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矿山锚杆钻机的使用现状及发展

2016-10-27

    煤巷锚杆支护是近年来发展较快的一种井巷支护方法。它通过锚入围岩内的锚杆,使支护体与围岩本身形成一个统一的能够承受荷载的结构体,在提高岩体自身的强度,阻止或延缓围岩的变形发展,保持围岩的完整性和巷道断面形状,改善支护效果,降低支护成本,加快成巷速度,减轻劳动强度,提高巷道断面利用率等方面有着十分突出的优越性,正日益受到世界各主要产煤国家的普遍重视和广泛应用,代表了煤巷支护技术的重要发展方向。每年我国国有重点煤矿掘进的600多万m巷道.平均锚杆支护率已达到50%.国外先进采煤国平均锚杆支护率往往超过80%。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快速发展。分析锚杆钻机现状,展望它
的发展,有助于不断促进锚杆钻机的技术进步,使其更加适应现代支护技术的需要。
    1 国外锚杆钻机的使用状况
    国外锚杆钻机的品种与功能多样,技术性能优越.可靠性高.并各有各的特点。相关资料显示:美国煤矿大量使用的是塔架钻车式锚杆钻机,班工作效率达120—240根.现已着手开发计算机控制的全自动锚杆钻机。法国生产的是转架式锚杆钻机。集钻孔、安装锚杆为一体。并具有储存锚杆杆体的锚杆仓。芬兰则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、注入粘接剂全由机械完成。机械化程度颇高。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2种。采用玻璃钢碳素纤维支腿。能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。
    2国内锚杆钻机的使用状况
    国内锚杆钻机的研制经历了30多a的历程.曾先后研制出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等,目前已形成液压式、电动式、气动式3大系列。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.但能够适于井下使用且可靠性较好的只有3~4种产品。由于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,且与之配套的支腿都不是很理想,因此电动锚杆钻机尚未正式在井下成批使用。目前煤矿锚杆钻机多为回转式,为配合推广小直径树脂锚杆。钻头采用27rai n~29 mil l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。钻杆由B19或B22(少数)六角中空钢加工。现在国内使用锚杆钻机的主流是气动式和液压式.两者各有所长,各有所短。我们以山东兖煤制造的MQT一90型气动锚杆机和同煤集团佳腾厂生产的MYT一100型液压锚杆钻机为例。对现使用的锚杆钻机使用状况进行分析。MQT一90型气动锚杆机由支腿、控制组件和动力组件3大部分构成。该机以压缩空气为动力。压缩空气通过马达控制阀进入马达,驱动马达齿轮旋转,经过两级减速齿轮,减速后驱动钻机主轴旋转,调节操纵扳手的角度,可改变主轴的转速,随之驱动钻杆工作。当打开支腿控制阀,压缩空气经快速排气阀进人支腿气缸,从而使气缸体逐渐伸出,推动马达上升,进行钻进工作。改变操纵旋转钮角度,可改变支腿伸出速度。当打开水阀时,压力水通过集成块水套进入钻杆、钻头进而冲洗孔内的钻屑。改变操纵旋钮旋转角度,即能调节冲洗水能量的大小。该型号锚杆钻机集钻孔、搅拌、安装锚杆于一身,实行螺母一次性扭紧,达到初锚预紧力要求,是顶板硬度厂≤8的各种岩巷、煤巷、半煤巷进行锚护作业的理想工具。该机结构紧凑、操作简单、维护方便、适应性强。且体积小、重量轻、推力大、运转稳定、可靠性好。MYT一100型液压锚杆钻机由主机和液压泵站两大部件组成。主机主要由旋转机头、三级伸缩油缸、支腿操纵臂组成。泵站由油箱、滑橇、防爆电机、齿轮泵、操纵控制元件、压力表、液位计及管路附件等组成。另外,主机配有供水系统,用中压专用胶管供水,用以冷却钻头、冲洗和防尘,实现湿式钻孔。该机通过泵站输出的压力油.经过油管送至主机,以实现钻机支撑定位和钻进锚杆孔。该型号锚杆钻机适用于煤矿顶板硬度f<10的各种岩巷、煤巷、半煤巷进行锚护作业时钻凿锚杆孔和安装锚杆。该机的特点体现在以下几方面:先进的马达设计使该机转矩大、效率高;噪音小、重量轻,有效改善了作业环境,降低了劳动强度;先进的回转和支腿部件使该机可靠性和使用寿命提高;液压系统中马达和支腿采用串联,并采用旁路节流系统。合理利用能量。系统使用效率得到提高;采用可收缩支架,定位好,安全性好。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,气动锚杆钻机仍为首选产品。但是实践中发现,由于煤矿井下压缩空气系统的输送管道距离长,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下降30%以上(对应0.63 MPa压力),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。此外,噪声偏大,虽然小于94dB。但离职业健康安全管理要求还有距离。
    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。液压锚杆钻机输出的扭矩高于气动锚杆钻机,能够达到140Nm。特别在坚硬岩石作业条件下尤为明显。此外.液压锚杆钻机与掘进机配套是较优越的工作方式之一j 但是,该种钻机液压系统温升过高,连续运转2 h后系统温度升至65℃以上.性能急剧下降。而且过高的温度易使工作液变质,密封件容易早期失效。同时,由于以矿物油为工作介质,在煤矿井下使用存在一定安全隐患。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。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 MPa~80MPa的中等磨蚀性岩石,寿命可达25m~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10m一20 m。甚至是5m~10 m。
    3锚杆钻机的发展方向
    锚杆钻机不是一成不变的.它必然按一定规律向前发展。分析相关信息,总结实践经验,才能注意到,煤矿锚杆钻机发展的基本趋向.并有利于锚杆支护技术的不断成熟。3.1在相当一段时期内,气动、液压单体回转式锚杆钻机仍是锚杆钻孔设备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—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。将成为迸一步发挥气动锚杆钻机作用的关键。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。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Et益突出,开发难燃液锚杆钻机的问题将适时提到日程上来。电动锚杆钻机的动力单一,是今后锚杆钻机的首选机型。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。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。
    3.2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人手,配以适合的钻头,适应钻进具有较高磨蚀性的岩石。提高钻头的寿命。离不开高新技术,要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d#L径金刚石钻进技术,目前尚未正式用于锚杆孔钻进。硬质合金仍是锚杆孑L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。
    3.3高新技术的发展有益于锚杆孔钻进技术的变革几十年来,锚杆孔钻进设备技术水平已有了一定的提高。随着知识经济的发展,锚杆钻机及其配套钻具会逐渐有所变革,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。国外已探讨研究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。


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