新闻资讯

矿产开采 | 你知道在岩石上钻一个孔需要几步?

据说这是一个与“孔”有关的故事

采矿作业中，寻常的爆破、打锚杆，这些在新基建基础建设、矿山开挖等施工现场稀松平常的事情，都需要一道基础的工序——那就是钻孔。

钻孔，在不同行业和应用中的说法都不相同，例如在露天矿山常把大直径凿岩称为穿孔，而在煤炭系统则叫做钻眼。不论叫什么，我们已经习惯了使用钻机，无论是风动的、液压的还是柴动的、电动的，都只有一个目的——那就是能够快速地在岩石上钻孔。

钻孔是个技术活

以前，钻孔是一件高难度的工作。在工业革命之前，人们只能通过手工的方式用凿子或钢钎一点一点敲击岩石将其粉碎，从而在岩石中抠出一个洞。而在工业革命之后，人类掌握了动力，同时对凿岩钻孔的需求也大大增加，各种凿岩工具也应运而生。

工业时代的凿岩工具延续了手工时代的原理，即用冲击的方式来将岩石局部粉碎，从而在岩石中凿出特定要求的孔。人们意识到，需要一种往复式的工具来使得钎头间歇式地不断冲击岩石，于是研究出了利用各种动力的机械装置，来实现这种冲击。

一方面，对于垂直孔，出现了钢丝绳冲击钻，俗称磕头钻。另一方面，对于非垂直的孔，或者出于对更高效率的追求，人们很自然地想到了蒸汽机，毕竟工业革命在某种程度上就是蒸汽机推动的。

最早的蒸汽凿岩机原理和蒸汽机工作原理类似，有一个活塞在汽缸里做直线运动，通过滑动的阀门不断改变进排气的方向，实现活塞的往复动作，从而带动连接在活塞上的钎杆和钎头冲击岩石。这种基本原理至今仍在广泛应用。

但是蒸汽温度高，使用不太方便，而且管道长了又存在降温的问题，所以很快压缩空气就取代蒸汽用于凿岩工具，于是出现了风动凿岩机。

风动凿岩机开启大规模机械化钻孔

早期的凿岩机实用性较差，经过不断改进，直到19世纪中叶开凿阿尔卑斯山隧道时风动凿岩机才真正得到实际应用。到20世纪初巴拿马运河开凿时，风动凿岩机和钢丝绳冲击钻都得以参与了这一伟大工程。

当然这一时期凿岩机仍在不断改进，包括：活塞与钎杆实现了分离，奠定了现代凿岩机的基础;而钎杆也改进成了空心结构，可以用高压空气或水来冲洗钻孔;其他配套机构如转钎机构、配气阀等也得到改进。这些技术进步大大提高了凿岩的效率。

此时的风动凿岩机还是以手持式的为主，尺寸和重量受制于工人的体力。直到二战前才出现气腿式凿岩机，不仅大大降低了劳动强度，也增加了推进力。

手持式凿岩机

气腿式凿岩机

气腿式凿岩机的出现，为更加重型的凿岩机铺平了道路。随着凿岩机功率的不断增大，出现了支架式凿岩机，在二战后又出现了多种自行式的凿岩钻机。

在欧洲和北美有多家企业都进入了风动凿岩设备领域，其中瑞典阿特拉斯·科普柯和美国英格索兰是其中的两大翘楚，两家公司都有移动空压机业务，以及系列较为齐全的手持式、气腿式及支架导轨式的风动凿岩机。

自行式风动凿岩钻机

液压技术再接力

虽然风动凿岩机有很多优点，但随着孔深的不断增加，人们发现钎杆接头处会损失很大的冲击能量，而且作业环境恶劣，因此人们就想用液压取代风动。

早在1932年美国英格索兰公司就发明了潜孔式冲击器，特点是将凿岩机送入孔底，从而减少了能量损失。但液压技术真正得到应用还是在二战后，液压技术军转民以后。其基本原理与前面所说的一致，仍然是压力推动活塞往复运动，只是工质换成了液压油。通过不断改进，到了60年代，国外大型矿山已广泛采用潜孔式凿岩钻机。

