我国地下矿山锚杆安装设备的发展现状.pdf

第6 0 卷第3 期 20 08 年8 月 有色金属 N o n f e l T o L l 5M e t a l s V d ．6 0 ．N o ．3 A u g u s t 200 8 我国地下矿山锚杆安装设备的发展现状 李军 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要锚杆安装设备是井下矿山支护作业中使用的主要工具，简要论述了国内锚杆钻机的发展现状，并对锚杆安装设备的 研制方向进行了探讨。 关键词采矿工程；锚杆安装设备；综述；锚杆钻机；锚杆钻车 中图分类号T D 3 5 3 ．6 ；T D 4 2 1 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 3 0 1 2 1 0 3 锚杆支护是矿山掘进及采矿作业中广泛使用的 支护方法，它通过锚人围岩内的锚杆，使支护体与围 岩本身形成一个统一的能够承受载荷的结构体，从 而提高岩体自身的强度，阻止或延缓围岩的变形发 展，保持了围岩的完整性和巷道断面形状，为掘进和 回采作业提供安全保障。据有关资料显示，我国国 有重点煤矿的年掘进量达6 0 0 多万r f l 。平均锚杆支 护率已达5 0 ％E l i 。在地下金属矿山中，随着掘进作 业向纵深发展，锚杆的用量也在逐年增长。锚杆的 种类有好多种，目前国内使用最多，技术也最成熟的 主要有水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、缝管式锚杆等。锚 杆安装设备是锚杆支护作业中不可或缺的施工装 备，它的性能及水平直接影响到锚杆安装的效率、成 功率与可靠性L 2 J 。 1国内专用锚杆安装设备研制现状 无论在煤矿还是井下金属矿山，安装一根锚杆 通常有三个步骤 缝管式锚杆除外 ，即钻孔、注浆 现多为成型药卷，人孔前在水中浸泡 、装入螺纹钢 筋。目前我国井下矿山普遍采用的方法是用锚杆钻 机钻孔，再由人工将备好的水泥或树脂药卷送人孔 中，最后将螺纹钢用锤击打人孔内，遇到大断面巷道 或工作面时，还要搭建工作台，所以工人的劳动强度 很高。 ．我国研制专用锚杆安装设备的工作始于2 0 世 纪7 0 年代末，当时主要应用于井下煤矿，由于煤矿 的岩石一般为硬度系数f 8 的软岩层，比较容易钻 凿，因此用于煤矿的锚杆钻机大多为回转式钻机。 收稿日期2 0 0 8 0 2 2 1 作者简介李 g 1 9 6 6 一 ．男，山西永济市人，高级工程师，主要 从事矿山机械等方面的研究。 在几十年的发展历程中，共有电动、气动、液压三大 系列3 0 多个品种得到应用。 1 ．1 电动锚杆钻机 电动锚杆钻机是一种较为简单轻便的锚杆安装 辅助设备，用于钻凿锚杆孔。这类钻机采用电动机 做回转动力，齿轮减速，液压油缸或气腿推进，电机 及减速装置布置在油缸或气腿前端。电动锚杆钻机 的特点是动力源单一，不需要二次能量转换，能耗 低，特别适用于煤巷和回采巷道支护。其主要缺点 是受到电机质量的限制一般功率较小，因此其钻孔 速度较低，适用于一些没有压气设施的特殊场合，大 规模推广应用有一定难度。 1 ．2 气动锚杆钻机 气动锚杆钻机是以压缩空气为动力，按破岩方 式又可分为回转式和回转冲击式两种。回转冲击式 锚杆钻机的钻孔破岩原理与气动凿岩机相同，即利 用压缩空气为动力源，驱动凿岩钎头做回转冲击运 动完成钻孔。目前我国许多井下矿山依旧采用气腿 式凿岩机用于安装锚杆钻孔作业。2 0 世纪8 0 年 代，我国在引进国外同类机型的基础上开发了 M F C ，Q M Z ，M 1 0 C 等系列产品，该类机型属气动回 转式钻机，主要由气马达、气腿和操纵臂组成，多级 伸缩式气腿采用工程塑料等新型材料，使整机质量 减轻，操作移动方便，换上附件还能安装树脂和水泥 药卷锚杆[ 1 ] 。这两种机型由于使用压缩空气，所以 不足之处是能量利用率较低，工作环境噪音大，且由 于气压波动，造成钻速不稳。