我国气动凿岩机和液压凿岩机产品概况

徐雪锋 ，舒慧建 ，吕闯 ，高波

（1．浙江开山重工股份有限公司，浙江 衢州324002；2．长沙矿冶研究院责任有限公司，湖南 长沙410012；3.深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南 长沙410012）

1 引言

迄今为止，凿岩爆破是实施岩石破碎的主要方法，破碎岩石首先需要在岩（矿）石中钻凿按爆破要求设计的炮孔。目前采用机械钻孔的方法主要有三种类型，分别是：

（1）冲击-旋转破碎岩石钻孔，它是采用冲击载荷和转动钎具一定角度，并施加合理的推力来破碎岩石。适应在中硬、坚硬的岩石中钻孔。此类钻孔设备有潜孔钻机和凿岩机等。

（2）旋转破碎岩石钻孔，它是采用旋转式多刃钎具切割岩石，同时施加较大的推力破碎岩石。适应在磨蚀性小及中硬以下的岩石中钻孔。此类钻孔设备有电钻和旋转钻机。

（3）旋转-冲击破碎岩石钻孔，又称为碾压破碎钻孔，它是施加很大的轴压（一般大于300kN）给钻头，同时旋转滚齿传递冲击和压入力，滚齿压入岩石的作用比冲击作用大，通过旋转-冲击破碎岩石。此类穿孔设备最典型的是牙轮钻机。

第1种类型中采用凿岩机进行施工占的比例较大，凿岩机活塞冲击钎尾 （或带尾柄钎杆）、钎杆、钎头、岩石而同时钎杆旋转，称之为顶锤式凿岩。凿岩机按其支撑方式有手持式、支腿式和导轨式三种，按其动力分：气动、电动、内燃、液压、水力。本文主要介绍量大面广的气动凿岩机和发展较快的液压凿岩机。

2 气动凿岩机

我国气动凿岩机是在上世纪五十年代逐步形成和发展起来的，在凿岩爆破工程中的应用和产品的品种及产量上，气动凿岩机仍占主要地位。目前我国广泛使用手持式和气腿式气动凿岩机，导轨式气动凿岩机使用量较少。

2.1 手持式和气腿式凿岩机

这类凿岩机的凿孔直径≤48mm，凿孔深度≤6m，一般配H22钎杆或整体钎，是一种量大面广的传统凿岩机械，转钎机构基本上采用内回转单向旋转，排粉（渣）使用气和气水联动，手持式凿岩机验收压力为0.4MPa，其产品标准为JB/T7301-2006，另外还有手持气腿两用凿岩机，一般列入手持式凿岩机系列；气腿式凿岩机验收压力为0.63 MPa，其产品标准为JB/T1674-2014。另外还有向上式凿岩机，它适用于采矿和竖井掘进等凿岩作业,可钻凿与水平面成60°至90°方向的向上炮孔,也可用于安装楔缝式锚杆或开凿天井。近期推出用于煤矿的锚杆凿岩机，具备锚杆钻机和凿岩机2种钻孔功能，该机在锚杆钻机基础上增加冲击部分（近似气镐），适用于煤矿围岩存在软岩中有硬岩夹层，但钻头是薄弱环节。这2种产品一般列入气腿式凿岩机系列；目前矿山使用的气腿式凿岩机、手持式凿岩机、手持气腿两用凿岩机、锚杆凿岩机，均已列入矿用产品发证（煤矿安全证或矿山安全证）目录。手持式凿岩机外形图和性能参数分别见图1和表1，气腿式凿岩机外形图和性能参数分别见图2和表2。

2.2 导轨式凿岩机

图1 手持式凿岩机

表1 手持式凿岩机性能参数表

续表1 手持式凿岩机性能参数表

图2 气腿式凿岩机

表2 气腿式凿岩机性能参数

中深孔钻孔是目前地下金属矿山采矿，中小型露天矿和采石场及工程爆破施工主要的施工手段。导轨式凿岩机配用露天钻车或地下钻车（架）在露天或地下实施中深孔钻孔，其钻孔直径一般为φ50～φ100，多采用独立外回转转钎机构，YG40和YG80凿岩机采用内回转转钎机构，产品的验收气压为0.63MPa，其标准为JB/T8718-2010。我国导轨式气动凿岩机（YGZ90，YG80）在地下矿山仍被广泛使用，配用钎具多为0.9-1.2米长的JD32-32接杆钎，采用圆盘式钻架或采矿钻车实施中深孔凿岩。另外还有高炉开口机少量地用导轨式气动凿岩机，仅查到宜昌市燕狮科技开发有限责任公司生产该产品。导轨式凿岩机外形图和性能参数分别见图3和表3。

