[科普中国]-锚杆钻机

简介

锚杆钻机在一些地方又称为锚固钻机，是煤矿巷道锚杆支护工作中的钻孔工具。其在改善支护效果、降低支护成本、加快成巷速度、减少辅助运输量、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。 锚杆钻机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等1。

锚杆钻机的分类按结构分为单体式、钻车式、机载式（可以安装在掘进机上）；

按动力分为电动式、气动式、液压式；

按破岩方式分为回转式、冲击式、冲击回转式、回转冲击式；

按操作方式分为手持式帮锚杆钻机，支腿式顶锚杆钻机。与锚杆钻机配套的钻具，因破岩方式不同而不同，总的来说有回转类破岩钻具、冲击类破岩钻具以及回转冲击类破岩钻具。煤矿最为常用的锚杆钻机为倍速单体气动锚杆钻机与回转式液压锚杆钻机。

国内外锚杆钻机发展总体上讲，国外发达国家锚杆孔钻进设备的品种与功能多样，技术性能优越，可靠性高。美国煤矿大量使用塔架钻车式锚杆钻机，班工作效率达120~240 根，并着手开发计算机控制的全自动锚杆钻机。法国生产的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。芬兰生产具有树脂注射系统的钻车式锚杆钻机，使钻孔、安装锚杆杆体、注入粘结剂完全由机械完成，机械化程度颇高。澳大利亚有4 家锚杆钻机生产厂家，生产各种不同类型的锚杆钻机，尤以单体气动支腿式锚杆钻机使用居多，并有多家公司生产能与掘进配套的单体支腿式液压锚杆钻机。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两种(早期叶片式气动马达已淘汰)，采用玻璃钢碳素纤维支腿。澳大利亚液压锚杆钻机可以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。

国内锚杆钻机的研制经历了30 多年的历程，曾先后研制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、机载式锚杆钻机和双级气腿凿岩机等。

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27~29mm 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选用。钻杆由B19（多数）或B22(少数)六角中空钢加工。经多年联合攻关，锚杆钻头和钻杆已能初步满足一定条件下锚杆支护的需要。

但是，由于锚杆孔钻进设备的开发、研究和生产，与锚杆支护技术的迅速发展不相适应，煤矿锚杆支护施工中大量使用的还是传统气动凿岩机与煤电钻。专用锚杆孔钻进设备中，使用国外进口设备较多，但因进口设备价格高和备件供应不及时，煤矿用户希望采用国产的锚杆孔钻进设备。

我国生产MQT/MQS系列气动锚杆钻机，已能逐步代替国外进口的齿轮马达式锚杆钻机。我国生产的ZYX系列液压锚杆钻机在与S100 掘进机配套使用中，取得可喜进展。国产柱塞气动马达式锚杆钻机逐步投入市场；澳大利亚CRAM 倍速技研气动锚杆钻机在中国已建立专业维修公司，并在元件的中国国产化方面取得一些进步。这都有宜于使锚杆钻机进一步满足锚杆支护发展的需要。虽然，我国的锚杆钻机在技术和产业化方面取得非常大的进步，但可靠性非常高、性能优异的国产化锚杆钻机还为数不多，与锚杆钻机配套的钻具规格还不全，大部分钻具质量不稳定、并且适应岩石条件有限2。

煤矿用的合理趋向分析随着我国生产力的提高，各种机械的应用在国内也逐渐增长起来。不单单是岩土工程需要用到锚杆钻机，在煤矿中锚杆钻机的应用也是非常广泛的。仅国有重点煤矿，每年就有3 000多个掘进工作面。锚杆支护施工需要相当数量的锚杆钻机，市场的需要使诸多科研、制造单位纷纷投入锚杆钻机及其配套机具的开发与生产，产品型式繁多，相类似的产品反复出现、反复鉴定。锚杆钻机是锚杆支护技术发展的客观需要，它必然按一定规律向前发展，经过一个时期的竞争后，会逐渐走上正轨。经对国内外锚杆钻机分析认为，煤矿用锚杆钻机的发展趋势将有以下特点：

