煤礦鉆進(jìn)設(shè)備的主要技術(shù)問題分析

　　錨桿支護(hù)是有宜于加快井巷掘進(jìn)速度、提高頂板支護(hù)效果、降低支護(hù)勞動強(qiáng)度和減少支護(hù)材料消耗的先進(jìn)技術(shù)。錨桿孔鉆進(jìn)是錨桿支護(hù)施工的重要環(huán)節(jié)，錨桿支護(hù)的發(fā)展需要大量錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備作保證。分析其發(fā)展前途，有助于不斷促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，使其適應(yīng)錨桿支護(hù)技術(shù)的需要。
　　
　　一、錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備主要技術(shù)問題
　　
　　（一）開發(fā)的品種多，但性能適宜且可靠性好的產(chǎn)品不多
　　到目前為止，我國已開發(fā)了30多種型號和不同類型的錨桿鉆機(jī)，但適于井下使用且可靠性較好的只有3～4種產(chǎn)品，當(dāng)前正式投入使用的僅占已開發(fā)產(chǎn)品總數(shù)的10%左右。目前錨桿鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r有以下基本特點：1、單體氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣動馬達(dá)中，葉片馬達(dá)式已基本淘汰，齒輪式馬達(dá)與柱塞式馬達(dá)在扭矩-轉(zhuǎn)速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、機(jī)重、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點，在不同使用條件下都有各自的市場。2、液壓錨桿鉆機(jī)輸出的扭矩高于氣動錨桿鉆機(jī)，在某些場合下應(yīng)用較好，特別是與掘進(jìn)機(jī)配套是較優(yōu)越的工作方式。3、電動錨桿鉆機(jī)的輸出特性較差，實際鉆孔速度較低，電機(jī)可靠性及防水性能存在嚴(yán)重問題，尚無良好的推進(jìn)方式。4、已開發(fā)的鉆車式與機(jī)載式錨桿鉆機(jī)都具有一定特點，并取得一些效果，但因煤礦井下具體條件以及經(jīng)濟(jì)上的原因，近期難以廣泛應(yīng)用。5、氣動沖擊式錨桿鉆機(jī)基本以雙級氣腿式為主，因其結(jié)構(gòu)較成熟，可以在堅硬巖石上鉆進(jìn)，盡管在某種巖石條件下的鑿巖速度低于回轉(zhuǎn)式，且噪聲頗高，仍被相當(dāng)多地應(yīng)用于錨桿支護(hù)。6、回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)扭矩性能偏低，加上鉆頭耐磨性能的影響，尚不能滿足抗壓強(qiáng)度大于60MPa高磨蝕性巖石的錨桿孔鉆進(jìn)。
　　
　　（二）不同類型錨桿鉆機(jī)特性比較
　　從目前情況看，國產(chǎn)氣動錨桿鉆機(jī)已基本能代替進(jìn)口產(chǎn)品；液壓錨桿鉆機(jī)的輸出扭矩比氣動錨桿鉆機(jī)大，但是，有的產(chǎn)品扭矩值偏低，扭矩低于60N.m，加上管路壓力損失，井下鉆進(jìn)無力。有的產(chǎn)品液壓系統(tǒng)溫升過高，連續(xù)運轉(zhuǎn)2h后系統(tǒng)溫度升至65℃以上，性能急劇下降；電動錨桿鉆機(jī)扭矩特性不好，有的產(chǎn)品過載能力不到額定值的2倍，不能滿足錨桿孔鉆進(jìn)時需克服相當(dāng)于額定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，產(chǎn)品固有可靠性不高，且與之配套的支腿都不是很理想，因此電動錨桿鉆機(jī)尚未正式在井下成批使用；鉆頭是回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的重要鉆具，鉆頭型式與國產(chǎn)硬質(zhì)合金片的性能，影響鉆頭的應(yīng)用范圍。
　　
　　二、鉆進(jìn)設(shè)備的發(fā)展
　　
　　分析國內(nèi)外有關(guān)信息，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，注意煤礦錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備發(fā)展的基本趨向，有利于使產(chǎn)品在市場競爭中不斷發(fā)展。
　　
　　（一）氣動、液壓單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是一個時期的主流
　　從目前技術(shù)現(xiàn)狀看，在具有壓縮空氣源的條件下，氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)仍為首選產(chǎn)品。但是，如何解決壓縮空氣工作壓力不足的問題逐漸引起了人們的重視。合理選擇壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)，正確確定空壓機(jī)及其動力系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，開發(fā)新型的提高壓縮空氣壓力的機(jī)械設(shè)備，將成為進(jìn)一步發(fā)揮氣動錨桿鉆機(jī)作用的關(guān)鍵。
