1、1 煤矿用锚杆钻机存在的问题 我国研制的锚杆钻机类型与型号不少，但正式批量生产并在生产建设中起作用的不多，目前存在的主要问题是： (1)钻车式锚杆钻机效率高、劳动强度小、安全性好，但因煤矿井下狭窄，锚杆钻车在井下需占用一定空间，目前尚未解决好使用锚杆钻车的施工工艺问题。因此，虽然锚杆钻车曾取得良好效果，但在短时间内难以广泛推广。 (2)单体式锚杆钻机质量轻、体积小，可由人工挪移，先后有 30 种以上的单体锚杆钻机投入煤矿试验和使用。但是，投入正式批量生产的产品还不到 10%，在煤矿井下成为锚杆支护作业主产品的则更少，其主要原因是产品性能与可靠性都存在以下问题：电动锚杆钻机结构比较简单，但转矩特
2、性较差，电机容易过载，加上锚杆孔钻进是立式作业。电机内易受淋水污染，电气部分事故率高。电动锚杆钻机的支腿推进方式至今尚不理想：液压推进须设附加泵站；水力推进的排放水污染工作面问题不易解决；机械式推进呈刚性结构，操作性能不好；气动支腿推进需合理解决气源问题。液压锚杆钻机转矩特性好，推进系统容易与钻机回转系统匹配，但有的钻机转矩低，系统发热问题未解决好，以及渗漏、泄漏问题的存在，使用户不易接受。同时，由于液压配套件质量控制问题未引起锚杆钻机厂家的高度重视，产品可靠性尚有问题。因此，液压锚杆钻机类型不少，但正式使用的不够多。当然，由于必须配备辅助液压泵站，给井下使用维修带来不便，也是影响长期使用的原
3、因。气动锚杆钻机转矩特性好，产品不易过载，又因应用非金属材料，故产品质量轻。但是，叶片式马达的锚杆钻机转矩小(低于 50 N*m)、钻进效率低，国内外都已出现淘汰势态。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，使国产齿轮气马达式锚杆钻机尚未取得多数用户的认可。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。 (3)锚杆钻机产品是工具类产品，机重的限制与功能要求存在矛盾。目前的生产厂家大多是小厂，灵活性好，但技术管理与质量保证体系方面都存在严重问题，甚至缺乏产品质量保证的基本条件。有的生产
4、厂家售后服务存在不少问题，产品又供应不及时。这样，国产锚杆钻机还难以更广泛地在生产中应用。 (4)煤矿用户科学使用锚杆钻机的机制尚未完全建立起来，对锚杆钻机缺乏应有的维修、保养，维修条件又不具备，致使锚杆钻机过早报废。有的煤矿使用进口锚杆钻机时，不及时按规定注润滑油，不处理系统的污物，气马达早期破损。有的煤矿对出现非致命故障的钻机不及时维修，使机械运行出现恶性循环，数 10 台锚杆钻机仅 1 a 时间几乎全部报废。 (5)与锚杆钻机配套的钻具性能差，国产钻头寿命常常不足 10 钻米，掉片、断齿以及早期磨损等频频发生。特别是，个别钻头厂家使用劣质硬质合金，靠劣质材料降低产品成本，使锚杆钻头产品质
5、量极差。 (6)锚杆钻机产品开发、制造等缺乏科学性，一些产品反复立项研究，但技术进步的步子不大，特别是，因某些原因不按标准要求进行性能试验与可靠性试验，致使鉴定的产品缺乏批量生产的基本条件。在产品制造过程中，也常常缺乏科学管理，片面追求利润，不重视售后服务，对产品缺乏负责精神。 2 煤矿用锚杆钻机的合理趋向 仅国有重点煤矿，每年就有 3 000 多个掘进工作面。锚杆支护施工需要相当数量的锚杆钻机，市场的需要使诸多科研、制造单位纷纷投入锚杆钻机及其配套机具的开发与生产，产品型式繁多，相类似的产品反复出现、反复鉴定。锚杆钻机是锚杆支护技术发展的客观需要，它必然按一定规律向前发展，经过一个时期的竞争
