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锚杆钻机技术状况简介


锚杆钻机技术简介

锚杆钻机是煤矿锚杆支护中必不可少的工具, 锚杆支护的发展需 要大量锚杆孔钻进设备作保证. 煤矿锚杆支护是巷道支护的发展 方向,为了更好应用锚杆支护技术,为安全采掘保驾护航,现将 锚杆钻机的基本情况作如下梳理:

一,锚杆钻机的分类:

锚杆钻机按结构分为单体式,钻车式,机载式;按动力分为电动 式,气动

式,液压式;按破岩方式分为回转式,冲击式,冲击回 转式,回转冲击式.

到目前为止, 我国已开发了 30 多种型号和不同类型的锚杆钻机, 但适于井下使用且可靠性较好的只有 3~4 种产品.另外,还有 许多煤矿在锚杆支护施工中大量使用的还是传统气动凿岩机与 煤电钻,这不利于安全,高效作业.

二,主流产品介绍

1,单体气动回转式锚杆钻机. 基本情况:该钻机是锚杆钻机产品的主流,在齿轮式,柱塞式和

叶片式三种类型气动马达中,叶片马达式已基本淘汰,齿轮式马 达与柱塞式马达在扭矩——转速特性,不同气压下的性能,噪声 特性,对润滑的要求与抗污染等方面各有优缺点,在不同使用条 件下都有各自的市场.总的来说,齿轮气动马达式已基本能代替 进口产品,但玻璃钢支腿等部分的可靠性需要进一步提高;柱塞 马达式锚杆钻机尚处于小批量生产阶段,尚需考核.

气动冲击式锚杆钻机基本以双级气腿式为主,因其结构较成熟, 可以在坚硬岩石上钻进. 尽管在某种岩石条件下的凿岩速度低于 回转式,且噪声颇高,仍被相当多地应用于锚杆支护.

条件限制:国产气动锚杆钻机已基本能代替进口产品.但煤矿井 下压缩空气系统的输送管道距离长,井下气动设备多,工作面气 体工作压力偏低,常常在 0.4MPa 以下,使钻机性能与钻进速度 都比 0.63MPa 压力下下降 30%以上,影响锚杆孔钻进的效果, 特别是在坚硬岩石与深孔作业条件下,钻进作业更加困难.

2,液压锚杆钻机. 基本情况:该机型输出的扭矩高于气动锚杆钻机,在某些场合下 应用较好,特别是与掘进机配套是较优越的工作方式. 条件限制:从目前已正式投入使用的支腿式液压锚杆钻机来看, 钻机输出扭矩仍然偏低,液压系统容易发热.由于以矿物油为工

作介质,在煤矿井下使用中存在安全隐患.液压锚杆钻机的输出 扭矩比气动锚杆钻机大,但是,有的产品扭矩值偏低,扭矩低于 60N.m,加上管路压力损失,井下钻进无力.有的产品液压系统 温升过高,连续运转 2h 后系统温度升至 65℃以上,性能急剧下 降.若保持工作压力不变,转速下降率达 50%以上.有的产品性 能尚好,虽然液压系统温度高于 65℃,性能下降率不到 20%, 但过高的温度易使工作液变质,密封件容易早期失效.

3,电动锚杆钻机的输出特性较差,实际钻孔速度较低,电机可 靠性及防水性能存在严重问题,尚无良好的推进方式.另外,电 动锚杆钻机扭矩特性不好,有的产品过载能力不到额定值的 2 倍,不能满足锚杆孔钻进时需克服相当于额定扭矩 2.5 倍左右的 阻力矩的要求,产品固有可靠性不高,因此电动锚杆钻机尚未正 式在井下成批使用.

4,已开发的钻车式与机载式锚杆钻机都具有一定特点,并取得 一些效果,但因煤矿井下具体条件以及经济上的原因,近期难以 广泛应用. 5,钻具的基本情况.与锚杆钻机配套的钻具,因破岩方式不同 而不同,总的来说有回转类破岩钻具,冲击类破岩钻具以及回转 冲击类破岩钻具.

