气动锚杆钻机改进研究

1、气动锚杆钻机改进研究 研究小组组长：汪翔 武建华 研究小组成员：单晓飞 刘伟 前言前言 锚杆钻机简介 锚杆支护是一种快速、安全、经济、可靠的巷道 支护方式，锚杆钻机是专用于井下巷道顶板和侧 帮打孔和安装锚杆的支护类设备，在我矿井下巷 道掘进中大量使用。 锚杆钻机主要用于煤矿岩石硬度f8的煤巷、岩 巷锚杆、锚索支护钻孔。 锚杆钻机也可搅拌和安装树脂类锚杆、锚索。 对于带阻尼螺母的锚杆，可在搅拌时直接上紧螺 母，实现锚杆搅拌、安装一次完成，并满足初锚 预紧力的要求。 一、锚杆钻机分类 从动力源上分，可分为：液压锚杆钻机和 气动锚杆钻机。 从结构上分，可分为：气腿式锚杆钻机和 手持式锚杆钻机。 从工

2、作面不同分，可分为：打顶锚杆钻机 和打帮锚杆钻机。 二、主流产品介绍 1、单体气动回转式锚杆钻机。 2、液压锚杆钻机。 3、钻车式与机载式锚杆钻机 气动锚杆钻机 打顶锚杆钻机 打帮锚杆钻机 手持式锚杆钻机 又叫手持式帮机 液压锚杆钻机 钻车式与机载式锚杆钻机 钻车式锚杆钻机机载式锚杆钻机 当前钻机优缺点 单体气动回转式锚杆钻机单体气动回转式锚杆钻机 优点优点：1、重量轻、方便操作。 2、气动马达、功率大、效率高、使用寿命长。 3、推进部分采用新型玻璃钢气缸，安全防爆、轻便灵活。 缺点缺点：1、条件限制：煤矿井下压缩空气系统的输送管道距离长， 井下气动设备多，工作面气压偏低，常常在0.4MPa以

3、下，使钻机性能 与钻进速度都比0.63MPa压力下降30%以上，影响锚杆钻进的效果。特 别是在坚硬岩石与深孔作业条件下，钻进工作更加困难。 2、国产齿轮式马达的锚杆钻机传动件、支腿以及密封等都 存在问题，产品质量不稳定。虽然齿轮气动马达式已基本能代替进口 产品，但玻璃钢支腿等部分的可靠性还需进一步提高。 3、国产柱塞式马达的锚杆钻机正处于开发、试用阶段，若 大面积进行推广，还需要在非金属材料、气马达性能等技术上与其它 方面做很多工作。 当前钻机优缺点 液压锚杆钻机液压锚杆钻机 优点：1、输入扭矩高于气动锚杆钻机，与掘进机配 套是较优越的工作方式。 2、推进系统容易与钻机回转系统匹配。 缺点：1

4、、液压系统容易发热，有的产品连续运转时 转速下降率较高，导致井下钻进无力。 2、由于使用矿物油为工作介质，在煤矿井下 使用存在安全隐患。 3、存在渗漏、泄漏问题。 4、必须配备辅助液压泵站，给井下使用维修 带来不便 。 当前钻机优缺点 钻车式与机载式锚杆钻机钻车式与机载式锚杆钻机 优点：1、打钻速度快 2、劳动强度小 3、安全性好 缺点：1、锚杆钻车在井下需占用一定空间 ，对施 工现场环境要求较高。 2、技术性较高、对操作者要求较高，维护困 难。 3、国产钻机处于起步阶段，进口钻机价格昂 贵，售后服务跟不上。 小结 综观国外锚杆钻机发展历程以及国内多方面实践， 针对煤矿经济状况与煤岩、半煤岩巷

5、道的具体特 点，单体回转式锚杆钻机是一个时期内产品生产 与开发的主流。从目前技术现状看，在具有压缩 空气源的条件下，气动回转式锚杆钻机仍为首选 产品。但是，如何解决压缩空气工作压力不足的 问题会逐渐引起人们的重视。合理选择压缩空气 管网系统，正确确定空压机及其动力系统的技术 参数，开发新型的提高压缩空气压力的机械设备， 将成为进一步发挥气动锚杆钻机作用的关键。 当前我矿使用的锚杆钻机 我矿现在巷道掘进使用的锚杆钻机大部分 是气动锚杆钻机，多数为安徽宏昌和江苏 江阴的产品。我矿引进这两个厂家的产品 技术参数差别不大，功用基本相同，但现 场使用效果差别较大。 安徽宏昌MQT系列气动锚杆钻机 -安徽