2.3 发展建议

气动凿岩机结构简单、坚固耐用、可靠性高、易于维修、价格低廉，尤其是在地下狭窄的或者比较难于进入的作业地点凿岩，重量轻的气动凿岩机可以装在气腿或小型凿岩钻车（架）上，仍然在很多场合继续被人们选用。近年来，我国气动凿岩机市场已趋于饱和，生产企业众多，产品质量参差不齐，但其中不乏生产质量过硬、技术水平高的产品，目前国内产品市场占有率为98%以上，基本上抵挡了国外品牌产品进口，并有一定批量产品出口，其整体质量已接近国际水平。

图3 导轨式气动凿岩机

表3 导轨式凿岩机性能参数表

气动凿岩机能耗较大，随着国内外注重节能，能耗成为全球关注的焦点，气动凿岩机能量利用率的计算显得尤为重要，我国已开展了这方面的工作[2]，但仅进行了手持式凿岩机和气腿式凿岩机的能量利用率计算。

建议：对于手持式和气腿式凿岩机应开展减振降噪、节能等方面的研究工作；对于导轨式气动凿岩机应从节能、简化结构、提高加工工艺性、优化参数匹配和扩大品种等方面下功夫。

3 液压凿岩机

气动凿岩机受到结构、耗气量和压气管道等制约，促使液压凿岩机的问世和发展。随着液压凿岩机的迅速发展和推广应用，其先进性、经济性和安全性已为国内外大量凿岩实践所证实，液压凿岩机安装在凿岩钻车上，其凿岩参数根据矿岩的性质实现自动调节，使凿岩在最佳条件下进行，其自动防卡钎机构减少了工作故障，提高了凿岩效率，降低了作业成本；全液压凿岩设备采用单一液压动力，便于微机程序控制，为凿岩自动化提供了有利条件；液压凿岩设备无排气噪声，其噪声比气动凿岩设备低10～15dB(A)，同时消除排气油雾，能见度好，极大地改善了工人操作条件。

3.1 手持式和支腿式液压凿岩机

这类凿岩机的用途与手持式和气腿式凿岩机相同，不同之处：输入的动力液压油（压力高），所以输入的管路多些且软管较硬，一般需配液压泵站；回转机构为内回转和外回转 （油马达）2种，外回转又分为独立供油和内部分流供油及冲击与回转机构串联供油3种；排粉（渣）使用气，水和气水混合，若采用气排粉，势必增加气源；支腿一般为气腿和油腿。尽管支腿式液压凿岩机凿岩工效高，由于以上的不同之处，在单独使用中带来了较多的不便之处，为了规避单独使用的弊端，这类产品还与液压钻车配套或用于挖机改凿岩钻车上。国内手持式液压凿岩机的使用量很少，但被列入军工产品（如：北京市软银科技开发有限责任公司生产），目前尚无该产品的行业标准。国内目前生产支腿式液压凿岩机的单位有：乐清市采矿机械厂和深圳凯强力科技有限公司，该产品标准为：JB/T 11106-2011,手持式和支腿式液压凿岩机外形图和性能参数分别见图4和表4。

图4 手持式和支腿式液压凿岩机

表4 手持式和支腿式液压凿岩机性能参数

3.2 导轨式液压凿岩机

导轨式液压凿岩机安装在全液压钻车上，才能充分发挥其优势，在液压凿岩机中导轨式液压凿岩机占的比重非常大，通常提到的液压凿岩机指的是导轨式液压凿岩机，各国都非常重视该产品的开发，我国研制液压凿岩机起步较早，1980年长沙矿冶研究所（现长沙矿冶院）、株洲矿山机械配件总厂（现株洲天鹰公司）、湘东钨矿、天水风动工具研究所（现天水凿岩机械气动工具研究所）合作完成了我国第一台用于生产的液压凿岩机。我国液压凿岩机因为设计、制造及液压技术总体水平的限制，虽然目前研制的型号较多，但形成稳定生产的产品较少。国内液压凿岩机大多仿制、引进国外的技术，少量自主研发，目前液压凿岩机性能较之以前有较大提升，但与国外先进机型相比尚有较大差距。

