杨喜斌 于志明
内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司 内蒙古包头市014080
摘要：露天矿山开沟作业是生产组织的重要环节，根据生产计划组织实施作业，牙轮钻机负责开沟作业的穿孔工作。在实际作业中，因地下水位高，在排渣压缩空气作用下，孔口冲刷造成的塌方较严重，成孔率下降幅度大。孔深不足已不能满足爆破工作需要，给采场正常的生产组织和生产计划的实施带来一定压力。重复穿孔严重破坏作业面，影响了爆破效果的正常发挥，降低了穿孔效率，从而增加了穿孔成本。基于此，本文对钻机开沟作业问题及其改进措施进行了分析。
关键词：钻机；开沟作业；成孔率
为使开沟工作尽快顺利进行，充分发挥其在生产组织中的作用，必须从根本上消除存在的缺陷及问题，真正提高特殊部位的穿孔效率和成孔率。同时，根据采场矿岩体结构的实际情况和穿孔设备作业的特点，优化现场作业技术的实施情况，以提高开沟作业成孔率，解决了长期存在的问题，为爆破工作和采场的正常生产组织带来了极大的便利。
一、牙轮钻机概述
1、基本原理。牙轮钻机是大型露天矿山爆破的主要钻孔设备。牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对钻头提供足够大的轴压力和回转力矩，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用。牙轮在孔底滚动中连续挤压，切削冲击破碎岩石，有一定压力和流量流速的压缩空气经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆和孔壁的环形空间不断的吹至孔外，直至形成所需孔深的钻孔。
2、主要结构
1)钻具。钻机通过钻杆给钻头施加足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头转动时，各牙轮又绕自身轴滚动，滚动的方向与钻头转动方向相反。牙轮齿在加压滚动中，对岩石产生碾压作用；因牙轮齿以单齿和双齿交替接触岩石，当单齿着地时牙轮轴心高，而双齿着地时轴心低，如此反复进行，使岩石受到周期性冲击作用；又由于牙轮的超顶、退轴、移动和牙轮的复锥形状、使牙轮在孔底工作时还产生一定的滑动，对岩石产生切削作用。因此，牙轮钻头破碎岩石实际上是冲击、碾压和切削的复合作用。牙轮钻机钻具主要有牙轮钻头、钻杆和稳杆器。
2)钻架。钻架横截面多为敞口“Π”型结构件，4根方钢管组成4个立柱，前立柱内面上焊有齿条，供回转机构提升和加压，外面为回转机构滚轮滑道。钻架内有钻杆储存和链条张紧等装置。钻架安装在主平台A型架轴孔上，由液压油缸使钻架绕该轴孔转动，实现钻架立起和放倒。
3)回转机构。回转机构带动钻具回转，由主传动通过封闭链条——齿轮齿条实现提升和加压。采用偏心滚轮装置，使回转机构沿钻架的运动为无间隙滚动，且使齿轮与钻架齿条正常啮合。为防止因链条断裂引起小车坠落设有防坠装置，防坠装置有气缸闸带型和气液增压盘式制动型。
4)主传动机。主传动机构作用是驱动钻具的提升-加压及钻机行走，提升与行走由同一台电动机驱动，加压有液压马达和直流或交流电动机两种方式，各动作间实现安全联锁。
5)行走机构。行走机构完成钻机远距离行走和转换孔位，由主传动机构减速后，通过三级链条传动驱动履带行走；钻机直行和拐弯，通过控制左右气胎离合器完成。行走机构与主平台的连接是通过刚性后轴上两点及均衡梁上一点铰接，成为三点铰接式连接，使钻机在不平地面行走时钻机上部始终处于水平状态。
6)排渣系统。牙轮钻机采用压气排渣，压缩空气通过主风管、回转中空轴、钻杆、稳杆器、钻头向孔底喷射，将岩渣沿钻杆与炮孔壁间的环形空间吹出孔外。
7)除尘系统。用于处理钻孔排出的含尘空气。
8)液压系统。液压系统操作油缸和液压马达，完成钻架起落、接卸钻杆、液压加压、收入调平千斤顶等动作。
二、国内牙轮钻机发展现状