▲ 潜孔式钻进

▼顶锤式钻进

随着更多的企业进入液压凿岩机领域，技术水平得到了迅猛的发展。液压凿岩机的优势越发显著，不仅能耗大大降低，钻孔速度也得到大幅提高，还改善了作业环境。经过不断改进，80年代液压凿岩机逐渐发展成熟，形成系列化并在很多场合开始取代风动凿岩机。

液压凿岩机

现代凿岩之势锐不可挡

液压凿岩机的广泛应用还促进了各种自行式凿岩钻机的出现，液压动力不仅可以用于凿岩，也可以用于行走、推进、变幅、移位、换杆等动作，因此全液压钻机的出现不仅大大降低了劳动强度，相应地也提高了总体钻孔效率。

FlexiROC D65全液压潜孔式露天钻机

为满足更大尺寸孔径的需求，潜孔式冲击器也被应用在凿岩钻机上，凿岩钻机又分为顶锤式和潜孔式。

潜孔冲击器

此外在大型矿山广泛应用的还有牙轮钻机，通过施加压力和扭矩，用牙轮钻头直接碾压岩石，产生局部破碎。牙轮在孔底滚动中连续地挤压破碎岩石，并用压缩空气将岩渣吹出，直至形成钻孔。

牙轮钻机

牙轮钻头

自20世纪90年代，液压凿岩机开始向大功率、高钻速方向发展，自动化和远程遥控也开始得到应用。

三臂电脑掘进钻车配备台车控制系统,提高钻孔精度并减少超挖

进入21世纪，自动化和智能化进一步发展，如今的高端智能钻机已经集成了各种先进技术，具备高度的自动化功能。

钻机将智能控制与强劲动力有效结合，大大简化了操作，减少了非钻进时间。钻机可以通过远程操作工作站进行远程管理。即使在危险区域，操作人员也可以在安全区域进行远距离操作，而且一名操作人员可以同时控制3台钻机，显著提高生产力。

远程操作工作站

在澳大利亚的一处矿区，操作人员可以在距离钻机1347公里以外的珀斯(Perth)通过远程操作站来操作一台钻机。从理论上讲，我们已经可从世界上任何地方的控制站远程操作钻机。

在1300公里以外远程操作钻机

无论是在露天还是地下，操作人员都可以呆在舒适的驾驶室甚至在办公室里进行控制，成孔质量和效率也消除了人为因素的影响，而且人员的安全性也大大提高。

即使在地下钻孔，操作环境也非常舒适

环保和节能也处处体现在产品的设计理念中。地下零排放、更清洁的空气、更低的噪音和更少的热量，这就是使用电池所带来的显而易见的好处。此外，自动通风装置(VOD)通过感应空气质量按需调节通风量，显著减少能源消耗。

电池版铲运机无尾气排放，清洁环保

自动通风装置（VOD）按需通风，节能降耗

通过程信息处理系统更可以轻松管理设备机队。基于无线数据传输或远程信息处理技术，可提供实时数据，随时随地监测自己机器的性能，统筹安排钻孔作业，掌控全局。

Certiq远程信息处理系统

现在，安百拓的许多客户已经开始了数字化进程，还有许多客户不久也将实行数字化，安百拓的目标是在此过程中为他们提供支持，并满足他们对网络安全和集成解决方案方面增长的需求。

2017年，安百拓收购了 Mobilaris MCE 公司的股份，从而能够为客户提供矿山智能系统解决方案，帮助客户全面了解矿山作业、实时定位和车辆、设备和人员状态信息等。

矿山智能系统

智能化与高效工具的结合

无疑给采矿方式带来一场革命