6、后，会逐渐走上正轨。经对国内外锚杆钻机分析认为，煤矿用锚杆钻机的发展趋势将有以下特点： (1)由于煤矿锚杆支护将在量大面广的煤巷、半煤岩巷广泛应用，在相当长时间内，单体锚杆钻机是锚杆钻机产品发展的主流。在部分使用综合掘进机的巷道，将逐渐采用液压单体式锚杆钻机，并共用掘进机的液压动力源。为进一步提高综掘设备的锚杆支护机械化水平，仍将继续探讨如何广泛使用机载锚杆钻机。机载锚杆钻机仍以液压回转式钻进方式为主，但仍会寻求解决钻进抗压强度大、磨蚀性强的岩石的合理钻进方式。在大断面岩巷掘进中，液压钻车的使用会更加体现其钻进锚杆孔与安装锚杆的优越性，而专用锚杆钻车的应用不会在短期内提上日程。 (2)液压回转
7、式锚杆钻机将向进一步提高输出转矩方向发展，以适应锚杆孔高速钻进与安装锚杆的需要。液压锚杆钻机将在进一步改进技术性能的同时提高可靠性，着重解决液压元件耐用性、井下长期工作稳定性的问题，并寻求如何与现有井下设备共用动力源问题。为使液压锚杆孔钻进适应面更广，人们会探讨高转矩回转辅以小能量冲击锚杆孔钻进的问题。(3)气动锚杆钻机转矩-转速特性好、重量轻、失速转矩大，但产品可靠性与产品质量稳定性会在一个时期内更加令人关注。为了更广泛地使用气动锚杆钻机，煤矿现场将会有意识地调整压缩空气系统，并逐渐重视井下移动式空压机的应用问题。 (4)电动锚杆钻机成本低，主机动力简单且能源消耗少，人们将在提高电动锚杆钻机
8、可靠性与合理解决支腿方式上继续攻关。鉴于电动锚杆钻机转矩特性硬、电机可靠性较差的问题，在采用压力水冲洗锚杆孔时，电机可靠性的关键将在于过载能力与防水、密封性能；只有在二者得到根本解决后，电动锚杆钻机才能被更广泛地用于井下作业。 (5)气动冲击式锚杆孔凿岩机与气动回转式锚杆钻机、气动回转式钻机( 帮锚杆孔钻机)互相配套使用，使井下动力系统单一，效果好。人们会进一步改进气动冲击凿岩方式，使之更好的与气动回转式钻进方式匹配。 (6)锚杆孔回转式钻进使用的钻具是消耗量大的易损件。随着锚杆钻机产品正常化，钻具性能及质量将会更加受到重视，钻具结构、材料与加工工艺会逐渐趋于合理，回转式钻进方式的适应范围会有
9、所扩大。 (7)锚杆钻机的进一步发展，要求锚杆钻机及其配套机具的标准化水平进一步提高。在此技术上，产品竞争将主要在质量、服务、价格方面。为此，有些锚杆钻机与钻具生产厂家会在科学化管理上下功夫，逐渐自觉地贯彻 ISO 9000 族标准，以使其产品更有竞争能力。 (8)锚杆钻机性能参数的研究是锚杆钻机产品发展与质量控制的基础，几种产品的竞争，会逐渐提高对锚杆钻机基础性研究重要性的认识。在锚杆钻机产品竞争中，生产厂家将会争技术、争人才、争条件建设。 (9)锚杆钻机的发展有一定技术难度，它的应用效果与现场的使用维修条件有关。煤矿现场将会寻求应用锚杆钻机的科学管理方法，重视与加强锚杆钻机的维修、保养，建
10、立锚杆钻机维修点。 (10)锚杆钻机的水平、质量影响锚杆支护综合效益，煤矿现场会逐渐重视使用锚杆钻机与钻具的综合经济效益问题，并做为选择锚杆钻机与钻具的重要根据。 3 结语 锚杆钻机与钻具是应用锚杆支护的关键。目前，国有重点煤矿的年进 500 多万 m 巷道中，采用锚喷支护的只有 100 多万 m。按达到年锚喷支护率 50%的目标，每年将有 200 多万m 的巷道采用锚喷支护，有 1 500 个左右的掘进工作面配备锚杆钻机，加上一定数量的备用，需要数千台锚杆钻机。目前，每年投入煤矿的锚杆钻机只有 500600 台左右，质量与性能参差不齐，真正在井下连续运转的不多。1995 年以来，全国各煤矿从
