煤礦錨桿孔鉆進設備的技術問題分析

一、錨桿孔鉆進設備技術現狀
　　錨桿孔鉆進設備以錨桿鉆機為主體。錨桿鉆機按結構分為單體式、鉆車式、機載式，按動力分為電動式、氣動式、液壓式；按破巖方式分為回轉式、沖擊式、沖擊回轉式、回轉沖擊式。與錨桿鉆機配套的鉆具，因破巖方式不同而不同，總的來說有回轉類破巖鉆具、沖擊類破巖鉆具以及回轉沖擊類破巖鉆具。
　　煤礦錨桿鉆機多為回轉式，為配合推廣小直徑樹脂錨桿，鉆頭采用27～29mm的回轉鉆頭，其結構類型多為兩翼對稱、兩翼不對稱和兩翼連筋式，可供鉆進不同性質巖石時選用。鉆桿由B19或B22(少數)六角中空鋼加工。經多年聯合攻關，錨桿鉆頭和鉆桿已能初步滿足一定條件下錨桿支護的需要。
　　但是，由于錨桿孔鉆進設備的開發、研究和生產與錨桿支護技術的迅速發展不相適應，煤礦錨桿支護施工中大量使用的還是傳統氣動鑿巖機與煤電鉆。
　　
　　二、煤礦用錨桿孔鉆進設備存在的主要技術問題
　　
　　1、開發的品種多，但性能適宜且可靠性好的產品不多到目前為止，我國已開發了30多種型號和不同類型的錨桿鉆機，但適于井下使用且可靠性較好的只有3～4種產品，當前正式投入使用的僅占已開發產品總數的10％左右。目前錨桿鉆機技術發展狀況有以下基本特點：(1)單體氣動回轉式錨桿鉆機是錨桿鉆機產品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣動馬達中，葉片馬達式已基本淘汰，齒輪式馬達與柱塞式馬達在扭矩一轉速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、機重、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優缺點，在不同使用條件下都有各自的市場。總的來說，國產氣動錨桿鉆機的水平逐步提高，齒輪氣動馬達式已基本能代替進口產品，但玻璃鋼支腿等部分的可靠性應進一步提高：柱塞馬達式錨桿鉆機尚處于小批量生產階段，尚需進一步考核。(2)液壓錨桿鉆機輸出的扭矩高于氣動錨桿鉆機，在某些場合下應用較好，特別是與掘進機配套是較優越的工作方式。從目前已正式投入使用的支腿式液壓錨桿鉆機來看，鉆機輸出扭矩仍然偏低，液壓系統容易發熱。由于以礦物油為工作介質，在煤礦井下使用中存在安全隱患。(3)電動錨桿鉆機的輸出特性較差，實際鉆孔速度較低，電機可靠性及防水性能存在嚴重問題，尚無良好的推進方式。因此，盡管已鑒定了多種電動錨桿鉆機，但近期尚難大量用于井下錨桿支護。(4)已開發的鉆車式與機載式錨桿鉆機都具有一定特點，并取得一些效果，但因煤礦井下具體條件以及經濟上的原因，近期難以廣泛應用。(5)氣動沖擊式錨桿鉆機基本以雙級氣腿式為主，因其結構較成熟，可以在堅硬巖石上鉆進。盡管在某種巖石條件下的鑿巖速度低于回轉式，且噪聲頗高，仍被相當多地應用于錨桿支護。
　　2、回轉式錨桿鉆機扭矩性能偏低，加上鉆頭耐磨性能的影響，尚不能滿足抗壓強度大于60MPa高磨蝕性巖石的錨桿孔鉆進。(1)從目前情況看，國產氣動錨桿鉆機已基本能代替進口產品。但是，煤礦井下壓縮空氣系統的輸送管道距離長，井下氣動設備多，工作面氣體工作壓力偏低，常常在0.4Mp3以下，使鉆機性能與鉆進速度都比0.3MPa壓力下下降30％以上，影響錨桿孔鉆進的效果，特別是在堅硬巖石與深孔作業條件下，鉆進作業更加困難。(2)液壓錨桿鉆機的輸出扭矩比氣動錨桿鉆機大，但是，有的產品扭矩值偏低，扭矩低于60N.m，加上管路壓力損失，井下鉆進無力。