我国从20世纪60年代起研制牙轮钻机，1970年研制成功了我国第一台型号为HYZ-250、孔径230～250mm，顶部回转连续加压的滑架式牙轮钻机。后经多次修改，1977年改型为KY-250型。从1974年起我国陆续引进一批美国B-E公司的45-R和60R(Ⅲ)，推动了我国自行研制牙轮钻机的发展过程。
此后，一直到八十年代中期，我国陆续完成了KY型牙轮钻机的系列化。
YZ系列牙轮钻机是在我国大批引进美国牙轮钻机以后着手研制的，1980年初，原冶金部组织多个单位共同研制YZ-35型牙轮钻机，该钻机是在45-R型牙轮钻机的基础上，针对引进钻机在我国多年使用中暴露的问题，吸收国外其他钻机的优点，以及我国同类钻机的经验，进行设计研制的。此后，在短短几年时间内，形成孔径150、250、310、380mm的YZ系列牙轮钻机。
国产牙轮钻机在20世纪末形成较完整的两大系列产品：KY系列和YZ系列。
近年来，国内钻机技术水平不断提高，广泛采用国外先进技术和元器件，钻机性能效率提高较快，逐步向国外先进技术靠拢。国内生产的牙轮钻机的钻头不但已全部自给，而且质量还稳步上升，并先后出口到利比里亚、澳大利亚和加拿大等国。
但纵观我国牙轮钻机的设计发展历程可发现，以往的牙轮钻机设计开发多为对国外牙轮钻机的吸收消化。我国的牙轮钻机设计自主性不强，尚无较成型的设计标准。
三、牙轮钻机的发展趋势
牙轮钻机总的发展趋势主要集中在：①规格的高效化和大型化。规格的高效化、大型化的主要表现是大孔径、高轴压、大功率回转、大排碴风量和提高总体参数；②系统向全自动化和智能化方向发展；③结构向形式多样、结构简化及高可靠性、高适应性发展；④操作向提高易维护和舒适性方向发展；⑤在发展大型牙轮钻机的同时注意中小型钻机的发展。
总的来说，钻机采用计算机辅助设计方法，以提高设计工作效率。钻机本身则围绕着增强生产能力和作业效率、提高可靠性和安全性、改善操作环境和工作条件，不断改进结构，推出新机型。尤其在大型钻机上，使用计算机来自动控制钻机主要工作参数及对钻机主要工作过程进行监控，以提高钻孔效率，降低故障率和生产成本。
四、钻机开沟作业存在的问题
1、地表向下约2m浮石碎块较多，由于2m以下出水量逐步增大，水在排渣压缩空气的作用下对孔壁及孔口进行反复的冲刷，使孔壁及孔口的岩渣失去支撑，塌落在孔壁周围。若采取反复提升钻具的方式使塌落的碎石掉入孔底，将会导致孔口及孔壁的塌落范围增大，从而直接影响钻孔深度。
2、矿岩的裂隙较多，排渣所使用的压缩空气有一部分浪费掉，未真正发挥应有的作用，粉碎的岩渣无足够的力量排出孔外，造成岩渣的多次破碎，穿孔速度及穿孔效率下降幅度递增。
3、操作人员缺乏特殊部位作业应有的应变能力和操作技能，出现问题无很好的对策和方式解决，综合能力有待提高。
五、钻机开沟作业成孔率改进措施
通过对从事开沟生产的钻机现场观察，解决孔深不足的最好办法先是对孔口的防护改进，解决孔口塌方问题，孔的深度才有保障。
设计制作一种孔口防护套筒，内径φ260mm，外径φ290～310mm，长度为1325mm,选用金属材料制作，内径φ265mm，外径φ270～272mm，制作材料可选金属或非金属材料。
使用防护套筒前，钻机先打孔2m左右，将钻杆提出孔外，使用钻杆将套筒下入炮孔内，套筒口与地面保持100mm的距离。
操作钻杆从套筒孔内穿入其中，使套筒与孔壁尽量保持对中位置，筒壁与孔壁间的缝隙使用石块或编织袋装土进行封闭，不但能防止漏气反渣，还能防止套筒晃动孔口塌方进入孔内。
继续操作钻具下放打孔，并随时观察套筒周围的塌方情况，必要时采取继续堵塞的方式进行操作。
六、使用效果
未进行孔口防塌方改进前，主要穿孔指标孔距、排距、孔深无法满足爆破技术要求，成孔率不足30%无法保障穿孔质量，导致生产计划实施困难，给正常的生产组织带来诸多的不利因素和影响。通过炮孔防塌方的攻关改进，成孔率提高到90%以上，能满足爆破工作的基本需求，前景乐观，具有较高的推广价值。
参考文献：
[1]林杨.浅析牙轮钻机作业效率影响因素[J].世界有色金属，2018(19).
[2]李学军.提高钻机开沟作业成孔率的有效途径[J].科技创新导报，2020(14).