[科普中国]-牙轮钻进

牙轮钻进是1指利用牙轮破碎岩石，形成钻孔或井巷的技术。1907年首先在美国用于油井钻凿。1957年以后，在美国和苏联露天金属矿山得到推广。1973年开始应用于中国大、中型露天矿山。牙轮钻进也用于井巷掘进机的工作机构上。

简介牙轮钻进是指利用牙轮破碎岩石，形成钻孔或井巷的技术。1907年首先在美国用于油井钻凿。1957年以后，在美国和苏联露天金属矿山得到推广1。1973年开始应用于中国大、中型露天矿山。牙轮钻进也用于井巷掘进机的工作机构上。

工作原理在钻头上施加轴向压力2，使其齿侵入岩石，同时又给以扭矩，使牙轮在岩石表而滚动。当牙轮滚动时，牙轮齿以单齿和双齿交替地接触岩石(见图1)。单齿着地时，牙轮轴心在O点，双齿着地时，其轴心降至O1点，然后由O1又升到O2点，如此反复地进行，造成对岩石的周期性冲击。冲击周期应延续一定的时间，才能保证充分破碎岩石。一般认为延续应在6~30ms范围内。

破碎岩石方式牙轮钻进有三种作用：

(1)牙齿在岩石接触面上的侵入力对岩石表面产生碾碎作用2；

(2)牙齿作圆周运动时的向心力对岩石产生剪切作用；

(3)在牙齿的冲击使岩石破碎成许多凹坑的前提下，牙轮通过滑移破碎岩石。为了增大牙轮的滑移作用，常把牙轮设计成带有移轴，复锥和超、退顶的结构，以使它在软岩中有更好的破碎岩石效果。

工作参数(1)轴压应使牙轮齿与岩石间的接触应力大于岩石的侵人硬度，按岩石的硬度不同，每厘米孔径的轴压在5-14kN左右。

(2)扭矩是牙轮作功的主要部分。应予充分保证2。

(3)钻头转速，对软岩为80-120r/min，对硬岩为50-80r/min。

(4)排碴风速通常为25-45m/s。各工作参数需合理选取与配合，才能获得较高的钻孔效率和钻头寿命。

展望牙轮钻进是在硬岩钻凿大口径炮孔或巷道的有效方法，在露天矿凿岩作业中2，当炮孔直径在200mm。以上时，牙轮钻进的效率比钢绳冲击钻和潜孔钻分别高3-5倍和1倍以上，成本降低10%-30%。因此使用范围不断扩大。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学