有的產品液壓系統溫升過高，連續運轉2h后系統溫度升至65℃以上，性能急劇下降。若保持工作壓力不變，轉速下降率達50％以上。有的產品性能尚好，雖然液壓系統溫度高于65％，性能下降率不到20％，但過高的溫度易使工作液變質，密封件容易早期失效。(3)電動錨桿鉆機扭矩特性不好，有的產品過載能力不到額定值的2倍，不能滿足錨桿孔鉆進時需克服相當于額定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，產品固有可靠性不高，且與之配套的支腿都不是很理想，因此電動錨桿鉆機尚未正式在井下成批使用。(4)鉆頭是回轉式錨桿孔鉆進設備的重要鉆具，鉆頭型式與國產硬質合金片的性能，影響鉆頭的應用范圍。目前，普通硬質合金的巖石鉆頭主要適用于頁巖、砂頁巖及部分砂巖(磨蝕性不高的砂巖)，壽命為30m左右。高于常規鉆頭價格50％的國產優質合金鉆頭，可以鉆進抗壓強度60～80MPa的中等磨蝕性巖石，壽命可達25～30m。然而，相當多的生產廠家因受經濟利益驅動，不按標準要求組織生產，硬質合金質量低劣，工藝技術不高，產品壽命只有10～20m，甚至是5～10mo據煤炭部北京鑿巖機具質檢中心1997年度統檢結果，錨桿巖石鉆頭抽樣合格率只有33.3％。
　　3、鉆桿鉆機產品可靠性差，很多產品難以在井下連續正常使用，可靠性是指產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力。錨桿鉆機可靠性與產品設計、制造、使用等因素有關。從目前來說，錨桿鉆機實際利用率不高的主要原因是產品本身的可靠性問題，但使用問題也不容忽視。(1)錨桿鉆機產品可靠性不高主要來自產品設計不成熟與加工質量不高。有的錨桿鉆機因性能改進盲目，參數確定不合理，從投產起在井下工作無力，產品性能提高緩慢：有些產品的生產過程無可靠的質量保證體系，元部件質量無法保證，又沒有必要的檢測手段，產品性能與質量無法控制，自然影響井下長期使用。近年來，煤炭系統正式鑒定的錨桿鉆機有23種型號，但在煤礦井下正式使用的只有2～3種，其主要原因是成果質量不高，又沒有注意技術鑒定后的后續工作。(2)錨桿鉆機的科學使用問題未能引起足夠的重視。這里，既有制造廠家的問題，又有煤礦使用單位的問題。進口澳大利亞的CRAM錨桿鉆機，在使用初期，各方面都未注意潤滑問題，相當數量的機器早期失效。爾后，CRAM公司中國代理商北京朝陽會社重視技術服務，在北京成立維修中心與備件庫，煤礦加強設備的科學使用與維修工作的管理，使這種機型在錨桿支護中發揮了重要作用。相反，有一種進口的錨桿鉆機，銷售單位與使用單位都沒有注意如何長期使用問題，備件問題不好解決，致使數百臺錨桿鉆機未能真正起到應有的作用。(3)錨桿鉆機與鉆具的產品管理問題嚴重，使那些偽劣產品進入市場有可乘之機。錨桿鉆機與鉆具是有一定技術含量的產品，但結構并不十分復雜，很多人看好煤礦錨桿支護量大面廣的市場。有些人受經濟利益驅動，不按國家與煤炭行業標準生產產品，搞產品開發與生產的“游擊戰爭”，產品性能與可靠性低劣，使煤礦無法正常使用。有的廠家雖已批量生產錨桿鉆機與鉆具，但采取不正當手段推銷產品，對銷售的產品不負質量責任。煤礦用戶常常不知道有哪些技術標準與錨桿鉆機、鉆具有關，不會嚴格按標準要求驗收產品質量，甚至盲目相信“廣告”，采用未經技術鑒定與法定檢驗的產品，或購買檢定不合格的產品，致使企業遭受不必要的損失。