11、澳大利亚引进了 500 600 台气动锚杆钻机，有的煤矿在应用中取得了一些成效，并积累了经验；但也有的煤矿过早报废了引进的产品，得到了一些教训。种种迹象表明，锚杆钻机在我国仍处于向前发展的阶段，技术管理、产品开发、制造以及使用维修等均需不断总结经验教训，在经过一个时期以后，锚杆钻机的发展会走上正轨，在发展我国锚杆支护技术中起到应有作用。 锚杆钻机的发展以凿岩技术与锚杆支护技术为基础，高钻进速度、良好的适应性、高可靠性以及生产厂家的优质服务是锚杆钻机产品竞争的目标。锚杆钻机性能参数的研究、产品结构设计与材料选择的合理化以及产品质量保证体系的建立是锚杆钻机产品进一步发展的基础。 锚杆钻机是锚杆支护
12、施工机械，它影响锚杆支护施工质量锚杆孔的方位、深度、孔径以及锚杆安装质量等，产品本身的技术特征又涉及操作者的安全。 国外曾将锚杆钻机列为影响锚杆支护安全性的重要因素之一，一直致力于如何合理解决锚杆支护机械化问题。美国曾投入巨资解决煤矿全自动锚杆孔钻进与自动安装锚杆问题，并尽量在施工中应用机械化程度高的锚杆钻机，例如专用锚杆钻机、机载锚杆钻机等；法国、芬兰、德国、瑞典、奥地利等也都重视高度机械化锚杆钻机的开发与应用。但是，单体式锚杆钻机在煤矿仍会继续发展，澳大利亚煤矿自 60 年代起寻求锚杆钻机发展道路，目前将气动锚杆钻机大量投入市场，并推荐液压锚杆钻机、综合机械化锚杆钻机，推动了锚杆支护技术的
13、发展。 研究国外锚杆支护与锚杆钻机的发展过程与经验，对我国锚杆支护机械化研究与应用是有益的。CMM25-4 型四臂锚杆钻车 安全监管总局政府网站 2007/04/26 09:00 稿件来源： 安全监管总局规划科技司【字号 大 中 小】 【打印本页】 重点推广项目编号：AQT-3-29主要完成单位：煤科科学研究总院太原分院、中国神华能源股份公司神东煤炭分公司项目内容：CMM25-4 型四臂锚杆钻车属于煤矿安全开采技术领域。锚杆支护是一种快速、安全、经济、可靠的巷道支护方式，是目前巷道支护先进技术的代表和发展方向。锚杆钻车是专门用于煤矿井下和其它井巷工程中对巷道顶板和侧帮打孔和安装锚杆的支护类设备
14、，是煤矿短壁开采，多巷掘进中连续采煤机与掘进机必需的配套设备。为配合连续采煤机快速巷道掘进的需要，国内外一些公司相继研制出了包括单臂、两臂、四臂等多种功能齐全、性能可靠的锚杆钻车，在井下开采生产中发挥着重要的作用。目前，我国许多矿井也采用锚杆锚固技术，所使用的设备包括风钻、煤电钻和液压钻，全部为单体式，必须专门的承载设备运输实现井下移动，效率很低，而且工人劳动强度很大、工作安全性差。上世纪 90 年代，我国神华集团神东煤炭公司开始引进国外先进的锚杆钻车来配合连续采煤机进行掘进作业，取得了非常明显的效果，是我国煤矿锚杆机械化支护技术实现了飞跃式发展。国内对锚杆钻车的自主研究还处于起步阶段，所使用
15、的锚杆钻车全部来自国外引进。引进机型不可避免地存在以下问题： 整机价格高，备件价格更高，给煤矿企业造成很大的成本压力； 备件滞后，不能满足生产急需； 售后服务不及时，数量有限的服务工程师不能满足需要。因此企业对设备国产化研究的渴望比较迫切。煤炭科学研究总院太原分院从 2003 年开始逐步消化吸收引进的锚杆钻车技术并进行技术攻关，2004 年自主立项正式开始四臂锚杆钻车的研究。该锚杆钻车分为机座、履带行走机构、工作平台、升降机构、钻架伸缩机构、锚钻机构、临时支护机构、电缆自动收放机构、液压控制系统、电气控制系统、除尘系统等。该项目瞄准世界先进的四臂锚杆机型，高起点、高要求，采用世界先进的设计分析