6、宏昌机电装备制造（集团）有限公司 “宏昌”牌MQT系列气动锚杆钻机，是借鉴国外先进钻机成熟技术，结合我国煤矿现场实 际的使用环境和要求，研制开发的一种新机型。可广泛使用岩石硬度F10的井下巷道 和地下工程，特别适用于煤巷顶板锚杆、锚索等支护作业。既可钻顶板锚杆孔，又可 以作为树脂药卷类锚杆、锚索搅拌与安装的设备（不再需要其他辅助设备）。实行螺 母一次达到初锚预紧力的要求。本系列钻机除具有重量轻、易移动、操作简单、维修 方便、钻进效率高的特点外，还具有下列独特的性能和特点： 1、MQT系列锚杆钻机回转器采用均压气腔供气，设计更趋合理，高压供气平稳，废气 排放顺畅，是目前国内外首创的新型风动齿轮式

7、马达。 2、扭矩大，机械性能好，气缸推力与工作扭力匹配合理。 3、转速高，有利于使用普通的硬质合金钻头，工作效率高。 4、进出气的不对称布置，传动齿轮模数的改进，提高了传动效率，增大了输出扭矩。 5、水阀有不锈钢球阀和往复阀两种，能适应井下各种中、高压水和不洁净水。 6、主轴与钎套的改进避免了经过一段时间的磨损和锈蚀，钎套不易拆卸的缺点。并在 有一定倾角度作业中主轴不易折断。 7、气缸配置了双排气路，回落快，加速了作业节拍，提高了工作效率。 8、对钻机一些易锈蚀零件，进行了从材料到工艺的改进，提高了钻机的防锈蚀能力。 MQT-120/2.7 MQT-120/2.7 气动锚杆钻机气动锚杆钻机 -

8、江阴长力科技有限公司 适用范围：适用范围： MQT-120/2.7型气动锚杆钻机广泛适用于岩石硬度 f8的巷道，特别适应煤巷的锚杆支护作业，既 可钻顶板锚杆孔，又可钻锚索孔，还可搅拌和安 装树脂药卷类锚杆、锚索，无需其他设备，即可 实现锚杆螺母一次安装拧紧，达到初锚预紧力的 要求。 特点：特点： 体积小，重量轻，操作简单，维护方便。齿轮式 气动马达，运转稳定，可靠性高。新型玻璃钢气 腿设计，安全防爆、使用寿命更长。 安徽宏昌MQT系列气动锚杆钻机 -MQT-130/3.2II型气动锚杆钻机基本参数表 工作压力MPa0.40.63 空载转速r/min700 额定转速r/min240 额定扭矩N.

9、m130 额定压力MPa0.5 耗气量m3/min3.8 推进力kN5.28.3 整机高度收缩：1330mm伸长：3100mm 噪音dB(A)95 MQT-120/2.7 MQT-120/2.7 气动锚杆钻机气动锚杆钻机 -江阴长力科技有限公司 工作压力MPa0.40.63 空载转速r/min 600 额定转速r/min200 额定扭矩N.m120 额定压力MPa0.5 耗气量m3/min2.93.8 推进力kN9.5 整机高度收缩：1290mm伸长：3060mm 噪音dB(A)95 当前我矿使用的锚杆钻机 当前我矿使用的锚杆钻机 使用情况比较 安徽宏昌锚杆钻机 1、产品设计较繁琐，给维修造成

10、不便（后附图）。 2、部分钻机气腿密封性不好，密封圈和防尘圈装配不好， 返修后至少两人协作维修，江阴的钻机只需一人即可维修。 3、宏昌的钻机阀块装配不好（后附图） 。 江苏江阴锚杆钻机 1、产品设计合理紧凑，装配较好。 2、故障率较低，维修方便。 3、使用寿命较宏昌长，评价较高。 钻机主轴比较 上面为宏昌的钻机主轴，由三部分组装而成。 下面为江阴的钻机主轴，是一个整件。 设计上的繁琐，必然造成维修上的不便，上文所述宏昌的 气腿维修难度大同样是这个原因。 阀组与阀块的装配 左图（阀块）、右图（气阀组、水阀组、气马达阀组） 宏昌的阀块总成，阀组与阀块难以拆装，三个阀组任意一个出现故障， 只能更换阀

