地面保障设备的电气化和自动化显著提高了地下矿山的生产效率

摘要

随着地下矿山开采深度不断增加，施工现场面临高地应力、复杂围岩条件、通风压力和劳动力短缺等多重挑战。传统的柴油动力设备和人工支护方法，在生产效率、作业环境、安装精度和安全管理等方面，正逐渐难以满足现代矿山建设的需求。

近年来，支护设备的电动化和自动化进程不断加快。通过电驱动系统、远程控制、自动钻孔、智能定位和施工数据采集等技术，提升了锚杆安装的连续性和标准化水平。同时，与机械化施工相适应的高性能锚杆产品，也成为提高地下采矿效率和支护质量的重要组成部分。

地下矿山施工效率面临的新挑战

地下矿山巷道通常涉及钻孔、爆破、出渣、锚杆安装、挂网和喷射混凝土等多个工序。支护施工是连接掘进与后续巷道开拓的重要环节，其效率直接影响整个采矿循环的进度。

随着矿山向深部发展，巷道断面、围岩条件和施工距离不断变化。现场施工团队常常面临以下挑战：

• 作业空间有限，设备搬迁和人工操作效率降低；
• 高温、高湿、粉尘和噪音，增加了井下作业的难度；
• 柴油动力设备的尾气排放，给井下通风系统带来额外压力；
• 人工钻孔和锚杆安装高度依赖操作员经验；
• 在复杂围岩条件下，难以保持一致的支护质量。

随着这些因素的影响日益显著，矿业公司越来越关注支护设备的电动化和自动化。其目标是减少对人工操作的依赖，增加每个工作循环内完成的有效支护量。

电动化改善井下作业环境

支护设备电动化的首要好处是改善井下作业条件。传统的柴油动力设备在运行中会产生废气、热量和噪音。矿山必须使用更大的通风能力来排除有害气体并控制局部温度。

电动或电池驱动的支护设备可以减少柴油燃烧产生的排放物，有助于降低局部通风和冷却需求。对于深井和长距离巷道而言，这可以改善作业区域的空气质量，并减轻通风系统的部分运行负荷。

此外，电动设备通常更容易与传感器、控制系统和数据采集模块集成。运行参数、钻孔深度、推进压力、钻孔速度和锚杆安装数据可以通过数字化系统进行记录。这些信息可以支持施工质量跟踪和未来支护设计的优化。

值得注意的是，电动化并非简单地将柴油动力替换为电力。矿业公司还需要考虑井下电力容量、电池充电和更换设施、设备运行时间、维护系统以及防爆安全要求，才能充分发挥电动化设备的优势。

自动化提升施工连续性

在传统支护作业中，钻孔角度、孔深、锚杆布置和安装质量往往高度依赖操作员的经验。自动化技术的应用使设备能够按照预设参数执行重复性任务，从而减少不同班组和班次之间的差异。

现代化的自动支护设备通常可以提供以下功能：

• 锚杆孔的自动定位；
• 按预设角度进行钻孔；
• 控制钻孔深度和钻进压力；
• 自动或半自动的锚杆输送与安装；
• 记录施工参数并生成质量数据；
• 远程操作，减少工人在危险区域停留的时间。

这些功能有助于稳定支护施工的节奏，使锚杆安装能更好地匹配掘进循环。当设备、锚杆产品和施工方法协同工作时，可以减少等待时间、返工和重复性作业。

在高风险区域，远程控制和自动化操作还可以减少工人在工作面、破碎围岩或有潜在冒顶风险区域暴露的时间。这进一步提高了现场安全管理水平。

斯韦勒克斯膨胀锚杆

对于需要快速安装和迅速建立支护阻力的地下采矿和隧道工程，可以考虑使用 斯韦勒克斯膨胀锚杆。

斯韦勒克斯膨胀锚杆在高压水作用下膨胀，使锚杆管体与钻孔壁保持紧密接触并迅速产生锚固作用。与机械化支护设备配合使用时，该产品适用于需要缩短安装时间和加快初期支护响应的施工环境。

