在岩石钻凿系统中研究钎具钻具性能

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1、在岩石钻凿系统中研究钎具钻具性能郭孝先1，李耀武2（1.煤炭科学研究总院，北京100013；2.国家安全生产矿山井巷设备与矿用油品检验检测中心，北京100013）摘要：煤矿以及软岩、硬岩的岩石钻凿系统，是研究钻孔与凿岩机械及其钎具钻具的基础。本文叙述了岩石钻凿系统研究与实践的基本情况，以列出的11个有关公式及2个图表、若干具体数据，从钻孔与凿岩机械输出能量特点、钎具钻具本身状况、岩石性质等方面，分析了冲击凿岩系统对钎具的影响和回转式钻进系统对钻具的影响，提出应将钎具钻具纳入岩石钻凿系统进行其性能与可靠性的研究。关键词：岩石钻凿；凿岩机械；钎具；钻具

2、；冲击凿岩；回转式钻进中图分类号：TD421.2+5文献标识码：B岩石破碎用钎具钻具是将钻孔与凿岩机械的能量，传递给岩石（含煤与非煤矿物性岩石以及各种非矿物岩石）并按预定目的（在岩石上钻凿不同类型的工程孔或碎裂岩石）破岩石钻凿系统的研究与实践自人类采用机械钻凿岩孔起（据有关文献记载，法国和意大利间的塞尼峰隧道在1碎岩石的工具类产品。按钻孔与凿岩机械破1857年，第一次使用了具有冲击机构的气岩原理，钎具以接受具有冲击机构的凿岩动凿岩机械，德国人于1876年研制成功以水为介质的钻机），钎具钻具便紧密结合钻孔与凿岩机械以及岩石条件而不断发展。国际著名的A

3、tlas-Copco公司曾与Sandvik公司合作，而后又与Secoroc公司联手参与凿岩机具市场竞争；以钎具产品创业的Sandvik公司收购了世界有名的Tamrock、Emco-Secoma钻孔与凿岩机械采矿设备公司，参与凿岩机具市场竞争等，证明钻孔与凿岩机械和钎具钻具的一体协调发展，能在岩石破碎工程中取得更好的效果。人们在寻求凿岩与钻进岩石破碎方法、高效钻孔与凿岩机械以及配套工具的过程中，以钻孔与凿岩机械-钎具钻具-岩机械能量为主进行岩石破碎；钻具以接受具有回转机构的钻孔机械能量为主进行岩石破碎。不同结构的钎具，有整体钎具（具有钎头的钎杆）、分

4、体钎具（含钎杆与可卸钎头）、接杆组合钎具（含钎尾、连接套、钎杆、钎头）；不同结构的钻具，有分体钻具（含钻杆与可卸式钻头）、组合钻具（含钻杆、钻头、钻杆连接体等）。钎具钻具影响岩石破碎速度与经济效益，是钻孔与凿岩机械破碎岩石的关键配套机具。在我国钎钢钎具行业空前发展的今天，在钎具钻具产品发展与竞争中，应注意钎具钻具产品与钻凿工作系统的依存关系的研究，以钎具钻具和钻孔与凿岩机械以石进行研究为基础，促进了钻孔与凿岩机及岩石之间的合理匹配，使钎具钻具产品达到高性能、高可靠性，尽快使我国由钎具钻具消耗大国转变为钎具钻具生产强国。凿岩机械气动工具，2009（1

5、）械以及钎具钻具产品的发展。人们研究岩石和钻孔与凿岩机械、钎具钻具间的关系，使机械化钻凿岩石的技术水平空前提高。31国外全液压凿岩设备的凿孔速度达180m/h以上，并已实现按具体岩石性能进行计算机程序控制的自动化凿岩作业，钻孔效率是1857年第一次使用钎杆与活塞一体的活塞考虑了钻孔与凿岩机械、钎具钻具、岩石之间相互关系，除进行钻孔与凿岩机械性能参数试验研究和测试外，还进行了实际凿岩性能的试验研究、实际凿岩噪声性能的式气动凿岩机的100倍以上，美国肯南麦试验研究、凿岩机具撞击载荷特性的研究、钎具波形螺纹传递效率的研究、锚杆钻机与回转钻进系统的试验研究

6、等。针对煤矿岩石条件，起草了煤矿用液压钻车、煤矿用液压凿岩机、煤矿用气动凿岩机、煤矿用锚杆钻机、煤矿液压凿岩钎具、煤矿锚杆钻机用回转钻杆等10余项标准，并进行了百余特公司的硬质合金小直径回转钻头，在美国、澳大利亚、英国、南非、加拿大、新西兰以及南美各国等有广泛的市场，产品的成功源于企业的技术研究中心将钻头视为钻进系统的一部分，在砂岩、混凝土等岩样上进行大量的模拟试验，对抗压强度30MPa以下、30MPa~50MPa、50MPa~100MPa、以企业三千多台件钻孔与凿岩机械、钎具钻及100MPa以上的岩石进行分级，针对不具产品的检验测试，为煤矿安全有

7、效地使用钻孔与凿岩机械及其钎具钻具起到积极作用；北京钢铁研究总院、中国地质大学、贵阳钎钢研究所等钎钢钎具研究单位，结合我国实际情况，开发了多种适于我国凿岩工程岩石条件的钎钢、钎杆钻杆、钎头钻同岩石等级与回转钻机的不同类型，对钻杆、钻头的结构，钻头壳体的材料与表面硬度、硬质合金材料与表面硬度等进行试验研究，能为不同回转钻机、不同岩石条件提供不同类型的回转钻头。我国有关高等院校、科研单位、生产企业等对岩石钻凿工作系统也进行了大量卓有成效的研究，例如，东北大学徐小荷教授等对冲击凿岩理论进行系统试验研究，在冲击凿岩应力波以及冲击能量的传递、撞击凿入系统的基

8、本特性、冲击凿岩系统与头等钎具钻具产品，并协助钎钢钎具协会定期交流经验，推动了我国钎钢钎具行业的发展；中国科学院沈阳金属研