低作业安全风险。

另外，矿山生产要注重对环境的保护，这也对我国矿山企业提出了科学要求，矿山企业要建立生态化的管理体系，在资源开采过程中，避免对环境造成破坏，建立生态绿色的可循环机制，促进人与自然的和谐发展。

5 结语

传统锚索支护施工需要设备数量多、类型杂，作业人员多，而Cabletec M型锚索台车易操作，性能优，只需一名专业操作人员就能完成钻孔、锚索安装和注浆等所有工序，大大节省了设备投入和人力成本。传统锚索支护施工作业完成时间长，很大程度影响生产衔接，而使用智能Cabletec M型锚索台车有效缩短了长锚索+注浆支护作业循环工序时间，较大地提高了作业效率。因智能锚索台车高效作业，极大地加快生产作业进度，同时，较大程度减低了人员作业安全风险。因此，国内外矿山以机械化施工代替人力，以自动化、智能化的锚索台车替代传统锚索注浆施工工艺已是大势所趋。