摘 要 研制成功的7665MZ系列双级气腿凿岩机，用于钻凿与巷道顶板垂直的锚杆孔，并搅拌和初装树脂锚杆。它可适应不同巷道高度，对付软硬各类岩石，钻凿大小不同孔径的锚杆孔。既适应岩巷，又适应采准巷道。其多功能特性，有利于保证工程质量，提高作业效率，降低施工成本，取得重大效益。
关键词 双级气腿凿岩机 锚杆支护 钻孔 正转
90年代初，当我国煤炭工业决策对岩石巷道掘进技术和装备进行综合优化时，发现虽然锚杆支护技术推广已30余年，但在巷道施工中，还没有理想的凿孔机具，因钻凿工作面炮孔的机具很难钻凿出与顶板垂直的锚杆孔，而钻凿与顶板垂直的锚杆孔的机具也都不能钻凿工作面炮孔。为此，衢州煤矿机械总厂于1991年研制成功ZY24M系列双级气腿凿岩机，解决了上述难题；经原煤炭工业部推广，在全国煤矿使用量已超过5 000台，使用面也从岩巷扩展到采准巷道。
为了适应全国而不是部分矿区的使用条件，扩大双级气腿凿岩机的服务范围，经多年的研究、改进和技术攻关，研制成功了新型的专利产品——7665MZ系列双级气腿凿岩机。
1 7665MZ系列双级气腿凿岩机的特色
1.1 保留了双级气腿凿岩机的根本特色
常规的气腿式凿岩机高2～2.4m，在中小断面巷道钻不出与顶板面相垂直的锚杆孔，为巷道工程留下了质量隐患。为此，研制成功双级气腿凿岩机，其特色是既能钻凿工作面炮孔，也能钻凿与巷道顶板垂直的锚杆孔。
7665MZ系列双级气腿凿岩机有8个高度规格。为了在1.6～3.0m高的中小断面巷道钻出合格的锚杆孔，专门配置了5个矮规格。选型时，机子全伸长高度略高于巷道高度。还有3个通用机型，适用于中大断面巷道。能一机多用，可钻锚杆孔，也可钻工作面炮孔；还能实现一次成孔，即钻锚杆孔无需套钎作业，钻工作面炮孔可明显减少挪动气腿次数，甚至无需挪动气腿。
7665MZ系列机简单、适用、轻便，机子矮，行程大，兼具向上式凿岩机和气腿式凿岩机的功能，充分体现了双级气腿凿岩机的根本特色。
1.2 提高了综合凿岩性能，满足全国矿山的要求
向全国煤矿推广第1代双级气腿凿岩机时，很多矿山反映其凿岩速度比原来使用的凿岩机慢。尽管能钻出合格的锚杆孔，因钻速慢，严重影响使用和推广。
提高凿岩速度，就需要提高凿岩机的冲击功率，研究增大冲击能量、冲击频率或其乘积的方法。而难点在于冲击能量不能一味增大，因为既要考虑机子的可操作性、平稳性，又要防止频繁断钎；而冲击频率也不能一味增大，因为冲击频率过大，机子的振动会使操作者手麻，恶化劳动条件，损害健康。同时，在研究提高凿岩速度时，还需保持机子的凿岩经济性水平。为此，运用CAD技术，进行设计优化，为7665MZ机配置了主参数，核定了配气机构。
经周密检测和长期工业使用表明，7665MZ机综合凿岩性能极佳：机子运转平稳，振动无手麻感觉，断钎现象明显少于其他机型；可操作性与ZY24M机型相当，而凿岩速度提高了15.7%，钻凿等长岩孔的耗气量相对节省5%。就其凿岩速度分析，它可满足全国大多数矿山的要求，为双级气腿凿岩机推广应用创造了有利条件；而从提高凿岩的经济性分析，表明设计优化取得了成果，开发了较高水准的机型。
1.3 创新开发了正转凿岩机，具有搅拌锚杆和初装锚杆的功能
近年来，我国煤矿普遍推广和使用树脂锚杆，但搅拌和安装锚杆往往无合适机具，操作劳动强度很大。所以，如果把双级气腿凿岩机设计成既可钻孔，还能搅拌和安装锚杆，一定会有非常好的发展前景。
当今，国内外凿岩机的旋转方向，从手把端向钎杆方向看都是逆时针，叫做反转。反转，不能用来搅拌和安装我国普遍使用的右旋螺纹树脂锚杆。因此，需要突破国际凿岩机行业的惯例，开发顺时针方向旋转的凿岩机。
确定旋转方向后，还需使搅拌的锚杆达到合格的锚固力。对于凿岩机而言，在于研究回转功率，研究转速和扭矩。一般以为，凿岩机的转速和扭距都不行；但是认真分析后，发现凿岩机的空转转速并不低，可保持350～400r/min水平，能满足搅拌的需要。问题在于凿岩机的扭矩一般为14N.m，确实偏小。为此，一方面增大凿岩机缸径，加大内回转机构的螺旋副导程，以增大扭矩；另一方面加大活塞行程，提高冲击频率，以保持转速。这两项技术措施在7665MZ型机上效果显著。经测定，0.5MPa气压时，空转转速达390r/min，保持了较高的水平；扭矩达到21N.m，比ZY24M型机提高40%。