在破碎岩体、节理发育地层或施工窗口有限的巷道中，快速形成支护有助于减少围岩暴露的时间。在连续掘进作业中，锚杆安装速度和支护响应时间是影响整个施工循环的重要因素。斯韦勒克斯膨胀锚杆可以作为机械化支护流程中的一个产品选项。

斯韦勒克斯膨胀锚杆

自动化设备需要标准化的锚杆产品

随着支护设备自动化程度的提高，锚杆产品的尺寸一致性、连接可靠性和批次稳定性变得愈发重要。自动化设备需要按照预设参数完成输送、定位、安装或注浆。产品规格的显著差异可能会影响设备识别、安装节奏和最终施工质量。

因此，设备升级通常需要与锚杆产品升级同步进行。在采购支护产品时，矿业公司需要评估的不仅仅是抗拉强度和价格。重要的考虑因素包括：

• 产品尺寸和重量是否适合机械化输送；
• 螺纹、垫板和连接器是否兼容；
• 产品在潮湿、腐蚀和高应力环境中能否提供可靠性能；
• 安装过程是否适合自动化设备；
• 不同批次之间的产品质量是否一致；
• 施工数据能否集成到现场质量管理系统中。

只有当设备与锚杆产品恰当匹配时，自动化施工才能从简单的设备操作，发展为一种具有可控和可验证支护质量的工艺。

自钻式中空注浆锚杆

对于软弱、破碎、不稳定或含水地层，可以使用自钻式中空注浆锚杆。

自钻式中空注浆锚杆将钻孔、锚固和注浆功能集于一体。施工时，锚杆本身可作为钻杆使用。然后，通过中空杆体将浆液注入围岩裂隙和钻孔周围区域，改善岩体完整性和锚固性能。

对于自动化或机械化支护施工而言，这种一体化结构可以减少诸如反复换杆、退出钻杆和单独安装锚杆等工序。它特别适用于传统钻孔容易塌孔的复杂地层。在矿山巷道、隧道、边坡和地下硐室中，该产品有助于提高支护连续性，减少不良地质条件对施工周期的影响。

自钻式中空注浆锚杆

电动化与自动化推动数字化支护管理

一旦支护设备实现电动化和自动化，施工现场可以采集到更多的过程数据。这些数据不仅可以用于判断设备是否正常运行，还可以用于分析锚杆安装质量和围岩行为。

例如，钻进压力的突变可能表明岩性变化或存在破碎带。钻进速度和扭矩的变化可能暗示地质构造的差异。锚杆的数量、位置和安装时间等信息可用于验证支护设计是否得到正确实施。

当这些数据与地质编录、围岩监测和巷道变形测量相结合时，矿业公司可以逐步建立起更完善的支护质量管理体系。支护施工可以从安装后的手工检查，转向施工过程中的实时记录和异常识别。

这为预测性维护和动态支护设计奠定了基础。矿山管理者可以根据现场数据调整支护参数，而不是等到围岩出现明显变形后再采取加固措施。

设备升级中的实际挑战

尽管电动化和自动化能够提高支护效率，但其更广泛的推广仍需矿业公司解决设备成本、井下基础设施、操作员培训和维护能力等问题。在偏远矿区或老旧矿山，供电系统、通信网络和巷道断面尺寸可能无法立即满足新设备的要求。

此外，自动化设备无法完全替代工程判断。复杂的地质构造、断层带和意外地层条件，仍然需要地质、采矿和支护工程师进行综合分析。一个更务实的做法是，让设备处理重复性、危险性和体力要求高的任务，而合格的人员则负责参数设置、现场决策和质量验证。

结论

支护设备的电动化和自动化正在改变地下巷道施工的组织方式和支护质量的管理模式。电动化设备有助于改善井下作业条件，而自动化系统则提升了钻孔和锚杆安装的连续性、精确性和可追溯性。

随着深部开采、复杂地质条件和劳动力成本上升持续影响行业，矿业公司将更加重视设备、锚杆产品和数字化管理系统之间的协调。未来，将斯韦勒克斯膨胀锚杆和自钻式中空注浆锚杆等支护产品，与智能钻孔、远程操作和施工数据分析相结合，有望进一步提升地下矿山的效率、安全性和长期运行性能。