11、块总成。 江阴的阀组与阀块拆装方便，三个阀组任一个出现故障都可更换。 当前我矿使用的锚杆钻机 钻机使用中主要存在问题钻机使用中主要存在问题 钻机马达的轴承使用寿命短，轴承润滑脂润滑效果不好，从锚杆钻机 的维修率来看，80%故障原因是轴承损坏和润滑效果不好，而润滑效 果不好又会导致轴承损坏。 进货时无法现场检验，导致不合格产品流入市场，个别钻机在井下打 钻“没劲”。 锚杆钻机在打钻时出现“卡钻”，曾出现反扭矩伤人的情况。 研究项目内容 芦岭煤矿生产环节众多，随着井下机械化程度不断提高， 综采、综掘设备的安装更新快，锚杆钻机在我矿井下巷道 掘进中大量使用，由于受井下作业环境和操作人员素质的 影响，

12、锚杆钻机在使用过程中易发生卡钻、断杆、蹦刃等 故障，同时由于钻机属转动设备，易出现对操作人员身体 缠绕造成伤害。因此，需对包括风动锚杆钻机在内的转动 工具的性能及安全操作注意事项进行专题研究，改进钻机， 规范操作行为，提高人员素质，从而减少事故发生。 研究方法研究方法 本研究课题主要采取： 现场调研 技术分析 先进单位学习 购买相关技术书籍，自修 提出整改方案 现场试用改进 形成科研报告。 计划进度计划进度 2012年6月：深入井下掘进现场，对风动锚杆钻机使用情况进行全面 了解，掌握钻机在使用中存在的问题及缺陷，记录相关技术参数，掌 握第一手资料。 2012年7月：对现场存在问题进行分析，提出

13、改进意见。和相关厂家 进行沟通，掌握钻机详细资料，并对现有钻机进行拆装研究。 2012年8月：对风动锚杆钻机自行改进试验，同时联系厂家加工生产 新钻机，到现场进行应用。 2012年10月：在新产品试用的基础上进一步改进完善，同时形成科研 报告。 研究方案 气腿密封性 气动锚杆钻机的动力源是压风，气腿密 封不好，会导致作业时气腿的推力不足， 影响施工。气腿中密封件较多，国产钻机 密封性能不好也是普遍存在的问题，所以 如何保证气腿的密封性能是一个需要研究 的课题。 气腿组成部件 研究方案 钻机轴承使用寿命短 气动锚杆钻机的核心部件气马达中轴 承损坏的现象较多，维修人员反映出厂钻 机配套轴承质量较差

14、，下阶段我们将针对 这一情况进行分析，究竟是轴承质量差， 还是因为润滑不到位导致的轴承损坏，之 后根据分析结果制定解决方案。 锚杆钻机转动部件构成 马 达 构 成 传 动 部 件 构 成 研究方案 转动部位保养不到位 钻机在使用过程中对气动马达的保养 不好，压风中存在的水分进一步导致润滑 脂的流失，致使传动部位和马达缺油，出 现转动不灵活、轴承卡死现象。 针对这一现象，应加强对钻机的维护 保养，使用过程中经常对钻机的传动部位 加注润滑脂，确保转动部位可靠运转。 传动部件和马达部件 研究方案 规范操作 安全确认 因井下作业环境限制，易出现设备碰、 摔、挤坏现象，致使钻机无法正常作业， 甚至造成安

15、全隐患。 针对这一现象施工前应对钻机进行检查， 并空运转，发现钻机异常，应及时维修， 之后再进行作业。 研究方案 图示为我矿上井维修的一部气动锚杆钻机的操作手把。护手已经变形， 但上井前未进行修复，操作者可能未意识到，这是一个安全隐患。这 种情况可能会导致操作者作业时，松开扳机后，不能停掉压风，钻杆 继续转动或产生反扭矩而造成安全事故。 研究方案 易出现卡钻现象 我矿现阶段修护地点较多，存在二次支护现 象，因此不可避免的打钻时出现钻杆与锚杆或笆 网接触，导致卡钻现象。 通过现场调查发现，现阶段使用的钻机失速 扭矩均在260N.m350N.m范围内，正常成人操作 承受扭矩在400N.m左右。因此

