煤矿锚杆孔钻进设备的技术问题分析

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。锚杆孔钻进设备包括锚杆钻机和配套钻具（钻杆、钻头等）。

　　一、锚杆孔钻进设备技术现状

　　锚杆孔钻进设备以锚杆钻机为主体。锚杆钻机按结构分为单体式、钻车式、机载式；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。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。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。

　　二、煤矿用锚杆孔钻进设备存在的主要技术问题

　　（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。

　　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、对润滑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。总的来说，齿轮气动马达式已基本能代替进口产品，但玻璃钢支腿等部分的可靠性需要进一步提高；柱塞马达式锚杆钻机尚处于小批量生产阶段，尚需考核。

　　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。从目前已正式投入使用的支腿式液压锚杆钻机来看，钻机输出扭矩仍然偏低，液压系统容易发热。由于以矿物油为工作介质，在煤矿井下使用中存在安全隐患。

　　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。因此，尽管已鉴定了多种电动锚杆钻机，但近期尚难大量用于井下锚杆支护。

　　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。

　　（二）回转式锚杆钻机扭矩性能偏低

　　1、从目前情况看，国产气动锚杆钻机已基本能代替进口产品。但煤矿井下压缩空气系统的输送管道距离长，井下气动设备多，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都比0.63MPa压力下下降30%以上，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。

　　2、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。若保持工作压力不变，转速下降率达50%以上。有的产品性能尚好，虽然液压系统温度高于65℃，性能下降率不到20%，但过高的温度易使工作液变质，密封件容易早期失效。

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　　3、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，因此电动锚杆钻机尚未正式在井下成批使用。

　　4、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60～80MPa的中等磨蚀性岩石，寿命可达25～30m.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 10～20m.

　　（三）锚杆钻机产品可靠性差，很多产品难以在井下连续正常使用

　　1、锚杆钻机产品可靠性不高主要来自产品设计不成熟与加工质量不高。有的锚杆钻机因性能改进盲目，参数确定不合理，从投产起在井下工作无力，产品性能提高缓慢；有些产品的生产过程无可靠的质量保证体系，元部件质量无法保证，又没有必要的检测手段，产品性能与质量无法控制，影响井下长期使用。近年来，煤炭系统正式鉴定的锚杆钻机有23种型号，但在煤矿井下正式使用的只有2—3种，其主要原因是成果质量不高，又没有注意技术鉴定后的后续工作。

　　2、锚杆钻机的科学使用问题未能引起足够的重视。既有制造厂家的问题，又有煤矿使用单位的问题。进口澳大利亚的CRAM锚杆钻机，在使用初期，各方面都未注意润滑问题，相当数量的机器早期失效。而后，CRAM公司中国代理商北京朝阳会社重视技术服务，在北京成立维修中心与备件库，煤矿加强设备的科学使用与维修工作的管理，使这种机型在锚杆支护中发挥了重要作用。相反，有一种进口的锚杆钻机，销售单位与使用单位都没有注意如何长期使用问题，备件问题不好解决，致使数百台锚杆钻机未能真正起到应有的作用。

　　3、锚杆钻机与钻具的产品管理问题严重，使伪劣产品进入市场有可乘之机。有些人不按国家与煤炭行业标准生产产品，搞产品开发与生产的“游击战争”，产品性能与可靠性低劣，使煤矿无法正常使用。有的厂家虽已批量生产锚杆钻机与钻具，但采取不正当手段推销产品，对销售的产品不负质量责任。煤矿用户常常不知道有哪些技术标准与锚杆钻机、钻具有关，不会严格按标准要求验收产品质量，甚至盲目相信“广告”，采用未经技术鉴定与法定检验的产品，或购买检定不合格的产品，致使企业遭受不必要的损失。