然而，基于我国井下矿 山的现有条件，气动回转式锚杆钻机仍然是目前使 用的主流机型。 1 ．3 液压锚杆钻机 2 0 世纪8 0 年代以来，随着液压技术的迅速发 万方数据 1 2 2有色金属 第6 0 卷 展，人们又开发出了一系列的液压锚杆钻装设备。 煤矿使用的液压锚杆钻机的钻孔破岩原理与气动回 转式钻机并无不同之处，它是利用液压能做动力来 驱动低速大扭矩液压马达回转，从而带动钻杆回转 来完成钻孔。该种机型又分导轨式和轻型手持式两 种。导轨式只能钻顶部锚杆孔，手持式轻型钻机可 钻不同角度的孔，但推进行程短，～般需要换钎杆。 液压钻机具有噪音小、钻速快、节能等优点，由于采 用了低速大扭矩马达，因此省去了齿轮减速装置，使 主机质量减轻。然而液压泵站的配备又给整套装置 在移动上造成不便。因此，液压锚杆钻机常与采掘 机械或装岩机配套使用，组成采掘装锚机组，才能显 示其效率高、节省能量等优越性。由中科院南京所 研制开发的机载锚杆钻机可与中小型悬臂式掘进机 如E H J ．1 3 2 ，E B J ．1 6 0 H N 等 配套，构成掘锚机组， 掘出顶板即可及时支护，距工作面最小支护间距仅 为0 ．2 m ，使用于岩石硬度厂 1 2 以 上，所以以回转方式破岩的锚杆钻机不适用于井下 金属矿山。据了解，目前国内绝大多数金属矿山仍 然采用回转冲击式气腿凿岩机来钻凿锚杆孔，有液 压凿岩设备的矿山使用液压凿岩机钻孔，也有少数 矿山如金川、白银小铁山矿、凡口铅锌矿使用过从国 外引进的全液压胶轮行走式锚杆钻车。锚杆钻车的 应用真正实现了锚杆支护从钻孔、注浆到安装锚杆 整个过程的机械化自动化。例如芬兰T a m r o c k 现 属S a n d v i k 公司生产的R o b o l t 系列锚杆钻车，采用 内燃机驱动胶轮行走方式，大臂可自由回转、伸缩、 举升，以适应不同的巷道或采场断面及锚护角度。 其锚杆钻塔配备一台液压凿岩机钻凿锚杆孔，钻孔 完成后凿岩及推进装置移开，液压驱动的机械手自 动将要装入的缝管式锚杆对准已钻好的孔位，然后 由另一台液压冲击器将锚杆打入岩孔，完成一根锚 杆的安装，这种钻车的锚杆仓一次可携带1 0 只锚 杆，因此它可以一次连续安装1 0 只锚杆。T a m r o c k 公司还可根据用户的要求更换锚杆钻塔的配置，以 满足安装水泥砂浆锚杆和树脂锚杆的要求，使钻孔、 注浆 树脂 、装锚工作完全靠机器自动完成。 2 锚杆安装设备的使用情况及其发展 方向 锚杆安装设备在我国已有几十年的发展历史。 从自主研制到引进仿制的各类机型有4 0 余种，但真 正得到推广应用的机型却很少，仅占已开发产品总 数的1 0 ％左右，尤其是在金属矿山，锚杆安装设备 的研制工作进展缓慢，目前国内煤矿用锚杆安装设 备的使用情况有如下特点 1 单体气动回转式锚杆钻机，由于回转钻机和 推进气腿使用的动力源都是压缩空气，适合国内井下 的实际情况，移动操作方便简单，所以该种机型的使 用最为广泛。其中叶片马达式已基本淘汰，齿轮马达 式性能稳定已能替代进E l 产品，柱塞马达式也处于日 趋成熟阶段。尽管气动锚杆钻机也存在诸如能耗高、 噪音大、压力波动大等缺陷，但就国内目前的客观条 件，这类机型的使用还将持续相当长时间。 2 液压锚杆钻机的输出扭矩大，钻孔速率高。 作业环境也好，但需配备液压泵站，并且导轨式钻机 只能钻凿顶部锚杆孔，这给其应用带来一定的局限 性。因此如果与掘进机配套，共用其泵站，在一些钻 顶部锚杆孔的场合可发挥其优越性。手持式轻型液 压钻机同样面临液压泵站移动不便的问题。看来推 广应用液压锚杆钻机的出路在于发展锚杆钻车，而 锚杆钻车是一项涉及到机械、液压、电气等多学科的 综合技术系统，无论从造价到应用以及使用维护人 员的素质都有很高的要求，这无疑增加了它的使用 成本，从目前情况看，要在国内推广应用尚存在很大 的困难。 3 电动回转式锚杆钻机功率小、钻速低，不可 能被大规模应用，因为其能量单一，不需要使用压缩 空气，所以可以使用在没有气源的特殊场合。 