该产品的标准：JB/T 7169-2017导轨式液压凿岩机和MT/T198-1996煤矿用液压凿岩机通用技术条件。国内导轨式液压凿岩机部分产品外形图和性能参数分别见图5、图6和表5。

液压凿岩机是液压钻车的关键配套件，两者之间技术上紧密结合且依赖性很强，是互相促进，共同发展的关系。液压钻车的凿岩工效依赖液压凿岩机的性能与质量，目前我国全液压掘进钻车的发展速度较快，可喜的是有些产品已经在稳定性和性能方面有了较大的突破。但在智能化和用于隧道和大巷道的产品（二臂以上）为薄弱环节。全液压露天钻车发展速度次之，部分企业进行挖掘机的改造，增加凿岩功能。但由于国产液压凿岩机的关键技术尚未完全攻克，目前液压钻车采用部分国外液压凿岩机配套，我国液压钻车配套量较大的是法国蒙塔贝特公司的液压凿岩机。它的性能参数见表6所示。

图5 导轨式液压凿岩机

图6 导轨式液压凿岩机（部分）

表5 部分国产导轨式液压凿岩机性能参数

续表5 部分国产导轨式液压凿岩机性能参数

高炉开口用液压凿岩机与矿用凿岩机相比，有以下特点[3]：(1)环境温度高，要求密封件要耐高温，液压凿岩机管件要有防护；(2)因为温度高，而且不能用水冲洗冷却，因此要求钻孔速度更快，避免钻头与钻杆变红软，甚至烧融；(3)因为要求钻孔速度更快，应该加大凿岩机冲击能，不必过多考虑钻杆寿命；(4)为适应各种开口工艺要求，凿岩机应该具有反打功能，而且反打冲击能要大。该产品的标准：JB/T 12471-2015高炉开铁口机，部分高炉开口用液压凿岩机产品外形图和性能参数分别见图7和表7所示。

表6 法国蒙塔贝特公司部分液压凿岩机性能参数

3.3 差距和发展建议

国内液压凿岩机与国际先进水平的产品相比尚有较大差距，主要存在如下几个问题：

（1）产品设计方法和机理研究及试验不足，结构设计不合理，原创性成果较少；

（2）关键零、部件的材料选择不当，热处理、加工、装配工艺差，造成关键零部件寿命不过关，产品的可靠性差；

（3）生产规模小，产业化程度低，不具备完善的产品和部件配套设施，不能进行模块化和集成化生产；

（4）产品不成熟就急于销售，销售人员知识面窄，市场占有率很低。

国内液压凿岩机发展建议：

（1）大力发展具有节省能量而凿岩效率高的液压凿岩机，加大科研投入，走产、学、研结合之路，进行液压凿岩机集成创新和自主研发；

图7 高炉开口用液压凿岩机产品（部分）

（2）关注液压钻车的发展动态，积极采纳液压钻车生产者对液压凿岩机配套的建议，条件成熟的情况下，发展液压钻车产品。政府应出台配套国产液压凿岩机的优惠政策；

表7 部分国产高炉开铁口机性能参数

（3）关注《中国制造 2025》（内有工程机械→凿岩机械）和开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动及中长期专项规划等国家政策；

（4）建立液压凿岩机实验研究和性能参数测试系统及必要的出厂检测设施，加大机理和试验研究力度；

（5）发挥社会团体的作用，搭建液压凿岩机的技术与信息交流共享平台，注重液压凿岩机的标准化工作。

4 结语

我国已经是世界上气动凿岩机的生产和使用的大国，但不是強国，部分企业规模偏小，简单模仿同行的产品，走价格竞争之路，成为我国气动凿岩机技术进步发展的瓶颈，但随着施工部门对产品质量的严格要求,气动凿岩机将会由产量向质量发展,因此，提高气动凿岩机的整体技术水平，开发高技术含量产品，把气动凿岩机产品做强、做精将是今后奋斗的目标。

液压凿岩设备是今后发展的必然趋势。随着我国经济的发展和对提高凿岩效率需求及节能要求，我国液压凿岩机产量和质量肯定会上升，将逐渐缩短与国外产品的差距。

本文应中国钢结构协会钎钢钎具分会秘书处的要求而撰写，因水平有限，若有遗漏或错误之处，敬请谅解。