16、手段并结合国内具体条件进行创新设计，主要目标是研制具有独立知识产权的功能齐备的四臂锚杆钻车，替代进口，填补国内空白。整机达到国际先进水平。项目设计准则如下：1、CMM25-4 锚杆钻车的主要服务对象为煤矿巷道掘进，于连续采煤机或掘进机配套使用。考虑到我国煤层赋存地质构造的多样性和复杂性，将机器工作可靠性摆在首位，技术的先进性必须服从可靠性和实用性。2、尽可能采用太原分院或国内相关行业的成熟设计经验和产品，不走低水平重复，严格按照设计工作指导书要求执行。3、在整体机构设计中，尽可能多的采用焊接件，对关键的重要元件，选用技术成熟的专用件或通用元件，以保证它的承载能力和工作可靠性。4、液压系统的设计
17、在保证使用功能的情况下尽量简化，元件留有较大的裕度。5、整机采用虚拟样机技术设计，确保物理样机的可靠性。6、本项目在研究、试制及实验阶段完全执行最新的国家和行业有关标准。7、尽量集成国内外先进的设计经验和设计成果，推出高水平产品。创新点：1、采用现代设计方法，借助先进的设计软件，对整机及其关键部分进行动力学及有限元分析，对整机特性进行了模拟测试分析；2、整机具有四个能够同时独立工作的以液压为动力的锚杆钻机；3、采用履带架内藏减速器行走驱动方式、彻底解决了履带跑偏问题；4、钻机推进器采用两级液压推进方式，较短的外形保证了较大的推进过程；5、每个钻架独立配备一套完整的机载干式真空三级除尘装置，并同
18、时配有湿式除尘方式，保证了工作面除尘效果（包括呼吸粉尘） ，改善了井下工人工作环境；6、采用自动卷电缆和排电缆装置实现了供电电缆的自动收放，减轻了工人的劳动强度；7、液压系统高度集成优化设计，采用负载反馈控制，在系统平衡性和匹配性方面提高了精度，保证了系统的可靠性；8、钻机采用液力扭矩方式实现了锚杆自动紧固。该项目技术已申请了专利保护，其中实用新型专利已授权，发明专利已经进入实审阶段。应用情况：CMM25-4 型锚杆钻车鉴定后，先后在神东矿区和内蒙古伊泰集团所属矿等投入使用，在神东矿区补连塔矿日平均打锚杆 280 根，能够完全满足生产需要。煤科总院太原分院根据客户需要把该机批量生产作为头等大事
19、来抓。自鉴定后，进行了图纸和工艺定型整改工作，完善了质量保证体系。目前已经形成年产 30 台的生产能力。2005 年 12 月鉴定以来，到目前为止，已经与内蒙古伊泰集团、神华万利分公司、神华神东分公司、山西晋神煤炭公司等煤矿企业签订 15 台供货合同，已经交付使用 5 台，有订货意向 10 台，产生了可观的经济效益。CMM25-4 型锚杆钻车集成了目前国内外同类机型的优点并结合国内煤矿行业的特点，在不降低机器可靠性前提下，尽可能立足选择国产元部件，对于国内质量不稳定的产品，如关键液压元器件和除尘元件等，为了不影响整机的可靠性，我们立足采用国外知名公司的产品，这样就有效降低了整机的制造成本。与目前同类进口机型相比，其售价仅相当于进口机型的 60%左右，但机器的关键技术指标和技术性能均高于引进机型。因此本机受到了用户的一致好评。近期神东、伊泰、朔州等煤矿企业均有订货意向。本机的研制成功，为我国煤矿巷道机械化支护提供了理想的产品，结束了我国自移式锚杆钻车完全依赖进口的局面，其推广应用前景非常广阔。