16、正常的操作可以避 免因卡钻导致伤人现象出现。 但是考虑到职工素质的差异及现场环境的局 限性，尝试给钻机加一道反扭矩保护，提高钻机 的安全性能。 研究方案 设备维修 设备的上井维修和日常维护对钻机的持 续使用起到关键作用。加强对设备的维修 和日常维护可以节约大量资金。 人员培养 通过现场调查发现，钻机的故障及出 现的安全问题大多是操作者操作不当引起 的，因此加大对操作人员技能培训至关重 要。 钻机使用操作规程钻机使用操作规程 -气动锚杆钻机操作规程（气动锚杆钻机操作规程（MQT-130/2.0系列）系列） 一、一般规定 1、钻机司机应相对固定，专职、专责。 2、钻机司机必须经过培训，考试、考核合

17、格。 3、钻机司机应熟悉设备的一般构造、工作原理，机器技术特征，各部性能以及使用操作工艺要求。 4、钻机司机应严格执行交接班制度和工种岗位责任制。 二、操作前的准备 1、检查设备各部件是否完好，各保护装置、仪表、阀门、管路等是否有松动或损坏。 2、检查压缩空气压力，应保持在0.40.63MPa，在钻机进气口5m左右测定。 压缩空气要洁净和干燥，在准备时应把附近气水分离装置中的积水排放干净。 3、检查冲洗水。水质要洁净，水压应保持0.61.2MPa。 4、检查钻机润滑情况。 应调节好悬挂式铝壳注油器的出油量，把适量的雾状油粒卷入压气气流，带到气马达的运转零件表面。 注油器储油量为150ml，加油

18、时以留有10%的容腔为宜，注油器盛油后，要处于悬挂状态。 注油器使用30#机械油。 气动马达中的滚动轴承，钻机传动箱的齿轮付和滚动轴承的润滑，使用2#合成钙基润滑脂（ZG2H）。 钻孔作业时，禁止无油作业。注油器内必须有润滑油储存。润滑油耗量以每分钟23ml为宜。 钻杆插入钻机输出轴之前，要先涂上润滑油脂。 检修气动马达和传动箱时，应对滚动轴承注以ZG2H油脂，传动箱内应存储2/3容腔的油脂，每使用0.51个月通过传动箱上的两 个注油嘴补充注入润滑油脂。 5、检查钻杆 插入钻机部分的六方对边尺寸为19mm，要求具有一定的弹性和耐磨性，禁止使用弯曲的钻杆。 三、操纵 1、钻机的操纵机构集中在摇臂

19、的手把端，作业时操作者手持手把，进行操作。 2、作业前的检查： （1）润滑良好； （2）接装进气、进水接头前，钻机水阀旋钮必须处于关闭位置； （3）每次接装进气、进水接头时，都应先冲洗出管内砂石等异物，包括压缩空气管路内的冷凝水； （4）操作者的站位，应在钻机摇臂端的外侧； 钻机使用操作规程钻机使用操作规程 -气动锚杆钻机操作规程（气动锚杆钻机操作规程（MQT-130/2.0系列）系列） （5）按顶板高度，选用合适的初始钻杆； （6）空运转，检查马达旋转、气腿升降、水路启闭，全部正常才能正式投入作业。 3、钻锚杆孔作业 （1）开眼位时，转速不可过快，气腿推力要调小一些。当钻进孔眼30mm左右时，方可逐步加快转速，加大推力，进入正常钻孔作 业。 （2）钻孔到位后，关闭气腿进气，调小出水量，减慢转速，使钻机靠自重平稳地带着钻杆回落。 （3）套钎钻孔时，长钻杆的钻头直径宜稍小于短钻杆所用的钻头直径。 （4）每次钻孔作业完毕，应先停机，再让钻机空运转一下，去水防锈。 4、搅拌和安装锚杆作业 （1）人工用锚杆将两节锚固剂向锚杆孔内推入，并顶到位；装上搅拌套筒，用锚杆机搅拌和安装；钻机的转速，先以中速为宜； 气腿推进的时间以1530s为宜。 （2）搅拌时，切勿