凿岩台车钻进系统性能影响因素分析_杨光照（1）

凿岩台车钻进系统性能影响因素分析_杨光照（1）
凿岩台车钻进系统性能影响因素分析
凿岩台车是支撑凿岩机并能完成凿岩作业所需的推进、移位等运动的移动式凿岩机械。

凿岩台车一般用于地质条件较好，基本不要临时支护的大断面（开挖面积１７㎡以上）的隧道施工，也可作为其它工序的工作台，如凿顶、支撑、装药和设备材料临时存放等。

凿岩台车的核心部分是钻进系统，用于保证和控制动力元件在不同的环境下正常工作。

钻进系统性能的好坏，直接影响着凿岩作业的生产效率。

１影响钻进系统性能的因素
凿岩台车钻进系统组成复杂，有许多因素影响其凿岩作业的工作性能。

考虑岩石的特性，在钻进系统工作过程中，影响凿岩台车钻进系统性能的因素主要包括以下三个方面：
１）钎具的选用；
２）冲洗介质的冲洗速度；
３）工作参数的调整。

只有以上这些因素都合理配置，才能使凿岩台车钻进系统达到最高的钻进效率，获得最佳的使用性能。

２钻进系统性能影响因素分析影响凿岩台车钻进系统性能的因素很多，在实际应用中，应根据实际的使用环境来判断哪些因素影响钻进系统性能。

２．１钎具的选用
凿岩钻孔用的作业工具，即接杆钎尾、钻杆、接杆套、钻头等统称为钎具。

钎具的选用是否合理，直接影响钻进系统的性能［１］。

（１）钻头
钻头的设计，尤其是钮扣数量、钮扣布置以及钮扣形状，跟凿岩效果的好坏有很大关系。

如果凿岩冲击能量不足或钮扣磨损严重，则钻孔时穿透速率会降低，且钻孔偏差会增大。

此外，钻头的磨损也会加剧。

并且钻头越钝，与岩石的接合不够紧密，使旋转接头的扭矩减小，导致钻具使用寿命降低。

因此，要想实现高效率的凿岩生产，根据岩石条件选用合适的钻头是非常重要的。

（２）钻杆
钻杆主要有标准型和加速钻杆两种类型，标准型钻杆
二炮工程大学士官学院工程施工技术教研室杨光照邹学新李云涛
摘要：本文对影响凿岩台车钻进系统性能的因素进行了分析，通过分析，提出了提高凿岩台车钻进系统性能的措施。

关键词：钻进系统性能影响因素
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58工程机械文摘2013.2
跟加速钻杆一样，都采用一个六角或圆杆截面。

圆形因为横截面面积更大，制造材料用量更多，钻杆的硬度也就更硬，因而钻孔精度会更高。

但使用圆形钻杆时，冲渣洗效果不及六边形钻杆，在岩石裂缝较多的情况下，尤其是在钻凿直径４５ｍｍ以下的岩孔时，容易造成卡钻。

不过在岩石条件均匀、无裂缝的情况下，使用圆形钻杆卡钻发生的机率就比较小了。

由上可知，不同类型钻杆的选用会对钻进系统的性能有影响。

（３）钎尾
钎尾的主要作用是传递扭矩、推进压力、冲击压力、冲洗介质等。

它由特殊材料制作，经过渗碳加固，能够承受冲击能量和钻孔时由摩擦岩石产生的旋转扭矩。

内螺纹的钎尾结构仅适用于某些特定的机型，例如可以用在凿岩机推进梁有长度限制的场合。

内螺纹的钎尾结构会导致连接僵硬、配合差，降低钻杆和钎尾的使用寿命。

２．２冲洗介质的冲洗速度
冲洗岩孔是使用冲洗水或高压空气或一个组合（细水雾）将孔中的岩渣冲出或空气吹出。

冲洗岩孔可以提高凿岩机钻进效率，增加凿岩机使用寿命。

冲洗速度的大小与钻头直径以及钻头与钻杆的型号有关。

所需的冲洗速度将取决于：
（１）岩渣质量、粒径的大小，岩渣质量越大，直径越大，冲洗速度应越高；
（２）颗粒形状，球状粒子比片状、叶片形状的粒子需要更大的
冲洗速度。

通常地下开采用冲洗水冲刷，地面开采用高压气冲刷。

使用冲洗水时冲洗速度最小为０．５ｍ／ｓ，使用高压气（或水雾组合）时冲洗速度最小为１０ｍ／ｓ。

２．３工作参数的调整
钻进系统的工作参数主要包括冲击压力、冲击频率、推进力以及旋转速度等。

这些参数必须调整设置合理，才能使钻进系统发挥最优的使用性
能。

在钻进系
统使用过程
中，首先设置
调整的是冲击
压力，要注意冲击压力不能调整过大，而后根据冲击频率和钻头直径的大小调整凿岩机转速。

（１）冲击压力
冲击压力的设置主要取决于岩石的硬度，岩石的硬度不同，所需破岩的冲击压力也会不同，如图１所示，不同硬度岩石钻凿时所需的冲击压力［１］。

（２）冲击频率
冲击功率（Ｐ）＝冲击能量（Ｅ）×频率（ｆ），由公式我们可以看出，冲击功率跟冲击能量和频率有关，要获得相同的冲击功率，可以提高冲击能量降低频率，或者降低冲击能量提高频率。

