[01369816]深井水力破岩机具及实验装备研究

随着矿藏开采深度的加大，开采难度也越来越大，一方面矿井深度的增加使得采掘设备的供气、供电回路长度增加，设备投资与能量损耗大大增加，采掘设备工作效率大为下降；另一方面，深井中的温度越来越高，通风越来越困难，采掘工作面需用大量的水来降温降尘。在金属矿山中采掘用水基本自地面引入，采掘面与地面之间的高度差使水产生巨大落差势能，通过管道输入的水在采掘面将产生巨大的压强（落差每增加100m，水压既增加1MPa），如此高压还须通过减压才能作为降温降尘用水，其势能被浪费掉了。若能充分利用水力落差产生的势能直接驱动水压凿岩机等采掘设备，或再通过高压水泵将压强进一步提高后驱动凿岩、装运设备，将势能转化为机械能后的低压水用于作业面的降温与防尘，则整个矿山采掘作业的能量和采掘成本将大大下降，同时采掘工作面的作业环境与条件也将得到极大改善。　　有鉴于此，中华人民共和国科学技术部将“水势能直接驱动的深部金属矿采掘技术与装备研究”列入了国家高技术研究发展计划（863计划），委托中南大学开展技术研究。我们以此为依托，开展了深井水力破岩机具及实验装备研究，研究开发在深部金属矿开采中利用水力落差势能直接驱动的采掘技术与装备。通过大量理论与实验研究，开发建设了水力采掘实验系统，成功试制导轨式水力凿岩机。　　深井水力破岩机具及实验装备研究主要成果如下：　　（1）新研制开发了一套水势能直接驱动采掘设备实验系统－水力采掘实验系统，系统包括水压动力泵站、电控系统、测试及数据采集系统、导轨及凿岩台架等辅助装置。系统传动介质为纯水，可模拟深井高压水环境，直接对水力凿岩机及水力潜孔冲击器（DTH）等水力破岩机具开展性能测试和试验研究；可为高压水喷雾降尘、降温以及水压支柱等水压设备试验研究提供高压水源，其测试系统具有可扩展性。　　（2）对压力水在环形间隙中的流动规律进行了理论、仿真和试验研究，对工程流体力学有关间隙流量计算的理论进行了补充和发展；自行研制的某配方的碳纤维PTFE复合材料与不锈钢偶件对磨的摩擦系数仅为0.011，为国内所见报道中最低。　　（3）试制成功一台纯水传动导轨式凿岩机（SYYG65-B型），该机以纯水做为传动介质，冲击工作压力9.124MPa时，测得冲击能最大86.58J，能量利用率20.99﹪；冲击压力在9.38MPa～9.86MPa范围内测得凿速为421～449mm/min，最大凿速达到449mm/min。　　（4）申请发明专利2项，其中授权1项：　　利用深井采矿用水势能驱动的矿山节能凿岩掘进方法（已授权ZL 200510031567.6）；　　一种深井高压细水雾降尘方法及降尘装置（200810031174.9）。