(1)由于煤矿锚杆支护将在量大面广的煤巷、半煤岩巷广泛应用，在相当长时间内，单体锚杆钻机是锚杆钻机产品发展的主流。在部分使用综合掘进机的巷道，将逐渐采用液压单体式锚杆钻机，并共用掘进机的液压动力源。为进一步提高综掘设备的锚杆支护机械化水平，仍将继续探讨如何广泛使用机载锚杆钻机。机载锚杆钻机仍以液压回转式钻进方式为主，但仍会寻求解决钻进抗压强度大、磨蚀性强的岩石的合理钻进方式。在大断面岩巷掘进中，液压钻车的使用会更加体现其钻进锚杆孔与安装锚杆的优越性，而专用锚杆钻车的应用不会在短期内提上日程。

(2)液压回转式锚杆钻机将向进一步提高输出转矩方向发展，以适应锚杆孔高速钻进与安装锚杆的需要。液压锚杆钻机将在进一步改进技术性能的同时提高可靠性，着重解决液压元件耐用性、井下长期工作稳定性的问题，并寻求如何与现有井下设备共用动力源问题。为使液压锚杆孔钻进适应面更广，人们会探讨高转矩回转辅以小能量冲击锚杆孔钻进的问题。

(3)气动锚杆钻机转矩-转速特性好、重量轻、失速转矩大，但产品可靠性与产品质量稳定性会在一个时期内更加令人关注。为了更广泛地使用气动锚杆钻机，煤矿现场将会有意识地调整压缩空气系统，并逐渐重视井下移动式空压机的应用问题。

(4)电动锚杆钻机成本低，主机动力简单且能源消耗少，人们将在提高电动锚杆钻机可靠性与合理解决支腿方式上继续攻关。鉴于电动锚杆钻机转矩特性硬、电机可靠性较差的问题，在采用压力水冲洗锚杆孔时，电机可靠性的关键将在于过载能力与防水、密封性能；只有在二者得到根本解决后，电动锚杆钻机才能被更广泛地用于井下作业。

(5)气动冲击式锚杆孔凿岩机与气动回转式锚杆钻机、气动回转式钻机(帮锚杆孔钻机)互相配套使用，使井下动力系统单一，效果好。人们会进一步改进气动冲击凿岩方式，使之更好的与气动回转式钻进方式匹配。

(6)锚杆孔回转式钻进使用的钻具是消耗量大的易损件。随着锚杆钻机产品正常化，钻具性能及质量将会更加受到重视，钻具结构、材料与加工工艺会逐渐趋于合理，回转式钻进方式的适应范围会有所扩大。

(7)锚杆钻机的进一步发展，要求锚杆钻机及其配套机具的标准化水平进一步提高。在此技术上，产品竞争将主要在质量、服务、价格方面。为此，有些锚杆钻机与钻具生产厂家会在科学化管理上下功夫，逐渐自觉地贯彻ISO 9000族标准，以使其产品更有竞争能力。

(8)锚杆钻机性能参数的研究是锚杆钻机产品发展与质量控制的基础，几种产品的竞争，会逐渐提高对锚杆钻机基础性研究重要性的认识。在锚杆钻机产品竞争中，生产厂家将会争技术、争人才、争条件建设。

(9)锚杆钻机的发展有一定技术难度，它的应用效果与现场的使用维修条件有关。煤矿现场将会寻求应用锚杆钻机的科学管理方法，重视与加强锚杆钻机的维修、保养，建立锚杆钻机维修点。

(10)锚杆钻机的水平、质量影响锚杆支护综合效益，煤矿现场会逐渐重视使用锚杆钻机与钻具的综合经济效益问题，并做为选择锚杆钻机与钻具的重要根据3。