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锚杆钻机的发展现状

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锚杆钻机的发展现状

发布日期:2017-12-14 作者: 点击:

锚杆钻机是实现锚杆支护技术的重要机械设备,随着锚杆支护技术的飞速发展,用于钻凿锚杆孔 的锚杆钻机也得到了快速发展。展望它的发展,有助于不断促进锚杆钻机设备的技术进步,使其更加 适应现代支护技术的需要。本文就目前煤矿专用锚杆钻机的现状作以阐述,希望对今后锚杆钻机的研制生产有所参考。

1 国外锚杆钻机技术发展状况

目前,国外应用较为普遍的单体锚杆钻机主要有风动和液压锚杆钻机两种。风动锚杆钻机有澳大利亚的克莱姆公司WOMBAT型,阿明克公司GO.PHER型和瑞典PRB一300型等;液压锚杆钻机有英国WlSP型,澳大利亚PROBAM型等。特别是澳大利亚在风动锚杆钻机方面一直保持着较为领先的技术和产品,主要有柱塞马达与齿轮马达2种,采用玻璃钢碳素纤维支腿,产品特点是重量轻、扭矩大、噪音低、耗气量小、机身矮等。新型锚机组的出现虽然只有l0多年,这种一体化的锚杆支护技术在国外越来越受到重视,发展也很快,常采用性能优良、技术先进、操作维修方便、应用范围广的锚杆钻机与采掘设备配套的锚机组。如乔伊公司生产的14CM10型采掘锚机组,12ED18型采锚机组,鲍拉特公司的E230型掘锚机组,郎艾道公司的RBI一50L型锚杆钻车等班工作效率已达120—240根。

2国内锚杆钻机的研制状况

我国煤矿专用锚杆钻机的研究始于20世纪70年代末,先后研制过机械支腿式锚杆钻机、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、非机械传动电动锚杆钻机、机载式锚杆钻机等。已形成液压、电动、气动三大系列30多个品种。

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(I)液压锚杆钻机

液压锚杆钻机是通过液压马达驱动旋转切削破岩的。通常都附带泵站,由泵站输送的液压油提供动力.带动液压马达转动。现多采用低速转动的结构,省去齿轮传动机构,直接带动钻机。 液压锚杆钻机可分为单体型和手持型2种形式。单体钻机主要是MZ系列,由主机、操纵架和泵站三大部分组成。这种机型只能钻顶部锚杆孔,但钻孔平稳,一次推进行程长。不足的是重量较重。一般均在70 以上,移动费力。 手持式钻机主要有QYM系列,ZYX系列。这类钻机将液压马达直接安装在推进油缸顶端。不需要减速装置,液压马达直接带动钻机主轴旋转。不仅可钻顶部孔,还可钻边帮孔和迎头炮孔。重量轻、操 作简单方便,缺点是推进引程短,一般需要换钎杆。 为改变液压锚杆钻机由于泵站重量大,移动不方便缺陷,目前泵站,液压锚杆钻机常与采掘机械或 装岩机配套使用,结合在一起构成采掘装锚机组(机载锚杆钻机)。这是采掘机械化应用的发展趋势,实现了采掘与支护平行作业。目前中科院南京所研制的机载锚杆钻机可与中小型悬臂式掘进机(如EHJ 一132,EBJ一160HN等)配套,构成掘锚机组,掘顶板即可及时支护,距迎头最小支护间距为0.2 m,适 用于岩石硬度,<10的各种巷道。

(2)电动锚杆钻机

电动锚杆钻机是由专用防爆电机驱动实现旋转 切削的。其结构形式目前多为便携式。这类钻机采 用电动机与液压油缸相结合的形式,电动机安装在液压油缸顶端,通过齿轮减速,带动钻孔主轴旋转。 电动锚杆钻机的特点是动力源单一,不需要二次能量转换,因此能耗少、效率高、重量轻,钻孔速度快,可直接进入迎头作业,特别适用于煤巷和回采巷道的支护。其主要缺点是功率增大会受到电机重量的限制。

