谦比希铜矿Boltec235锚杆台车使用现状及改造
０ 引言
谦比希铜矿位于非洲赞比亚北部铜带省，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责任公司，恢复了对谦比希铜矿的资源开发。矿区由主矿体、西矿体及东南矿体组成。主、西矿体产状稳定，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，因此需要支护大量锚杆和网片来保证巷道顶侧帮安全，以满足生产作业标准。目前，主、西矿体锚杆支护设备主要有Ｂｏｏｍｅｒ２８１和Ｂｏｌｔｅｃ２３５（后期已改成掘进台车单梁），设备普遍老旧，故障率和维修成本较高，全机械化程度低，在支护时需要人工配合二次拆卸钻杆和二次定位找孔，耗时费力，很难提升设备台效，且人工辅助时存在安全风险。
２０１７年，西矿体新盘区全面实施技术升级改造工作，并陆续引进４台Ｂｏｌｔｅｃ２３５型锚杆台车，对原锚杆凿岩机进行技术改造，以改善支护效果，提高施工效率，合理化施工成本。
１ Ｂｏｌｔｅｃ２３５锚杆台车使用现状
１．１ 设备简述
Ｂｏｌｔｅｃ２３５锚杆台车是一款全机械化直接液压控制式锚杆台车，可安装锚杆长度为１.５～２.４ｍ，有效的工作高度（顶板高度）达８.５ｍ，可通过快速可靠地固定每根锚杆，将岩石坠落风险降至最低。该车型可配置多型号凿岩机：ＣＯＰ１０２８、ＣＯＰ１１３２、ＣＯＰ１４３５及ＲＲ１４等，适用于多种锚杆类型支护：管缝式锚杆、树脂螺纹钢锚杆、水涨锚杆、机械式锚杆。谦比希铜矿西矿体根据井下回采施工工艺，选择以管缝锚杆＋网片支护，设备出厂搭配两台ＲＲ１４和ＣＯＰ１０２８凿岩机。Ｂｏｌｔｅｃ２３５锚杆台车主要技术参数见表１。
１．２ 使用中存在的问题
随着谦比希铜矿西矿体新盘区原矿产量的日益增加，设计矿量９５万ｔ／ａ，锚杆支护量达到１２万根／ａ，加上作业战线延长，作业面比较分散，采矿面岩石较破碎，锚杆支护量大，给锚杆台车的使用效率和台班效率带来了严重挑战。但在设备未改造前，支护效率一直较低下，存在以下问题。
（１）Ｂｏｌｔｅｃ２３５锚杆台车采用两种不同型号的凿岩机工作，主要工作步骤为钻孔和锚固，主凿岩机只负责钻孔，再通过手动操作切换至锚杆凿岩机，并将管缝锚杆推至孔中。根据数据统计，钻孔作业平均用时５８ｓ，注锚杆平均用时１５０ｓ，加上凿岩机切换和对锚杆时间，完成单根锚杆支护用时超过５ｍｉｎ，去除每班设备故障时间、交接班时间、接水电时间及行走时间，平均设备台效只达到５０.５根／台班（不含网片），比设计台效低３７％。
（２）由于部分采场岩石较破碎，在一定程度上会对锚杆孔的完整性构成影响，使锚杆孔内容易塌陷、掉块，形成堵孔。通过前期��量实践及数据统计，注锚杆环节用时最长，主要体现在距锚杆末端３０～４０ｍｍ处，锚杆推进受阻，冲击频率及穿透力低，注入的锚杆不能及时有效到位，严重影响作业效率。据不完全统计，每年锚杆验收不合格率达５％。
（３）ＣＯＰ１０２８凿岩机主要由机头、齿轮室、缸体、尾罩和高低压蓄能器组成，主要功能是提供冲击力将锚杆注入孔内，无需旋转功能。因ＣＯＰ１０２８体型小、功率小，遇到硬岩或堵孔情况时，冲击力明显不足，且冲击活塞在长时间、高频次击打钎尾时易产生高温，长期使用容易造成主要备件如冲击活塞、机头导套、止动环、轴承座圈等过早损坏，大大降低了使用寿命，导致该机型备件维护费用偏高。
２ 锚杆凿岩机技术改造方案
２．１ 技术改造理论要求
综合分析以上问题可知，影响设备台效的关键因素为ＣＯＰ１０２８凿岩机。因此，围绕提升设备台效，提出针对锚杆凿岩机技术改造的设想，即在原锚杆凿岩机安装位置基础上进行改型替换，选用合适且功率较大凿岩机来满足作业环境需求，以期缩短锚杆注入时间，提升设备台效。选用的凿岩机必须经济实用，使用寿命长，维护成本合理，通过技术改造达到提升台效、提高支护质量、降低设备故障率和维护成本的理论要求。
２．２ 技术改造总体方案
Ｂｏｌｔｅｃ２３５锚杆台车在谦比希铜矿主、西矿体实践应用中存在一些问题，对生产任务产生了直接影响。通过与厂家进行充分交流和论证，制订了在不影响生产情况下分阶段逐台进行改造的计划，改造所需备品、备件均由厂家提供。总体方案为：选择功率为１４ｋＷ的锚杆凿岩机进行替换，更改安装方式，优化液压系统设计，最后进行设备调试。２０２０年２月，顺利完成第一台锚杆台车副凿岩机技术改造工作并投入生产实践，通过对比分析大量相关数据可知，锚杆注入平均时间较之前缩短９０ｓ，平均台效达到７１根／台班，基本达到预期效果，为之后３台锚杆台车的改造工作提供了理论和实践基础。