西山矿务局西曲矿使用7665MZ正转型机成功地进行了搅拌和初装树脂锚杆的作业。钻完φ30mm×1 600mm锚杆孔后，借助辅具，随机搅拌并初装树脂锚杆。与原来的煤电钻搅拌作业相比，既快又省力，而且机子平稳，搅拌充分。搅拌时间一般为20s，终止时转速保持180r/min左右。无论端头锚固，还是全长锚固，拉拔力均能超过规定的要求。凿岩机能搅拌和初装树脂锚杆，是技术上的又一次突破，实现了锚杆机具单一化，为矿山解决了又一个难题。
1.4 为全国煤炭工业推广“三小”准备了充分条件
全国煤炭工业推广“三小”(小钎头、小锚杆、小炸药卷)就是凿岩向小孔径方向发展。当前，我国气腿式凿岩机均配用B22mm×108mm六方中空钎杆，可钻凿孔径φ32～42mm。如今，许多煤矿的锚杆孔直径已经小到φ27mm，现行凿岩机难以实现。所以，7665MZ机在设计阶段就作了综合技术处理，不仅提高了钻凿速度，而且实现了凿岩平稳，从而在按常规配用B22mm×108mm小钎杆外，还为配用B19mm×108mm小钎杆留了余地，使钻凿φ27mm小岩孔成为可
能。
7665MZ系列双级气腿凿岩机工作气压0.5MPa，配用不同钎杆和不同直径钎头的凿岩速度见表1。表1所列凿岩速度不仅反映了机子的水平，而且对于矿山合理选用钎具、降低工程费用、提高施工工效具有重要参考价值。
当前，我国已有矿区使用此机配以小钎杆钻φ27mm锚杆孔，说明已经为“三小”准备了充分的实施条件。表1 7665MZ系列机凿岩速度
| 钎 杆 | 钎 头 | 凿岩速度 | ||
| 型 式 | 直径/mm | /mm.min-1 | 对比/% | |
| B22mm×108mm 1.2mm |
一 字 马蹄形 |
40 38 32 |
551 660 744 |
100 120 135 |
| B19mm×108mm 1.2m |
30 28 |
846 954 |
153 173 | |
1.5 具备了多功能凿岩作业条件 7665MZ系列凿岩机除了与双级气腿匹配外，还可按矿山施工需要选用适宜的凿岩方式。 (1)仅用主机，手持凿岩。 (2)匹配FTD140型单向气动气腿，成为某些矿区习惯使用的单向气动气腿式凿岩机。 (3)匹配FTS140型双向气动气腿，成为许多矿区习惯使用的双向气动气腿式凿岩机。 上述凿岩作业方式各有长处，各有适用范围；只需更换气腿，操作简便，在巷道工作面都能做到。这样做，能使矿山的凿岩机具实现单一化，简化管理，发挥效益。 1.6 提高了双级气腿的可靠性 双级气腿的相对使用寿命与所有气腿式凿岩机的气腿一样，要短于主机。这是因为巷道凿岩工作条件恶劣，难免与岩石磕碰摩擦，或有岩浆淋落倒灌。气腿气缸虽然采用高强度硬铝管，但不能与主机的优质硬化钢件相提并论。而为了控制机重，现阶段还只能在此基础上采取措施，提高可靠性，延长使用寿命。 FT140D系列双级气腿有3项技术改进：一是在缸筒的有限空间精心设计密封件，提高了密封件寿命；二是在中筒摩擦副表面采用固体润滑膜技术，相对延长中筒使用寿命；三是创新布置中筒与薄壁活塞的连接结构，提高气腿的使用可靠性。 同时亦需强调，双级气腿的使用寿命因矿山的使用维护不同而相差悬殊。因此，对操作者要强调使用维护，避免无谓的磕碰损伤；对机修者要强调及时更换密封件，防止岩浆倒灌；对矿山要强调适当增订气腿，常备配件，保障使用。 1.7 开发了低价位、易推广的凿岩和锚杆机具 为了开发低成本、低价位的新产品，对7665MZ系列机，尽可能沿用已经规模生产的典型成熟结构，以提高通用化程度。零件通用率现高达82%。因此，当首批产品以低廉价位投入市场后，受到了煤矿的格外重视。这种机具，实用、经济。在使用上，可以取代气腿式凿岩机，也可以顶替进口和国产的纯旋转锚杆机；在价格上，稍高于气腿式凿岩机，而远低于纯旋转锚杆机。