液压旋转式钻机与反井钻机的发展趋势
关键字：
液压旋转钻机/反井钻机/破岩机理/发展趋势
浏览次数：346发表时间：2015-05-29 00:00:00.0
液压旋转式钻机与反井钻机的发展趋势
徐子平，孙玉萍，曹年宝
(煤炭科学研究总院南京研究所，南京210018)
摘要：介绍了液压旋转式钻机与反井钻机的现状与发展趋势，以及两者在破岩机理、排渣方式的不同点，阐述了钻深与扭矩之间关系的差别以及两者在属性和工作原理之间的共同之处。
关键词：液压旋转钻机；反井钻机；破岩机理；发展趋势
中图分类号：TD421．3 文献标识码：A 文章编号：1008-8725(2007)03-O004-02
Developing Tendency of Hydraulic Rotary Drill and Raise
Boring Machine
XU Zi-ping, SUN Yu-ping, CA0 Nian-bao
(Nanjing Research Institute, General Coal Mining Research Institute, Nanjing 210018, China)
Abstract: The present situation and developing tendency of hydraulic rotary drill and raise boring machine, the differences in rock crushing mechanism and the extracting methed of drilling, the relation between drilling depth and twisting moment, and the identities in property and working principle are introduced.
Keywords: hydraulic rotary drill; raise boring machine; crushing- ore mechanism; developing tendency
O 前言
与气动式钻机相比液压式旋转钻机具有扭矩大、噪声低、能量利用率高等优点。我国现有的液压式旋转钻机按应用场合不同大致可分为以下几类：锚杆钻机(包括手持式和支腿式等)、炮孔钻机(即液压旋转式凿岩机)、立井钻机(包括反井钻机、地质钻机、坑道钻机等)、岩巷全断面液压掘进钻机等。这些钻机在现场使用中都获得了成功，正向着系列化、标准化方向发展。到目前为止，我国已研制成功的主要产品有：MZ系列导轨式液压旋转锚杆钻机、 MⅥ1系列支腿式液压旋转锚杆钻机、HYY-30系列液压旋转式(炮孔)钻机及LM系列、ATY系列、ZFY系列和ZFYD系列反井钻机。
l 液压旋转式钻机与反井钻机破岩机理与排渣方式
尽管反井钻机也属于液压旋转式类的钻机，但液压旋转式钻机通常是指直接一次成孔的钻机，而反井钻机是指先向下钻出小孔，然后更换钻头，往上反扩大孔的钻机。
在破岩机理上不同之处在于：反井钻机采用的是冲击挤压破碎，钻头(包括3牙轮钻头和滚刀)由推进油缸升降产生轴向挤压力，3牙轮钻头或滚刀在随着刀体公转时也因摩擦力带动产生自转[1]，其上面的合金头在随钻头滚动的同时也产生对岩石面的冲击，岩石在挤压力和冲击力的双重作用下产生破碎(破岩机理见图1)。而通常的液压旋转式类的钻机在采用三牙轮钻头钻孔时破岩机理也和反井钻机一样，但在采用复合片硬质合金钻头、复合片金刚石钻头或球齿型钻头时，其破岩机理则为切削式破碎(破岩机理见图2)。
在排渣方式上，反井钻机在往下钻小孔时与普通液压旋转式类的钻机排渣方式基本相同，均为用洗井液(通常为压力清水)排渣，但在反扩大孔时，反井钻机的排渣方式则为靠岩石的自重下落排渣，不需要任何介质(反井钻机的排渣方式见图3)。
2 两种钻机钻深与扭矩之间的关系
对大多数液压旋转式钻机而言，由于排渣的不彻底性，钻机工作时既要克服切削(破碎)岩石所需扭矩，又要克服岩粉对钻具的摩擦产生的附加扭矩。钻机所需工作扭矩往往随着钻深的加大而提高(钻深与扭矩之间关系见图4)。反井钻机在往下钻先导孔(小孔)时，扭矩与钻深的关系也基本雷同，但在反扩大孔时，由于破碎的岩石直接往下坠落，岩粉对钻具不产生摩擦附加扭矩，因此反井钻机反扩大孔时所需工作扭矩基本不随钻深的变化而改变[2]。
3 液压旋转钻机与反井钻机共同点
反井钻机从属性上讲也属于液压旋转类的钻机，工作原理基本一致，其共同点在于：
(1)回转运动均由液压马达独立驱动，其既有由液压马达直接连接钻机主轴回转的形式，也有液压马达带动齿轮转动，经一级(或多级)减速驱动钻机主轴回转的形式。
(2)钻机的升降运动均由推进油缸单独提供。其推进油缸既有一只油缸独立驱动的形式，也有多只油缸(甚至有多只双级油缸)并联同时驱动的形式。
(3)反井钻机在往下钻先导孔小孔)时，在排渣方式上与普通液压旋转式类的钻机排渣方式基本相同，均为用洗井液(通常为压力清水)排渣，其扭矩与钻深的关系也基本雷同。
4 结束语
尽管反井钻机在结构上五花八门有所差异，国内LM系列与ATY系列反井钻机采用的是门形框架式结构，而ZFYD系列反井钻机和美国罗宾斯公司的反井钻机则采用的是两柱三缸式结构。但其工作原理都是一致的，均为由液压马达驱动钻机产生回转运动，由推进油缸带动主机上、下运动，并提供钻机工作所需的推拉力。
在控制上，美国和西方国家某些公司的许多反井钻机都采用了电液控制方式，但国内由于受电器元器件在煤矿井下使用的限制，目前还仍采用手动换向阀控制方式。随着国内防爆式电磁换向阀技术的成熟，我国的反井钻机的控制方式也必然会向着电液换向方式发展。
在施工技术方面，国内反井钻机施工时，全部采用的是人工操作的方式，在施工较深的反井时，经常发生因地质岩石情况变化，且岩层倾斜而产生钻孔偏斜率超限的故障，有时甚至因此而造成钻杆折断的事故发生。随着自动测偏技术和控制技术的发展，反井钻机的施工方式也必然会向着能够自动纠偏，能够随着岩石硬度和倾斜角度的变化自动改变推拉力和旋转速度的智能化方向发展。
参考文献：[1]徐小荷，余静．岩石破碎学[M]．北京：煤炭工业出版社，1984．
[2]徐子平，液压旋转式钻机应用前景探讨[J]．江苏煤炭，1989，(3)：54—57．