３ 技术改造中使用的主要部件
３．１ 凿岩机
本次改造选用ＣＯＰＲＲ１４型凿岩机，该凿岩机与主凿岩机型号相同，为ＣＯＰ１４３５的升级版。质量（８１ｋｇ）较轻，安装简单，设计有双缓冲系统，可有效保护凿岩机免受有害能量反冲；高扭矩和高钻孔、锚固效率，可减少卡钻风险；故障率较低，能有效提高设备使用率。此外，改造后均为同一型号凿岩机，在维修保养、备件采购储备等方面都有优势。ＲＲ１４凿岩机主要技术参数见表２。
３．２ 凿岩机固定架
选取ＣＯＰＲＲ１４凿岩机后，由于两种凿岩机安装固定方式不同，且两凿岩机切换连接杆固定位置发生改变，因此需要重新加工或采购固定架，将原有凿岩机固定架、托架、油缸等一并拆除，并额外加工两根套管（长８８ｍｍ）与座块，使用两根Ｍ１２螺杆进行固定，如图１所示。
锚杆凿岩机改造后，经过实际测量，钎尾与推进梁间高度及锚杆锥头前端到锚杆末端距离均没有变化。由于原两种型号凿岩机所安装的钎尾型号不统一，改造后的ＲＲ１４凿岩机所使用的钎尾带有螺纹，因此，锚杆锥头需要重新设计加工，其长度为１７５ｍｍ，直径为４５ｍｍ，螺纹为Ｒ３２。另外，锚杆对中操作方式发生了变化，由原来的锚杆凿岩机向前移动至锚杆锥头，嵌入锚杆后再同步移动至锚固位置，改为机械手从锚杆库抓取锚杆后取出，再操作切换到锚杆凿岩机，并向前推进直到锥头插入锚杆内。整套流程简单、易操作，当出现对中问题时，可通过调整机械手限位螺杆或凿岩机托盘滑块间隙解决。
３．３ 液压缓冲系统
ＧＯＰＲＲ１４凿岩机内部带有缓冲活塞���故缓冲系统需要进行重新优化设计。经过分析，需要增加一路缓冲液压油路，即在液压主泵出口的主凿岩机缓冲油路旁增加一个三通接头，并安装流量调节阀连接油管至凿岩机缓冲接头处，在操作台上安装固定一压力表，并将缓冲压力设置为３.５×１０^６Ｐａ，方便操作人员在作业中实时观察压力情况。
４ 改造后应用效果
４．１ 作业台效
（１）通过对锚杆凿岩机实施技术改造，并在谦比希铜矿西矿体进行了工程应用，西矿体不同分层采掘作业面的支护效率、支护质量显著提高。掘进采矿作业面支护效果如图２所示。由于凿岩机功率提高到１４ｋＷ，冲击穿透力明显增强，根据岩层软硬不同，锚杆注入纯工作时间在２０～６０ｓ，单根锚杆作业工序循环时间平均在２.５～３ｍｉｎ，作业时间较改造前节省约４０％。
（２）通过强化操作技能培训，优化断面设计，运用信息化、网络化生产管理系统（ＭＥＳＡＰＰ）实现生产作业工序无缝衔接，使锚杆台车作业效率大幅提高，达到（１０５根锚杆＋１２张网片）／台班，台班效率较改造前提高了５１.９％，已完全达到理论设计要求。
（３）通过建设数字化矿山，引进专业维保团队，创新设备管理模式，实现了设备全天候检测、设备和生产紧密结合；锚杆台车利用率和完好率逐渐提高，利用率较之前提高了４３％，完好率超过８０％，实现了设备三率再创新高。
４．２ 经济效益
（１）通过锚杆凿岩机技术改造和强化标准作业流程，能够有效降低锚杆损坏率，控制支护材料成本，提高了锚杆支护合格率，使年不合格率降低到３％左右。按新盘区年锚杆支护量１２万根／ａ计算，每年可节约经济成本３.２４万美元。
（２）改造后的ＣＯＰＲＲ１４凿岩机性能较为优越，因其具备双重缓冲系统，能有效保护冲击活塞等重要部件，免受能量反冲造成的损坏，有效降低了设备故障率，且备件性价比较高，维修成本大大降低，备品、备件消耗较原锚杆凿岩机年平均可节省约４万美元。
（３）４台锚杆台车通过技术改造和强化管理，设备台班效率提高，凿岩机维修费用降低，锚杆损坏率降低，每年可为矿山节约成本约１９.２４万美元。
５ 结语
谦比希铜矿西矿体对Ｂｏｌｔｅｃ２３５锚杆台车和锚杆凿岩机进行了改造及工程应用，有效提高了设备台效和利用率，取得了较好的支护效果，而且满足了掘进采矿作业面的支护需求，创造了良好的经济效益和安全效益。同时为管理决策提供了数据支撑，促进了技术升级改造，完成了数字化矿山建设，为企业安全、可持续发展奠定基础，在同类矿山企业具有广泛的推广应用前景。