煤矿锚杆钻机多为回转式,所以回转式钻头也比较流行.为配合 推广小直径树脂锚杆,钻头采用 27~29mm 的回转钻头,其结构 类型多为两翼对称,两翼不对称和两翼连筋式,可供钻进不同性 质岩石时选用. 目前,硬质合金仍是钻头采用的主要材料.钻头型式与国产硬质 合金片的性能,影响钻头的应用范围.目前,普通硬质合金的岩 石钻头主要适用于页岩,砂页岩及部分砂岩(磨蚀性不高的砂 岩) ,寿命为 30m 左右.高于常规钻头价格 50%的国产优质合金 钻头,可以钻进抗压强度 60~80MPa 的中等磨蚀性岩石,寿命 可达 25~30m.然而,相当多的生产厂家因受经济利益驱动,不 按标准要求组织生产,硬质合金质量低劣,工艺技术不高,产品 寿命只有 10~20m. 甚至 5-10m. 钻杆由 B19 或 B22(少数)六角中空钢加工.经多年联合攻关,我 国锚杆钻头和钻杆已能初步满足一定条件下锚杆支护的需要.

三,锚杆钻机产品可靠性差的原因以及未来改进方式.

1,锚杆钻机产品可靠性不高主要来自产品设计不成熟与加工质 量不高.有的锚杆钻机因性能改进盲目,参数确定不合理,从投 产起在井下工作无力,产品性能提高缓慢;有些产品的生产过程 无可靠的质量保证体系,元部件质量无法保证,又没有必要的检 测手段,产品性能与质量无法控制,影响井下长期使用.

2,锚杆钻机的科学使用问题未能引起足够的重视.既有制造厂 家的问题,又有煤矿使用单位的问题.如有些煤矿单位在采用不 合理的操作方式之后,又没有注重保养,这就造成了锚杆钻机的 问题产生.

四,国内外锚杆孔钻进设备现状.

国外锚杆孔钻进设备的品种与功能多样,技术性能优越,可靠性 高. 美国煤矿大量使用塔架钻车式锚杆钻机, 班工作效率达 120~ 240 根,并着手开发计算机控制的全自动锚杆钻机.法国生产的 转架式锚杆钻机集钻孔,安装锚杆为一体,并具有储存锚杆杆体 的锚杆仓. 芬兰生产具有树脂注射系统的钻车式锚杆机, 使钻孔, 安装锚杆杆体,注入粘结剂全由机械完成,机械化程度颇高.澳 大利亚有 4 家锚杆钻机生产厂家,生产各种不同类型的锚杆钻 机,尤以单体气动支腿式锚杆钻机使用居多,并有多家公司生产 能与掘进配套的单体支腿式液压锚杆钻机. 澳大利亚气动支腿式 锚杆钻机主要有柱塞马达与齿轮马达式两种(早期叶片式气动马 达已淘汰),采用玻璃钢碳素纤维支腿.澳大利亚液压锚杆钻机 可以以矿物油和难燃液为工作液,回转机构由摆线液压马达驱 动,有的产品采用玻璃钢碳素纤维支腿使机重减轻.

国内锚杆钻机的研制经过多年的发展历程, 曾先后研制机械支腿 式电动锚杆钻机, 钻车式锚杆钻机, 支腿与导轨式液压锚杆钻机, 支腿式气动锚杆钻机,非机械传动支腿式电动锚杆钻机,机载式 锚杆钻机和双级气腿凿岩机等.从实际情况看,MQT-50C 系列 支腿式气动锚杆钻机,MZ-Ⅲ型导轨式液压锚杆钻机,ZYX100 型(改进成 MYT-115 型)支腿式液压锚杆钻机以及 ZY24M, 7665M 气动双级气腿凿岩机在国内有一定市场.其中,MQT-50C 系列 产品近年已能代替同类(气腿齿轮马达式)进口产品.

五,煤矿锚杆孔钻进设备的未来发展方向.

1,气动,液压单体回转式锚杆钻机是一个时期的主流.

综观国外锚杆钻机发展历程以及国内多方面实践, 针对煤矿经济 状况与煤岩,半煤岩巷道的具体特点,单体回转式锚杆钻机是一 个时期内产品生产与开发的主流.从目前技术现状看,在具有压 缩空气源的条件下,气动回转式锚杆钻机仍为首选产品.但是, 如何解决压缩空气工作压力不足的问题会逐渐引起人们的重视. 合理选择压缩空气管网系统, 正确确定空压机及其动力系统的技 术参数,开发新型的提高压缩空气压力的机械设备,将成为进一 步发挥气动锚杆钻机作用的关键.