我国一些金属矿山曾经引进过一些国外公司生 产的全液压锚杆钻车。如白银小铁山矿1 9 8 6 年引 进2 台T a m r o c k 产R o b o h 型锚杆钻车，金川二矿区 1 9 8 8 年引进4 台A t l a s c o p c o 产H 3 2 1 型锚杆钻车， 凡口铅锌矿引进锚杆钻车1 台和。蛆0 L T H 6 9 5 型 锚索钻车1 台等，这些设备都代表着当今世界的先 进水平，但由于技术管理、维护保养、人员素质、配件 供应等方面的问题，并没有完全发挥其应有的价值， 万方数据 第3 期 李军我国地下矿山锚杆安装设备的发展现状1 2 3 加之其昂贵的使用成本，使中小型矿山没有能力使 用。所以目前地下金属矿山仍然使用气腿凿岩机钻 凿锚杆孔，然后再用自制工具如木棍将水泥药卷或 树脂药卷送人孔内，最后将螺纹钢筋锚杆装入。如 果是缝管式锚杆，就用气腿凿岩机打进，有时甚至用 大锤打进，用气腿凿岩机安装时，还需将钎杆拿掉， 再加一辅助的偏心驱打装置，使整个安装过程费时 费力。由于使用非专业用安装工具，很容易造成锚 杆安装质量不可靠，甚至安装失败造成锚杆浪费现 象L 3J 。因此地下金属矿山用锚杆安装设备的研制 工作显得尤为迫切。 参考文献 3结语 做为锚杆钻装设备的主流，气动和液压两种机 型仍将是今后一段时期的发展方向，如何解决及完 善液压钻机与液压泵站的结合，使之能机动灵活，是 目前人们所面临的问题。 应加大井下金属矿山锚杆安装设备的研制力 度。在一些大的井巷及采掘工程中，锚杆钻车有其 不可替代的优越性。锚杆钻车是一个庞大而复杂的 系统，但随着科技的发展及地下矿山作业的机械化 自动化进程，我国也应该组织力量研制开发国产的 锚杆钻车，以满足井下矿山及地下工程的需求。 [ 1 ] 王吉安．浅析锚杆钻机的研制现状[ J ] ．煤矿机械，2 0 0 4 ， 9 1 0 0 1 0 1 ． [ 2 ] 张 茂．锚杆支护技术的应用现状和前景分析[ J ] ．太原科技，2 0 0 5 2 6 0 6 1 ． [ 3 ] 李军．液压缝管式锚杆安装机[ J ] ．矿冶，1 9 9 5 ， 4 2 2 2 5 ． D e v e l o p m e n tS i t u a t i o no fB o l tI n s t a l l i n gE q u i p m e n t sf o rU n d e r g r o u n dM i n e si nC h i n a L I J u n B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t A st h ei m p o r t a n tt o o l s ，b o l ti n s t a l l i n ge q u i p m e n t sa r eu s e di ns u p p o r t i n gw o r kf o ru n d e r g r o u n dm i n e s ． D e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i cb o l td r i l l si sb r i e f l yd e s c r i b e d ，a n dt h er e s e a r c ht r e n d s o ft h eb o l ti n s t a l l i n g e q u i p m e n t sa r ed i s c u s s e d ． ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；b o l ti n s t a l l i n ge q u i p m e n t s ；r e v i e w ；b o l td r i l l s ；b o l tj u m b o 万方数据