煤矿钻进设备的主要技术问题分析

锚杆支护是有宜于加快井巷掘进速度、提高顶板支护效果、降低支护劳动强度和减少支护材料消耗的先进技术。锚杆孔钻进是锚杆支护施工的重要环节，锚杆支护的发展需要大量锚杆孔钻进设备作保证。分析其发展前途，有助于不断促进锚杆孔钻进设备的技术进步，使其适应锚杆支护技术的需要。

一、锚杆孔钻进设备主要技术问题

（一）开发的品种多，但性能适宜且可靠性好的产品不多

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，当前正式投入使用的仅占已开发产品总数的10%左右。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、机重、对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。2、液压锚杆钻机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。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。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。6、回转式锚杆钻机扭矩性能偏低，加上钻头耐磨性能的影响，尚不能满足抗压强度大于60MPa高磨蚀性岩石的锚杆孔钻进。

（二）不同类型锚杆钻机特性比较

从目前情况看，国产气动锚杆钻机已基本能代替进口产品；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；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；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。

二、钻进设备的发展

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。

（一）气动、液压单体回转式锚杆钻机是一个时期的主流

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逐渐引起了人们的重视。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。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。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。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。

（二）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。国外曾试验研究了高压水细射流技术和小孔径金刚石钻进技术，但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。

（三）高新技术的发展，有宜于锚杆孔钻进技术的变革

随着知识经济的发展，锚杆钻机及其配套钻具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。

（作者单位：双鸭山矿业集团东保卫矿掘进区）