4.2 地下采矿设备

地下生产依赖凿岩台车、LHD、提升系统与生产钻孔设备。选型须匹配巷道断面、运距、井深与地压条件，同时满足安全与循环时间目标。

4.2.1 凿岩台车

学习目标

按巷道断面选择单臂、双臂或三臂台车
设定液压凿岩机冲击频率与推进力，平衡速度与偏斜
缩短重新定位时间以保护台车循环效率

核心概念

术语	定义
凿岩台车 Jumbo	自走式多臂巷道凿岩设备，用于掘进与生产炮孔
液压凿岩机	独立回转冲击钻；45–60 Hz、200–400 J/冲击
MWD 随钻测量	钻杆传感器记录推进力、扭矩与进尺；用于偏斜与岩性识别
重新定位时间	行走、伸臂、对孔时间；目标 ≤ 15 min
孔偏斜	孔轨迹相对设计角度误差；MWD 校正下 < 2°/10 m

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
断面 — 单臂	< 15	m²	窄巷、单通道
断面 — 双臂	15–30	m²	标准掘进
断面 — 三臂	> 30	m²	大断面生产巷
冲击频率	45–60	Hz	匹配岩石硬度
冲击能量	200–400	J	硬岩取上限
偏斜（有 MWD）	< 2	°/10 m	无 MWD：3–5°
重新定位目标	≤ 15	min	循环关键
密封件更换	2000	h	防液压泵泄漏

公式

单循环凿岩时间：T_drill = 孔数 N × 孔深 L / 钻进速度 R_pen — R_pen 单位 m/min
台车循环时间： $T_{cycle} = T_{drill} + T_{reposition} + T_{charge} + T_{blast} + T_{vent}$ — T_reposition 为重新定位时间
台班进尺：L_shift = 循环数 × 孔数 × 孔深 × 台车利用率

工具与标准

常用工具：MWD 系统、循环计时表、液压油样分析
相关标准：GB 50218 相关岩体分级；OEM 凿岩参数表

操作步骤

量测巷道：宽、高、断面；确认支护要求。
选臂数：匹配断面与锚网布孔。
设凿岩参数：按厂家岩石图表定频率与推进力。
启用 MWD：每循环校准；据偏斜反馈调臂架。
计时重新定位：> 15 min 则优化行走路线与臂序。
液压保养：按小时换密封与滤芯；监测卡钻。

凿岩台车选型流程

flowchart TD A[量测巷道断面] --> B{断面m²} B -->|小于15| C[单臂台车] B -->|15至30| D[双臂台车] B -->|大于30| E[三臂台车] C --> F[设冲击频率与推进力] D --> F E --> F F --> G[启用MWD校准偏斜] G --> H[优化重新定位≤15min]

代表机型（检索用）

臂数	代表厂商	检索
单/双臂	Sandvik DD	标准掘进
三臂	Epiroc Boomer	大断面生产

知识延伸

台车循环与掘进速度：掘进 KPI 不仅取决于 m/min，更受重新定位、装药、通风、出渣制约。双臂台车在中等断面通常性价比最优；三臂用于大断面时若臂间干涉，重新定位可反增 30–50%。

MWD 的双重价值：除偏斜控制外，推进力与扭矩曲线可识别软弱夹层与含水裂隙，服务支护决策与爆破设计反馈，是数字化掘进的基础数据层。

常见误区

小断面用三臂 — 臂干涉延长重新定位。
忽视卡钻 — 不良地层应先支护再凿岩。
跳过 MWD 校准 — 偏斜 > 5°/10 m 导致孔网重叠或空隙。
拖延液压保养 — 泵失效停整条掘进线。

关联章节

3.3.2 地下长孔爆破 — 掏槽与轮廓
2.2.1 地下矿设计 — 巷道断面标准
4.3.2 预防性保养 — 液压 PM

自测要点

单臂台车 28 孔、孔深 4.2 m、凿岩 55 min — 平均钻进速度多少？
重新定位 22 min（18 m² 断面）— 列三项运营改进以达到 15 min。

4.2.2 LHD 铲运机

学习目标

按巷道宽度与运距确定 LHD 铲斗容积
判断何时由 LHD 转为卡车运输（运距阈值）
评价遥控 LHD 在危险采场的安全与生产率

核心概念

术语	定义
LHD 铲运机	地下胶轮或履带铲、运、卸设备；典型 Sandvik LH
满斗系数	实际装载/额定斗容；> 0.85 示良好操作与地层条件
经济运距	LHD 最经济单程距离；通常 ≤ 300 m
遥控 LHD RC	操作员在安全点遥控；困难采场生产率可增 10–15%
履带 vs 轮胎 LHD	差底板用履带；好底板轮胎速度更高