虽然两种方式能产生相同的冲击功率，但钻孔效果是不一样的（如图２所示）［２］。

因为，冲击能量跟岩石性质以及钻孔的大小尺寸有关，岩石越硬，钻头直径越大，需要的冲击能量会越高。

若要提高钻进系统性能，需调整凿岩机活塞的冲程长度，通过选用不同的冲程长度以获得不同的冲击频率。

不同硬度的岩石需要不同的冲击能量来破岩，此时就需要调整凿岩机冲击活塞的冲程，以获得最佳的使用性能。

（３）推进力
推进力的大小跟钻头直径、钻头类型、冲击压力和岩石状况等条
件有关。

设置推进力时，要确保钻杆装置中的螺纹接头没有间隙（如果螺纹接头有间隙，会造成不正常的磨损）。

推进力过高会给钻杆带来不正常的应力，增大卡钻发生的频率，如图３所示［２］。

尤其是在软岩中钻孔时，需要降低冲击压力，防止达到推进器最大推进力造成卡钻。

（４）旋转速度
图１不同硬度岩石钻凿时所需的冲击压力
图２凿岩机两种冲程长度的参
数比较
2013.2工程机械文摘59
凿岩时要确保钻头在岩面上正常旋转，如果钻头不能正常旋转，就有可能造成卡钻现象，对钻头、钻杆及凿岩机等使用寿命都具有很大影响。

出现这种情况时，需要重新调整冲击压力和推进力，降低冲击压力和推进力的设定值，确保钻进系统正常钻孔操作。

３提高钻进系统性能的措施
实际上，以上这些影响钻进系统性能的因素都是可以排除的，由上可知：
３．１正确选用钎具
要选择合适的
钻头，应考虑三个因
素：穿透速率、钻孔
平直度、使用寿命。

目前凿岩常用的钻
头是钮扣钻头，钮扣
钻头主要有子弹头状钮扣和球状钮扣两种型式（如图４所示）［３］。

子弹头状钮扣钻头拥有更高的凸起度，凿岩钻孔清洗效果更好，钻孔精度远高于球状钮扣钻头，是选用钻头的最佳选择。

但在某些坚硬具有磨蚀性的岩层中钻凿时，应选用球状钮扣钻头，因为在该类岩层中钻孔时，球状钮扣钻头要比子弹头状钮扣钻头的使用寿命更长。

钻杆的类型很多，推荐使用具有完整耦合设计的可接长的加速钻杆（如图５所示）［３］。

加速钻杆比普通的拥有连接耦合的连接杆穿透速率要高，而在钻杆连接点的能量损失要小。

另外，加速钻杆在钻孔过程中螺纹连接更加紧密，能量传递效果更好。

选用钻杆时要注意：尽量选用直径与钻孔直径差不多的钻杆最为合适，钻杆直径越大其使用寿命会越长
（因为单位面积上所
受的力会更小），并
且每次冲击传递的
能量也会越大。

在钎尾的选择
上，尽量不选择内螺
纹设计的钎尾，一般
选用外螺纹结构的
钎尾。

３．２提高冲洗压力
凿岩机正常冲
洗压力在６～１８ｂａｒ，一般来说，冲洗压力越高，冲洗效果会越好，使用高冲洗压力，能及时更快地冲洗掉积于钻孔内的岩渣，减少能量损失和钎具消耗，提高钎具的使用效率及穿透力，从而提高钻进系统使用性能。

３．３正确设置凿岩机工作参数
根据岩石条件设置凿岩机工作参数。

主要根据岩石硬度适时调整凿岩机的冲击压力、冲击频率、推进压力、旋转速度。

软岩、中等硬度岩石、硬岩等岩石硬度不同，钻孔所需的冲击能也不同，岩石硬度越高，所需破岩的冲击能应越大，因此，在软岩中如果使用高冲击能，就会造成能量损失。

钻孔时的冲击压力、冲击频率、推进力、旋转速度等参数必须协调匹配，才能获得最大的经济效益。

在实际操作中，软岩、中等硬度岩石适用低冲击压力、高冲击频率、高推进力、高旋转速度，而硬岩钻凿则适用高冲击压力、低冲击频率、低推进力、低
旋转速度。

正确设置、调整钻进系统工作参数和选择合适的凿岩钎具可以提高凿岩台车钻进系统的使用性能，降低掘进作业成本。

但在实际操作使用过程中这并不是容易做到的。

找出钎具与工作参数的最佳结合条件来提高凿岩台车钻进系统性能，操作者必须通过不断的操作实践来积累经验。

参考文献
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C o pc o,2007:35-40
[3]M i k ael R ams t rom.P ro d u cti on Dr i ll i ng i n U n d ergroun d M i n i ng[G].At las C o pc o,2008:10-19
图３推进压力过大对钎具的危害
图４子弹头状钮扣（左）和球状钮扣（右）图５加速钻杆
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60工程机械文摘2013.2。