煤礦鉆進設備的主要技術問題分析

　　錨桿支護是有宜于加快井巷掘進速度、提高頂板支護效果、降低支護勞動強度和減少支護材料消耗的先進技術。錨桿孔鉆進是錨桿支護施工的重要環節，錨桿支護的發展需要大量錨桿孔鉆進設備作保證。分析其發展前途，有助于不斷促進錨桿孔鉆進設備的技術進步，使其適應錨桿支護技術的需要。
　　
　　一、錨桿孔鉆進設備主要技術問題
　　
　　（一）開發的品種多，但性能適宜且可靠性好的產品不多
　　到目前為止，我國已開發了30多種型號和不同類型的錨桿鉆機，但適于井下使用且可靠性較好的只有3～4種產品，當前正式投入使用的僅占已開發產品總數的10%左右。目前錨桿鉆機技術發展狀況有以下基本特點：1、單體氣動回轉式錨桿鉆機是錨桿鉆機產品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣動馬達中，葉片馬達式已基本淘汰，齒輪式馬達與柱塞式馬達在扭矩-轉速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、機重、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優缺點，在不同使用條件下都有各自的市場。2、液壓錨桿鉆機輸出的扭矩高于氣動錨桿鉆機，在某些場合下應用較好，特別是與掘進機配套是較優越的工作方式。3、電動錨桿鉆機的輸出特性較差，實際鉆孔速度較低，電機可靠性及防水性能存在嚴重問題，尚無良好的推進方式。4、已開發的鉆車式與機載式錨桿鉆機都具有一定特點，并取得一些效果，但因煤礦井下具體條件以及經濟上的原因，近期難以廣泛應用。5、氣動沖擊式錨桿鉆機基本以雙級氣腿式為主，因其結構較成熟，可以在堅硬巖石上鉆進，盡管在某種巖石條件下的鑿巖速度低于回轉式，且噪聲頗高，仍被相當多地應用于錨桿支護。6、回轉式錨桿鉆機扭矩性能偏低，加上鉆頭耐磨性能的影響，尚不能滿足抗壓強度大于60MPa高磨蝕性巖石的錨桿孔鉆進。
　　
　　（二）不同類型錨桿鉆機特性比較
　　從目前情況看，國產氣動錨桿鉆機已基本能代替進口產品；液壓錨桿鉆機的輸出扭矩比氣動錨桿鉆機大，但是，有的產品扭矩值偏低，扭矩低于60N.m，加上管路壓力損失，井下鉆進無力。有的產品液壓系統溫升過高，連續運轉2h后系統溫度升至65℃以上，性能急劇下降；電動錨桿鉆機扭矩特性不好，有的產品過載能力不到額定值的2倍，不能滿足錨桿孔鉆進時需克服相當于額定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，產品固有可靠性不高，且與之配套的支腿都不是很理想，因此電動錨桿鉆機尚未正式在井下成批使用；鉆頭是回轉式錨桿孔鉆進設備的重要鉆具，鉆頭型式與國產硬質合金片的性能，影響鉆頭的應用范圍。
　　
　　二、鉆進設備的發展
　　
　　分析國內外有關信息，總結經驗教訓，注意煤礦錨桿孔鉆進設備發展的基本趨向，有利于使產品在市場競爭中不斷發展。
　　
　　（一）氣動、液壓單體回轉式錨桿鉆機是一個時期的主流
　　從目前技術現狀看，在具有壓縮空氣源的條件下，氣動回轉式錨桿鉆機仍為首選產品。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系統，正確確定空壓機及其動力系統的技術參數，開發新型的提高壓縮空氣壓力的機械設備，將成為進一步發揮氣動錨桿鉆機作用的關鍵。
