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凿岩台车现状及发展趋势

发布时间:2023/4/25 9:24:19      点击次数:481

凿岩台车是主要用于煤矿岩巷、隧道钻爆掘进时钻凿炮孔和锚杆孔的大型掘进设备。根据掘进断面尺寸及岩石性质的不同,配备数量及尺寸不等的钻臂,钻臂负责支承、推进、移动对应等级的凿岩机。按照自动化水平的不同,可粗略分为普通的凿岩台车(液压手动控制)和凿岩机器人(电脑控制)两类。一般而言,凿岩台车主要由液压系统驱动机构运动。普通凿岩台车通过人工控制阀组的方式实现钻臂的运动和凿岩机的正常工作;而凿岩机器人可以通过人机交互平台向控制系统发送指令的方式实现炮孔自动定位和自动钻进,人工干预程度较少,这是今后凿岩爆破的发展方向。

1. 国外凿岩台车发展现状

国外凿岩装备研发企业从20世纪60年代末开始,已研发、生产、销售了多代凿岩台车,1972年,挪威公司便开始了计算机控制定位和钻孔的试验。全球市场主要凿岩台车生产商包括Epiroc、Sandvik Construction、Furukawa、Komatsu Mining Corp.和J.H. Fletcher等,按收入计,凿岩台车前五大厂商共占有超过56%的市场份额,国外主要凿岩台车厂商及其典型产品参数如表1所示。据统计,2020年全球凿岩台车市场规模为3.65亿美元,2021年全球市场规模拓宽至4亿美元,预计到2028年将达到5.3亿美元(约合35亿元),年复合增长率(CAGR)为4.1%。凿岩台车的主要消费国家为欧洲,美国,中国等具有较完整工业发展体系的国家和地区。目前欧洲是全球最大的凿岩台车市场,占有约36%的市场份额,中国和北美二者占有全球近38%的份额。同时,印度,东南亚地区国家如印尼,泰国等近些年经济发展很快,具有较大的市场潜力。

2. 国内凿岩台车发展现状

世界上各大公司凿岩台车的钻臂、推进器和操纵系统等主要部件都已实现标准化和系列化。适用范围广,零件通用率高,可根据用户的不同要求组装成各种型式的台车,实现了品种的多样化,同时缩短了产品设计周期,产品更新换代快。

国外大型台车有定型和非定型两类。定型台车的工作断面规格、钻臂及其布置、凿岩机、推进器配套规格,钻臂安装基座构件型式、钻车底盘等均是定型的。当定型钻车不能适应工程要求(主要是工作断面、凿岩生产率和臂数不足)时,则采用专门设计的非定型钻车。它的主要工作部件如钻臂、凿岩机、推进器等与定型钻车是通用的,不同之处在于根据用户对掘进尺寸、形状、掘进速度等不同的要求选配钻臂数、钻臂在断面的布置、安装基座构件型式、底盘型式、举升工作平面数量、液压系统等。

随着自动化技术的发展及其在凿岩台车上的应用,凿岩台车呈现出从机械化向自动化 、环保化、多样化发展的趋势。国外主要凿岩台车厂商均已完成了各自智能化系统的研发和应用,如Epiroc的6th Sense System、Sandvik的iSure和Furukawa的ドリルNavigation等。另外为了适应各种施工的需要,凿岩台车还向着大型化和小型化的方向发展。

国内凿岩台车和凿岩机的研制工作起步于1972年。80年代后,我国有计划地先后从液压凿岩技术发展较早、较成功的北欧国家(如瑞典、芬兰、瑞士等)引进了包括凿岩台车在内等一大批施工机械,大大提高了国内隧道机械化施工水平。但直到1998年,才由中南大学主持进行具有自动化功能的凿岩台车的研制和开发工作,并取得了一系列丰硕成果[66-67]。近年来,随着国内装备制造技术的发展,国产凿岩台车技术逐渐成熟,进口设备也开始降价,加之国家大力倡导提高隧道施工机械化水平,液压凿岩设备应用逐渐广泛,但仍以进口设备为主。

1980年我国第一台用于生产的YYG80液压凿岩机的研制成功,拉开了国内研制液压凿岩机的序幕[6]。国产液压凿岩机和全液压凿岩钻车在引进消化、吸收和创新的基础上,已经过近30年的技术积累和市场竞争。目前,莲花山HYD系列凿岩机及乐清采矿机械厂的YYT系列凿岩机在国内市场得到了一定的推广应用。凿岩台车方面,国内有部分厂家已经研制出了全液压凿岩台车,如大型台车有徐工集团TZ3系列凿岩台车、中铁工程装备DJ3型系列凿岩台车等;小型台车有江西鑫通DW1-31型凿岩台车、河北宏远CYTJ56型凿岩台车、四川钻神CYTJ45型凿岩台车等。此外,中国铁建重工、新筑股份、江西拓山、张家口宣化华泰、山东中煤工矿也均有各自凿岩台车产品的研发和推广。

从目前凿岩台车在我国金属矿山和煤矿巷道掘进中的应用现状可以看出,几乎没有采用自动化、智能化凿岩设备的案例。国内凿岩台车厂商由于研发试验时间短,且国外公司对设计、控制技术严格保密,导致我国研发的凿岩台车在推广应用层面远远落后于国外。工程建设单位也往往倾向于应用进口产品,但无法获得其高端功能的使用授权。从公开报道来看,国外学者在进行科学研究时[6-9],普遍采用自动化水平较高的凿岩台车,或直接对凿岩台车在施工中暴露出的问题提出改进或升级建议,而国产凿岩台车的可靠性和自动化水平尚处于研发阶段,无法提供全面有效的验证结论。

3 国内外智能凿岩最新发展趋势

2019年9月,中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》,推进隧道工程机械装备研发,推广智能化、数字化、轻量化、环保型交通装备及成套技术装备。2020年2月,国家发改委、能源局等八部委共同印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》强调要重点突破智能快速掘进、复杂条件智能综采等技术与装备。2021年5月,国家能源局、矿监局《关于支持鼓励开展煤矿智能化技术装备研发与应用的通知》指出,要充分认识煤矿智能化技术装备的重要性,加强基础理论研究和技术装备研发,加快高端智能技术装备成果转化应用。随着煤炭供给侧结构性改革的不断深入,煤炭产业结构不断优化,煤矿生产方式逐步向机械化、自动化、信息化、智能化和清洁化的现代化大生产转变,原煤生产效率大幅提升,安全生产稳定好转,新业态发展加快。2021年3月,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》决议指出,要瞄准人工智能、深空深地深海等前沿领域,实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目。从国家急迫需要和长远需求出发,智能化技术已经成为煤矿高效掘进技术和交通隧道基础建设技术未来的必然发展趋势,通过智能化技术不仅能够使操作更加准确,还能够提高巷隧道掘进效率。

 

 

 

 


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