　　氣動回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)中，采用柱塞式馬達(dá)與齒輪式馬達(dá)各有優(yōu)缺點。兩種不同類型氣動馬達(dá)錨桿鉆機(jī)的競爭核心，是如何使鉆速高、可靠性好、維修費低。產(chǎn)品進(jìn)一步研究開發(fā)的核心將是采用合理技術(shù)參數(shù)、高科技、新材料、先進(jìn)工藝。液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)因其工作壓力高、扭矩大、動力系統(tǒng)可不受外界影響，在一些場合下是合理的機(jī)型。一個時期內(nèi)，液壓錨桿鉆機(jī)主要用于與掘進(jìn)機(jī)配套，共用其液壓泵站。經(jīng)過一定時期以后，用戶會根據(jù)錨桿支護(hù)的需要與具體條件，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在適宜的場所確定采用液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)。由于液壓錨桿鉆機(jī)使用量的增加，礦物油介質(zhì)的安全性問題會日益突出，開發(fā)難燃液錨桿鉆機(jī)的問題將適時提到日程上來。電動錨桿鉆機(jī)的動力單一，是人們理想的首選機(jī)型。但因目前技術(shù)水平所限，其支腿配套方式、扭矩-轉(zhuǎn)速硬特性和電機(jī)防水耐潮性能差等，都不利于其更快地向前發(fā)展。在一定時期內(nèi)，電動錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品仍會以“技術(shù)攻關(guān)”為基本特征。今后回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)的發(fā)展前途，將是如何擴(kuò)大鉆進(jìn)巖石的范圍、提高產(chǎn)品可靠性與減輕機(jī)重。
　　
　　（二）研究錨桿鉆機(jī)扭矩與改革鉆頭是發(fā)展回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的關(guān)鍵
　　回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)方式有其一定的優(yōu)越性，但若更加廣泛地應(yīng)用，必須首先從提高扭矩入手，配以適合的鉆頭，適應(yīng)鉆進(jìn)具有較高磨蝕性的巖石。提高鉆頭的水平，離不開高新技術(shù)，盡量采用新材料和新工藝，特別是經(jīng)濟(jì)有效的表面強(qiáng)化技術(shù)。國外曾試驗研究了高壓水細(xì)射流技術(shù)和小孔徑金剛石鉆進(jìn)技術(shù)，但目前尚未正式用于錨桿孔鉆進(jìn)。硬質(zhì)合金仍是錨桿孔鉆進(jìn)的主要鉆具材料。采用高新技術(shù)，改進(jìn)硬質(zhì)合金片的性能，同時，研究合理的鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)，仍是小直徑回轉(zhuǎn)式巖石鉆頭的主攻方向。
　　
　　（三）高新技術(shù)的發(fā)展，有宜于錨桿孔鉆進(jìn)技術(shù)的變革
　　隨著知識經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，錨桿鉆機(jī)及其配套鉆具預(yù)計在以下方面會引起產(chǎn)品的重大變化：1、結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化以及高科技新材料的應(yīng)用，使單體錨桿鉆機(jī)性能提高、重量減輕。采用了高新技術(shù)的巖石鉆頭將使回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)方式擴(kuò)大應(yīng)用范圍。2、高科技微電子技術(shù)在不同動力、不同類型錨桿鉆機(jī)上的應(yīng)用，可能會使錨桿鉆機(jī)發(fā)生某些根本性的變革，例如改變鉆機(jī)特性、改善操作性能、提高可靠性等。國外已探討計算機(jī)控制的錨桿孔鉆進(jìn)與錨桿安裝的綜合性自動化設(shè)備。鑿巖機(jī)器人的成功應(yīng)用必將有力地促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的進(jìn)步。3、錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的發(fā)展，以錨桿支護(hù)技術(shù)與鑿巖技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，錨桿支護(hù)新類型、新材料的出現(xiàn)會對錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、技術(shù)性能與功能提出新的要求。錨桿孔鉆機(jī)的開發(fā)必須緊隨錨桿支護(hù)的技術(shù)發(fā)展。同時，鑿巖技術(shù)的發(fā)展會促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的提高。不同鑿巖方式的研究以及通用鑿巖機(jī)具的研究成果，都將會及時地移植到錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的開發(fā)上來。4、錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備是錨桿支護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，它影響著錨桿支護(hù)的質(zhì)量——錨桿孔的方位、深度、孔徑的準(zhǔn)確性以及錨桿安裝質(zhì)量，又涉及操作者的人身安全、勞動強(qiáng)度與作業(yè)條件。錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的核心是高效與安全。發(fā)展煤礦錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備以高效、安全為核心，就會有強(qiáng)勁的競爭力，這是產(chǎn)品具有發(fā)展前途的根本。
　　
　　（作者單位：雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)東保衛(wèi)礦掘進(jìn)區(qū)）