　　氣動回轉式錨桿鉆機中，采用柱塞式馬達與齒輪式馬達各有優缺點。兩種不同類型氣動馬達錨桿鉆機的競爭核心，是如何使鉆速高、可靠性好、維修費低。產品進一步研究開發的核心將是采用合理技術參數、高科技、新材料、先進工藝。液壓回轉式錨桿鉆機因其工作壓力高、扭矩大、動力系統可不受外界影響，在一些場合下是合理的機型。一個時期內，液壓錨桿鉆機主要用于與掘進機配套，共用其液壓泵站。經過一定時期以后，用戶會根據錨桿支護的需要與具體條件，進行綜合技術經濟分析，在適宜的場所確定采用液壓回轉式錨桿鉆機。由于液壓錨桿鉆機使用量的增加，礦物油介質的安全性問題會日益突出，開發難燃液錨桿鉆機的問題將適時提到日程上來。電動錨桿鉆機的動力單一，是人們理想的首選機型。但因目前技術水平所限，其支腿配套方式、扭矩-轉速硬特性和電機防水耐潮性能差等，都不利于其更快地向前發展。在一定時期內，電動錨桿鉆機產品仍會以“技術攻關”為基本特征。今后回轉式錨桿鉆機的發展前途，將是如何擴大鉆進巖石的范圍、提高產品可靠性與減輕機重。
　　
　　（二）研究錨桿鉆機扭矩與改革鉆頭是發展回轉式錨桿孔鉆進設備的關鍵
　　回轉式錨桿孔鉆進方式有其一定的優越性，但若更加廣泛地應用，必須首先從提高扭矩入手，配以適合的鉆頭，適應鉆進具有較高磨蝕性的巖石。提高鉆頭的水平，離不開高新技術，盡量采用新材料和新工藝，特別是經濟有效的表面強化技術。國外曾試驗研究了高壓水細射流技術和小孔徑金剛石鉆進技術，但目前尚未正式用于錨桿孔鉆進。硬質合金仍是錨桿孔鉆進的主要鉆具材料。采用高新技術，改進硬質合金片的性能，同時，研究合理的鉆頭結構參數，仍是小直徑回轉式巖石鉆頭的主攻方向。
　　
　　（三）高新技術的發展，有宜于錨桿孔鉆進技術的變革
　　隨著知識經濟的發展，錨桿鉆機及其配套鉆具預計在以下方面會引起產品的重大變化：1、結構參數的優化以及高科技新材料的應用，使單體錨桿鉆機性能提高、重量減輕。采用了高新技術的巖石鉆頭將使回轉式鉆進方式擴大應用范圍。2、高科技微電子技術在不同動力、不同類型錨桿鉆機上的應用，可能會使錨桿鉆機發生某些根本性的變革，例如改變鉆機特性、改善操作性能、提高可靠性等。國外已探討計算機控制的錨桿孔鉆進與錨桿安裝的綜合性自動化設備。鑿巖機器人的成功應用必將有力地促進錨桿孔鉆進設備的進步。3、錨桿孔鉆進設備的發展，以錨桿支護技術與鑿巖技術的發展為基礎，錨桿支護新類型、新材料的出現會對錨桿鉆機的結構參數、技術性能與功能提出新的要求。錨桿孔鉆機的開發必須緊隨錨桿支護的技術發展。同時，鑿巖技術的發展會促進錨桿孔鉆進設備的提高。不同鑿巖方式的研究以及通用鑿巖機具的研究成果，都將會及時地移植到錨桿孔鉆進設備的開發上來。4、錨桿孔鉆進設備是錨桿支護的關鍵設備，它影響著錨桿支護的質量——錨桿孔的方位、深度、孔徑的準確性以及錨桿安裝質量，又涉及操作者的人身安全、勞動強度與作業條件。錨桿孔鉆進設備的核心是高效與安全。發展煤礦錨桿孔鉆進設備以高效、安全為核心，就會有強勁的競爭力，這是產品具有發展前途的根本。
　　
　　（作者單位：雙鴨山礦業集團東保衛礦掘進區）