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
巷宽 3.5 m → 斗容	3.5	m³	匹配机型
巷宽 4.5 m → 斗容	6–7	m³	标准生产 LHD
经济运距	≤ 300	m	更远宜卡车/溜井
满斗系数（良好）	> 0.85	—	地磅或测量
RC 生产率增益	10–15	%	相对同采场人工
履带张紧检查	2000	h	防脱轨磨损
轮胎寿命（LHD）	3000–5000	h	视底板条件

公式

LHD 生产率：Q = 斗容 V × 满斗系数 FF × 密度 ρ × 循环次数/h
转换运距：比较 C_LHD = O&O × 运距 与卡车吨公里成本，找平衡点
编队规模：N_LHD = 采场产量 / (Q × 台班 × 可用率)

工具与标准

常用工具：地磅、循环计时、RC 通信基础设施
相关标准：矿山 LHD 安全操作规范；溜井与卡车转换设计标准

操作步骤

量测巷道：最小宽、高、转弯半径；确认满载可通行。
选斗容：匹配巷宽；试班验证满斗系数。
测运距：> 300 m 评估卡车水平或溜井。
评估自动化：震活动跃或湿粘矿用 RC。
走行系统保养：2000 h 查履带张紧与轮胎。
跟踪满斗系数：FF < 0.75 触发地层或操作复查。

LHD vs 卡车运输决策

flowchart TD A[量测运距与巷宽] --> B{单程运距} B -->|≤300m| C[LHD运输] B -->|>300m| D[吨公里成本比选] D --> E{LHD成本更高?} E -->|是| F[卡车巷或溜井转换] E -->|否| C C --> G{危险采场?} G -->|是| H[评估遥控RC] G -->|否| I[标准人工驾驶]

知识延伸

LHD 在运输链中的节点角色：LHD 适合短距、多转折的采场至溜井/卡车转换点；过长运距使轮胎与燃油成本超过建设卡车巷或加长溜井的资本摊销。决策应做全矿物流仿真，而非固定 300 m 教条。

遥控与自动化的边界：RC 降低人员暴露，但依赖低延迟通信与清晰视距（或视频链路）；通信中断与延迟可导致碰撞。须区分“可遥控”与“宜遥控”的采场地压与地质条件。

常见误区

窄巷大 LHD — 转角损伤、循环降 20%。
运距 > 500 m 仍纯 LHD — 成本超卡车转换投资。
忽视满斗系数 — 铭牌 7 m³ 实际仅 5.5 m³。
RC 无通信基础设施 — 碰撞与停时。

关联章节

4.2.3 提升系统 — 矿石至井筒
8.3.1 智能采矿 — RC/无人 LHD
7.2.1 安全管理 — 采场暴露限值

自测要点

6 m³ LHD 吨公里成本为卡车的 1.25 倍时，运距多少应转卡车？（设卡车成本 = 0.8× LHD 吨公里）
满斗系数 0.87 → 0.72（支护变更后）— 列两个可能原因。

4.2.3 提升系统

学习目标

按井深与产量选择单绳缠绕 vs 摩擦轮（Koepe）提升
设定箕斗与罐笼安全速度及制动参数
应用钢丝绳检测标准与更换准则

核心概念

术语	定义
单绳缠绕式提升机	钢丝绳缠在卷筒；适 < 600 m、中等产量
Koepe 摩擦轮提升机	绳搭摩擦轮，多绳分担；适 > 600 m
箕斗提升	高速运矿；生产井 10–16 m/s
罐笼提升	人员与材料；6–10 m/s，安全联锁严
MRT 磁性钢丝绳检测	无损探伤；规范要求 6 个月间隔
工作制动 vs 安全制动	工作制动正常减速；安全制动失电抱闸

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
单绳适用井深	< 600	m	更深卷筒过大、速度慢
Koepe 井深	> 600	m	多绳、绳径可减小
箕斗速度	10–16	m/s	平衡速度与绳应力
罐笼速度	6–10	m/s	人员舒适与法规
制动减速度	0.75–3.0	m/s²	按国标设计
MRT 周期	6	月	腐蚀环境加密
断丝限值	> 6	丝/捻距	立即换绳
绳安全系数	≥ 6	—	静载 vs 破断力

公式

提升能力：Q = 2 × 箕斗载重 W × 速度 V × 效率 η / (井深 H + 附加长度) — t/h
绳静张力：T = W_箕斗 + W_绳 × H/2 + W_平衡
制动距离：S = V² / (2 × 减速度 a)
年绳循环次数：N = 年提升量 × 1000 / W_箕斗 — 疲劳寿命校核

工具与标准

常用工具：MRT 仪、速度记录仪、制动试验台
相关标准：金属非金属矿山提升安全规程；钢丝绳 GB 标准

操作步骤

定井深与产量：日吨数、箕斗载荷、人员需求。
选提升机类型：< 600 m 单绳；> 600 m 或 > 5000 t/d → Koepe。
定箕斗与钢丝绳：安全系数 ≥ 6；校核加速度限值。
速度曲线：按厂家与规范设加减速段。
制动系统：月检工作制动与安全制动；验证减速度。
MRT 排程：断丝超限或径缩 > 10% 换绳。