(3)气动锚杆钻机

气动锚杆钻机是以压气为动力,按破岩方式不同可分为旋转冲击式和旋转式。气动旋转冲击式又称手持式气腿凿岩机,该类钻机采用气动冲击凿岩,钻孔速度快,特别适合在中硬岩石中钻孔,动力单一,重量轻、搬运方便、操作简单。其缺点是噪音大,工作环境较为艰苦,影响工人的身心健康,在风压低时会影响钻孔效率。气动旋转式锚杆钻机是20世纪80年代我国在引进国外同类钻机的基础上开发研制成功的。主要由风马达、气腿和操纵臂组成。现有的机型有MFC系列、QMZ系列、MIOC系列等。由于采用工程塑料等新型材料制成多级伸缩式气腿,重量更轻、操作移动方便,不仅能钻孔,换上附件还能安装树脂和水泥砂浆锚杆。不足之处是需要有一定压力的气源,压力较小时钻孔效率会降低。

3我国煤矿用锚杆钻孔设备存在的主要技术问题

3.1 开发的品种多,但性能适宜且可靠性好的产品不多截止目前。我国已开发了40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。目前锚杆钻机技术发展状况有以下基本特点:

(1)单体气动回转式锚杆钻机是锚杆钻机产品的主流,在齿轮式、柱塞式和叶片式3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一转速特性、不同气压下的性能、噪声特性、机重、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。 国产气动锚杆钻机的水平逐步提高,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 可靠性应进一步提高;柱塞马达式锚杆钻机尚处于小批量生产阶段,尚需进一步考核。

(2)液压锚杆钻机输出的扭矩高于气动锚杆钻机,与掘进机配套是较优越的工作方式。但输出扭矩仍然偏低,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。

(3)电动锚杆钻机的输出特性较差。钻孔速度低,电机可靠性及防水性存在严重问题,尚无良好的推进方式。近期尚难大量用于井下锚杆支护。

(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)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。

3.2锚杆钻机产品可靠性差,很多产品难以在井下连续正常使用锚杆钻机可靠性与产品设计、制造、使用等因素有关。从目前来说,锚杆钻机实际利用率不高的主要原因是产品本身的可靠性问题,但使用问题也不容忽视。

(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,自然影响井下长期使用。近年来,煤炭系统正式鉴定的锚杆钻机有23种型号,但在煤矿井下正式使用的只有2—3种,其主要原因是成果质量不高,又没有注意技术鉴定后的后续工作。

(2)锚杆钻机与钻具的产品管理问题严重,使那些伪劣产品进入市场有可乘之机。由于部分厂家不按标准组织生产,产品性能与可靠性低劣,使煤矿无法正常使用。有的厂家采取不正当手段推销产品,对销售的产品不负质量责任。煤矿用户常常不知道有哪些技术标准与锚杆钻机、钻具有关,盲目相信 “广告”,采用未经技术鉴定与法定检验的产品,致使企业遭受不必要的损失。

(3)钻头是回转式锚杆孔钻进设备的重要钻具,钻头型式与国产硬质合金片的性能,影响钻头的应用范围。硬质合金钻头主要寿命一般为30 m左右。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,质量低劣,工艺技术不高,产品寿命只有1O一20 m,甚至是5—10 m。

4煤矿锚杆孔钻进设备的前途锚杆孔钻进设备是锚杆支护发展的客观需要, 它必然按一定规律向前发展,锚杆钻机及其配套钻具的研究、开发、生产与使用,都必须符合客观规律。

分析国内外有关信息,总结经验教训,注意煤矿锚杆 孔钻进设备发展的基本趋向,有利于使产品在市场

竞争中不断发展。

4.1 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,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,是产品生产与开发的主流。但如何解决压缩空气工作压力不足。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,将成为进一步发挥该类钻机作用的关键。 绉f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,共用该液压泵站。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。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。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、扭矩一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。

4.2高新技术的发展,有利于锚杆孔钻进技术的变革几十年来。锚杆孔钻进设备已有了一定的提高,随着知识经济的发展,锚杆钻机及其配套钻具会逐渐变革,预计在以下方面会引起产品的重大变化:

(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)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。

架柱式气动钻机

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关键词:钻机,锚杆钻机,锚杆

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