气动回转式锚杆钻机中, 采用柱塞式马达与齿轮式马达各有优缺 点.两种不同类型气动马达锚杆钻机的竞争核心,是如何使钻速 高,可靠性好,维修费低.产品进一步研究开发的核心将是采用 合理技术参数,高科技,新材料,先进工艺.

2,液压锚杆钻机会成为气动锚杆钻机的有益补充.

液压回转式锚杆钻机因其工作压力高,扭矩大,动力系统可不受 外界影响,在一些场合下是合理的机型.一个时期内,液压锚杆 钻机主要用于与掘进机配套,共用其液压泵站.经过一定时期以 后,用户会根据锚杆支护的需要与具体条件,进行综合技术经济 分析,在适宜的场所确定采用液压回转式锚杆钻机.由于液压锚 杆钻机使用量的增加,矿物油介质的安全性问题会日益突出,开 发难燃液锚杆钻机的问题将适时提到日程上来.

3,电动锚杆钻机仍会处在技术攻关阶段.

电动锚杆钻机的动力单一,是人们理想的首选机型.但因目前技 术水平所限,其支腿配套方式,扭矩-转速硬特性和电机防水耐 潮性能差等,都不利于其更快地向前发展.在一定时期内,电动 锚杆钻机产品仍会以"技术攻关"为基本特征.

4,回转式锚杆钻机方向.

今后回转式锚杆钻机的发展前途,将是如何扩大钻进岩石的范 围,提高产品可靠性与减轻机重. 另外, 研究锚杆钻机扭矩与改革钻头是发展回转式锚杆孔钻进设 备的关键 .回转式锚杆孔钻进方式有其一定的优越性,但若更 加广泛地应用,必须首先从提高扭矩入手,配以适合的钻头,适 应钻进具有较高磨蚀性的岩石.提高钻头的水平,离不开高新技 术, 尽量采用新材料和新工艺, 特别是经济有效的表面强化技术. 国外曾试验研究高压水细射流技术和小孔径金刚石钻进技术, 目 前尚未正式用于锚杆孔钻进. 硬质合金仍是锚杆孔钻进的主要钻 具材料.采用高新技术,改进硬质合金片的性能,同时,研究合 理的钻头结构参数,仍是小直径回转式岩石钻头的主攻方向.

5,锚杆钻机未来可能实现突破改进的方面. 几十年来,锚杆孔钻进设备已有了一定的提高,随着技术的不断 发展: (1)结构参数的优化以及高科技新材料的应用, 使单体锚杆钻机性 能提高,重量减轻. 采用了高新技术的岩石钻头将使回转式钻 进方式扩大应用范围. (2)高科技微电子技术在不同动力,不同类型锚杆钻机上的应用, 可能会使锚杆钻机发生某 些根本性的变革, 例如改变钻机特性,

改善操作性能,提高可靠性等.国外已探讨计算机控制的锚杆孔 钻进与锚杆安装的综合性自动化设备. 凿岩机器人的成功应用必 将有力地促进锚杆孔钻进设备的进步. (3)锚杆孔钻进设备的发展, 以锚杆支护技术与凿岩技术的发展为 基础,锚杆支护新类型 ,新材料的出现会对锚杆钻机的结构参 数,技术性能与功能提出新的要求.锚杆孔钻机的开发必须紧随 锚杆支护的技术发展.同时,凿岩技术的发展会促进锚杆孔钻进 设备的提高.不同凿岩方式的研究以及通用凿岩机具的研究成 果,都将会及时地移植到锚杆孔钻进设备的开发上来. (4)锚杆孔钻进设备是锚杆支护的关键设备, 它影响着锚杆支护的 质量--锚杆孔的方位, 深度,孔径的准确性以及锚杆安装质量, 又涉及操作者的人身安全,劳动强度与作业条件.锚杆孔钻进设 备的核心是高效与安全.发展煤矿锚杆孔钻进设备以高效,安全 为核心,就会有强劲的竞争力,这是产品具有发展前途的根本.
倍速技研锚杆钻机 http://www.byspeeds.cn 事业部整理供稿

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