提升系统选型流程

flowchart TD A[井深与日产吨数] --> B{井深} B -->|小于600m| C[单绳缠绕] B -->|大于600m或高产| D[Koepe摩擦轮] C --> E[定箕斗载重与绳安全系数≥6] D --> E E --> F[设速度曲线与制动] F --> G[MRT排程与绳寿命校核]

知识延伸

深井提升的机械约束：单绳缠绕在超深井需巨大卷筒，加速减速时间长、绳疲劳集中；Koepe 多绳摩擦传动可减小绳径、提高循环次数，但要求绳槽维护与平衡锤系统精度。提升瓶颈直接封顶全矿产量，设计阶段应留 10–15% 能力余量。

钢丝绳寿命管理：MRT 趋势比单次断丝数更重要；进水井巷腐蚀加速疲劳。提升速度提升须复核旧绳动态系数，避免“提速不换绳”风险。

常见误区

900 m 仍单绳 — 卷筒过大、循环慢；Koepe 为标准。
进水后跳过 MRT — 腐蚀加速断丝。
旧绳过度提速 — 动态系数超安全裕度。
安全制动未定期试验 — 失电事故灾难性。

关联章节

2.2.1 地下矿设计 — 井筒布置
7.2.1 安全管理 — 人员提升规范
4.3.1 设备可用率 — 提升停时影响

自测要点

450 m 井、15 t 箕斗、10 m/s、循环 150 s — 估算提升能力（t/h）。
MRT 发现单捻距 8 根断丝 — 应采取何种措施？

4.2.4 地下生产钻孔

学习目标

为溜井、扇形孔与生产爆破选择液压长孔钻机
控制扇形孔偏斜以保证采场回收
设计大直径掏槽孔以降低爆破约束

核心概念

术语	定义
长孔生产钻机	Simba 级液压钻，64–115 mm、深 60–80 m
扇形孔网 Fan drilling	单凿岩点多角度孔组；用于分层崩落
导向管与稳定器	减偏斜附件
孔底间距	孔底距离；1.2–1.8 m 为良好破碎
大直径掏槽孔	Ø 165 mm 释压孔，用于 confined slot

参数与指标

参数	典型值	单位	说明
孔径	64–115	mm	匹配炸药与采场宽
孔深	60–80	m	钻机与地层限制
偏斜目标	< 0.5	%/10 m	导向管 + 稳定器
孔底间距	1.2–1.8	m	过宽破碎差
扇形边界角	± 45	°	再大偏斜主导
掏槽孔径	165	mm	溜井与释压

公式

扇形孔长：L = 采场高 H / cos(倾角 θ)
孔底间距校核：S_toe = L × sin(角间距 Δθ)
单孔药量：Q = π × (D/2)² × 装药长 L_charge × 炸药密度 ρ_exp

工具与标准

常用工具：Simba 钻机、孔底测斜、三维布孔软件
相关标准：矿山生产钻孔验收；与 3.3.2 爆破设计联锁

操作步骤

设计采场几何：高、宽、倾角；定扇形原点。
布扇形：算角度与孔长；孔底间距 1.2–1.8 m。
选钻机与附件：> 30 m 孔用导向管；每 3–4 m 稳定器。
钻进与测斜：每 10 m 测斜；> 0.5%/10 m 拒收补钻。
大直径掏槽： confined 溜井先钻释压孔。
装药与网路：密度匹配孔径；核查起爆顺序。

扇形孔设计与验收流程

flowchart TD A[采场几何与扇形原点] --> B[算孔长与角间距] B --> C[校核孔底间距1.2至1.8m] C --> D[选钻机导向管稳定器] D --> E[钻进每10m测斜] E --> F{偏斜≤0.5%/10m?} F -->|否| G[拒收补钻] F -->|是| H[装药与起爆顺序]

知识延伸

扇形几何与采矿损失：孔底间距过大留矿柱、过小孔底相撞；角间距与孔长非线性关系，须三维校验。70 m 孔 0.8%/10 m 偏斜即 560 mm toe 位移，可导致矿柱或贯通。

生产钻与掘进台车分工：台车负责短孔掘进炮网；Simba 类钻机负责采场扇形与上向/下向长孔。混淆二者能力会导致工期与成本误判。

常见误区

边界扇角 > 45° — 偏斜致孔底重叠或柱体。
不做测斜 — 孔口炸开或孔底脱靶。
confined 溜井无释压孔 — 约束过大、挂堵。
孔径与炸药直径失配 — 不耦合降能。

关联章节

3.2.1 台阶爆破参数 — 装药原则
3.3.2 地下长孔爆破 — 溜井与环形爆破
4.2.1 凿岩台车 — 掘进 vs 生产钻

自测要点

采场高 25 m、扇角 35° — 角间距多少可得孔底 1.5 m？
70 m 孔偏斜 0.8%/10 m — 孔底总偏斜约多少米？