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1、架柱式大功率气动钻机宋建锋 李伟亮 石家庄中煤装备制造有限公司，河北 石家庄 052165摘 要 介绍了气动钻机研制的新进展，包括两种主要设备的工作原理、结构参数、性能特点及在煤矿巷道支护和煤层瓦斯探测与排放的重大意义。关键词 新型 架柱式 钻机 前 言随着我国煤矿安全生产要求的提高，急切需要效率高、钻孔直径大、深度深、操作简单、使用安全的钻机。但以往由于受风源的限制，使用的气动钻机功率普遍较低，难以钻打硬岩和直径较大、较深的孔眼。随着大功率空压机及井下用移动式空压机的投入使用，大功率气动钻机的研发、应用已势在必行。为此，石家庄中煤装备制造有限公司针对目前煤矿的需求，吸收传统气动钻机的优点，借
2、鉴国外先进技术，研制成功了两种气动架柱式钻机。研制成功的钻机为额定功率为6kW的气动架柱式钻机和便携式气动支架钻机。这两种钻机的使用可降低工人的劳动强度，提高钻孔效率，实现大孔径的深煤层、岩层钻孔；用气动钻机代替电动钻机，可大大减轻重量、减小体积；增加的支架可支撑钻机本身的重量，抵消钻机的反作用力，提高钻孔的效率和安全性；钻机具有反转功能，可以方便的退出钻头和钻杆。这两种钻机属于国内首创。1 ZQJ-300/6气动架柱式钻机1.1 钻机结构ZQJ-300/6气动架柱式钻机整机结构如图1所示。1-导轨 ；2-回转器； 3-一级消声器；4-内注式液压支柱；5-操作台；6-二级消声器图1 ZQJ-3
3、00/6气动架柱式钻机整机结构示意图1.2 工作原理ZQJ-300/6气动架柱式钻机采用分组式布局，整机由主机、操纵台、消音器三大部分组成。各部分之间用软胶管相连，便于在井下不同场地灵活摆布。在运输条件差的时候，主机还可进一步解体。架柱采用框架结构，拆卸方便，钻孔高度、角度调节方便，架柱采用内注式液压支柱固定，稳固牢固，减除了额外配备乳化液泵站、液压泵站的繁琐。钻机以压缩空气为动力，气动回转马达和给进马达独立工作。压缩空气经油雾器除尘雾化后，进入两个换向阀，分别控制回转马达和进给马达。换向阀阀体圆周方向选用了轴向的小圆通气孔均匀分布的结构，阀芯和阀体不同的配合位置可实现两种马达的无级调速，最终
4、达到钻机转速、钻机推进力与钻速的最佳匹配。用螺旋钻杆回转钻进或根据工矿实际需要临时调整。回转器马达和回转马达均采用了单独的消声器，回转马达并在齿轮箱体底部托板内增设了金属网格板消声，使噪音降到90dB(A)以下，基本上解决了气动钻机噪声大的问题。钻机主轴配有水套，可直接给钻孔通水。1.3 额定转速和转矩的计算输出转矩与气动马达功率成正比，与转速成反比。计算公式如下： (公式1)式中：TZ-防突钻机输出转矩，Nm； nZ-防突钻机转速，r/min；N-气动马达输出功率，kW；-钻机回转机构传动效率。气动马达功率为：（公式2）式中：N-气动马达输出功率，kW；p-气动马达平均工作压力，MPa；v-
5、马达气室有效容积；n-气动马达转速,r/min；z-马达气室数；-钻机容积效率。1.4 结构特点 主机回转马达、给进马达都具有正反转功能，实现了打孔完成后，主机自动退出钻具的功能。 主机操作台的分体，使操作者可远离工作面，极大的提高了安全性。 不同规格钻孔导向套可灵活，实现不同钻杆规格的正常使用。 主机可进一步解体为回转总成、行走总成、导轨总成极大的方便了巷道内的运输。1.5 技术参数ZQJ-300/6气动架柱式钻机主要技术参数如表1所列。表1 ZQJ-300/6气动架柱式钻机主要技术参数工作压力额定转矩额定转速最大回转功率最大进给功率最大负荷转矩负荷耗气量空载转速推进力行程机重MPaNmr/