这对于许多正在规划推广锚杆支护技术，又深感资金运作紧张的矿山，无疑是很好的信息(价位低，买得起)。因此，十分有利于全国锚杆支护技术的推广和普及。 2 技术性能 7665MZ或7665M双级气腿凿岩机技术性能见表2、表3。 3 应用前景 7665MZ系列双级气腿凿岩机在煤矿适用于岩巷和煤巷。 全国煤矿岩巷掘进工作面有2 000多个，年成巷260万m,锚喷支护率已达45%。现多数煤矿仍然使用气腿式凿岩机，锚杆孔打不垂直，给巷道工程留下质量隐患。现在有了合适机具可供选用，就会受到全国煤矿安全和生产部门的重视。 表2 7665MZ或7665M双级气腿凿岩机技术性能 |
| 双级气腿型 | 总行程 /mm |
机组最大高度/mm | 机组质量 /kg |
适用巷道 高度/m | |
| 收缩状态 | 伸长状态 | ||||
| FT140Da | 648 | 1 100 | 1 748 | 38.1 | 1.7 |
| FT140Db | 848 | 1 200 | 2 048 | 39 | 2 |
| FT140Dc | 1 048 | 1 300 | 2 348 | 39.9 | 2.2 |
| FT140Dd | 1 248 | 1 400 | 2 648 | 40.8 | 2.4～2.6 |
| FT140De | 1 448 | 1 500 | 2 948 | 41.7 | 2.6～3 |
| FT140D1 | 1 648 | 1 600 | 3 248 | 42.6 | - |
| FT140D2 | 1 848 | 1 700 | 3 548 | 43.5 | - |
| FT140D3 | 2 048 | 1 800 | 3 848 | 44.4 | - |
|
表3 凿岩机技术性能 |
| 凿岩机 型 号 |
旋转 方向 |
质量 /kg |
缸径 /mm |
行程 /mm |
0.5MPa气压时 | 气管内径 /mm |
水管 内径 /mm |
钎尾套 /mm | |
| 频率 /Hz |
耗气量 /L.s-1 | ||||||||
| 7665M 7665MZ |
反转 正转 |
25.5 | 76 | 70 | 34 | 56 | 25 | 13 | B22×108 (B19×108) |
| 全国煤矿煤巷年成巷270万m，锚杆支护率为20%。预计近几年锚杆支护技术将迅速推广。煤巷顶板围岩很复杂，遇到硬岩顶板或软岩顶板中的硬岩夹层时，纯旋转锚杆机就难以适应(耗损机具，增加费用，延误工期)，而7665MZ系列机则较适用。此外，对付中、软岩石亦是7665MZ系列机的长处。它功能齐全，价位低廉。价格只及国产气动锚杆机的1/6，进口机的1/20，较适应我国煤矿的经济承受能力。 此外，该系列机也适用于冶金、有色、交通、铁道、建材、军事等巷道工程，同样具有很好的推广应用前景。 4 结 语 7665MZ系列双级气腿凿岩机适应不同巷道高度，可用于软、硬各类岩石，钻凿大小不同孔径。不仅可钻凿锚杆孔，也可钻凿工作面炮孔，还可搅拌和初装树脂锚杆。既适用于岩石巷道，又适用于采准巷道。它的多功能特性，在国内外尚无同类凿岩机可比，独具特色。 开发之初，已有千余台凿岩机在全国煤矿使用，考核充分。整机使用寿命已超1.55万m岩孔，而且价位低廉，极具推广前景。 在全国煤矿普遍推广锚杆支护技术的同时，推广7665MZ系列双级气腿凿岩机，充分发挥其功能和潜力，将有助于保证巷道工程质量，提高作业效率，降低施工成本，为我国煤炭和采掘工业创造较大的经济效益和社会效益。 作者单位：浙江衢州煤矿机械总厂，324000 作者简介 蔡叔眉，男，1934年12月出生，教授级高工。1963年毕业于浙江大学函授部本科，长期从事凿岩机械技术工作，获多项国家专利和省部级科技进步奖，1992年起享受国务院颁发的政府特殊津贴，现任衢州煤矿机械厂厂长顾问。发表多篇论文。 |
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