6、minkWkWNmm3/minr/minkNmmkg0.40.6330020061.84500105001.815004372 便携式支架钻机 2.1 钻机结构便携式支架钻机整机结构如图2所示。 1-导轨；2-回转器；3-立柱图2便携式支架钻机整机结构示意图2.2 结构特点该钻机轻巧方便，两个人即可抬动，导轨采用两档变位齿轮齿条手动给进，可灵活控制给进速度。立柱采用顶天立地形式，丝杠预紧，操作简便、可靠。支架托板处只需更换选用件即可与现有ZQS-50/1.6、ZQS-65/2.5型气动钻机配合使用。该钻机最突出的特点就是实现了顶锚杆机和帮机的完全结合，水平方向上可360旋转。 3 配套钻具及用
7、途3.1 便携式气动支架钻机配套的钻具取决于配套的帮机、防突钻机，在此不再详细介绍。3.2 ZQJ-300/6气动架柱式钻机该钻机可与多种螺旋钻杆，必要时还可使用圆地质钻杆配套。本公司还专门为该钻机设计了高效率螺旋钻杆，该钻杆采用了独特的制造工艺，特殊订制的材料加工出的钻杆具有导程大、主体外径小、螺旋体宽等特点，所以该钻杆钻进时排屑快、钻进速度快、适合打深孔。配套钻杆的具体用途如表2所列。表2 配套钻具一览表配套钻杆直径配套钻头直径用途69高效螺旋钻杆82煤巷工作面钻深100m左右瓦斯抽放孔76高效螺旋钻杆110煤巷工作面钻深50m左右瓦斯抽放孔42地质钻杆50-76岩巷工作面钻深30m左右探
8、水探瓦斯孔4 与同类钻机性能比较4.1 ZQJ-300/6架柱式气动钻 现有手持气动钻机钻孔浅（30m），在负压较大的煤层容易阻转，工人的劳动强度高，容易受伤。ZQJ-300/6架柱式气动钻机采用了大功率的回转马达和进给马达，额定回转转矩达300Nm，完全可适应岩石坚固性系数f7的岩层内钻孔，由于马达进给，降低了工人的劳动强度，并且支架可完全抵消钻机的反扭矩。 ZQJ-300/6架柱式气动钻机钻机具有反转和马达给进功能，使钻机在卡钻时，打开反转开关就可容易退出钻杆，不仅省力，而且不易丢失钻杆。在打钻深孔时反转功能尤其重要，这也是此钻机的独特之处。 ZQJ-300/6架柱式气动钻机与国际上最先进
9、的架柱式气动钻机相比，该钻机扭矩更大，特别在钻深孔或煤质较硬防突孔优势明显。且固定方式改进为内注式液压支柱，简化了整个设备，大大降低了成本。 ZQJ-300/6架柱式气动钻机双重消声器，大大降低了噪声污染。4.1 便携式气动支架钻便携式气动支架钻机与全液压钻机或立轴式钻机相比，气动钻机重量轻、操作方便。以压缩气体为动力，对于瓦斯含量较高的煤矿，避开了电器设备，即提高了安全性又方便了钻孔施工。5 经济效益与社会效益ZQJ-300/6气动架柱式钻机的研制成功填补了国内大口径、深孔气动设备的空白。钻机功率大，工作效率高，操作方便、安全，极大的降低了工人的劳动强度。在煤矿事故频发的今天，钻机有效的做到
10、了巷道瓦斯、水的超前探测，可确保工人的人身安全，有效的降低了煤炭企业的经济损失。煤层大口径、深孔钻孔的实现，极大了方便了煤层中瓦斯的开采利用。瓦斯的有效利用，不仅减少了煤矿灾害的发生，还提高了煤炭资源的利用率，丰富了我国的能源结构和缓解国内能源紧张的局面。该产品已在阳泉矿务局、神火集团、峰峰集团、淮南矿业集团等煤炭生产企业得到试用并推广。钻机技术达到了国际先进水平，具有广泛的应用前景，并可产生良好的经济效益和社会效益。6 结 论气动架柱支撑式钻机是石家庄中煤装备制造有限公司制造的巷道支护设备中的一种适用于煤巷深层探水、探瓦斯的钻机，其功率大、操作简单、可靠，不仅实现了高瓦斯工作面的无电作业，而且大大提高了钻孔效率、降低了钻孔成本，实现了以前普通帮机、防突钻机难以完成的深孔和大口径孔的钻孔，解决了煤层负压过大无法钻进的问题。该类钻机的广泛推广，会给煤矿企业带不可估量的经济效益和社会效益。第一作者简介：宋建锋 男，1980年出生，毕业于河北工业大学。现在石家庄中煤装备制造有限公司工作。地址：河北石家庄经济技术开发区黄河大道89号。（收稿日期：2007-09-02；责任编辑：陈桂娥）
