DM-H2钻机提高钻孔效率技术改造的分析

　　摘要：对DM-H2钻机工作参数与钻孔效率的关系进行了简要阐述。分析了造成钻孔效率低的原因及技改措施。
　　关键词：钻机，钻进效率，技术改造
　　一、 问题的提出：
　　DM-H2钻机是我矿为吊斗铲倒堆工艺配套引进的大型抛掷爆破牙轮钻机，由美国阿特拉斯•科普柯公司生产，设计生产能力为60m/h，钻机从竖直状态以5o为一个进量，最大可倾斜到30o。空压机排渣风量45.3m3/min，钻杆直径273mm，孔径311mm，最大钻孔深度74.7m。在实际使用过程中，存在以下问题：
　　1. 生产能力严重不足，实际生产能力只有25m/h，远远不能满足生产需要。
　　2. 频繁出现夹杆事故，造成钻杆和钻头严重浪费，尤其是打下五根钻杆后提升更困难，需要进行技术改造。
　　二、 与钻孔效率有关的工作参数：
　　牙轮钻机的工作参数有轴压力、钻具转速、回转功率、排碴风量。
　　正确地选择和调配工作参数，即确定合理的穿孔工作制度，对提高钻孔效率、延长钻具使用寿命和降低钻孔成本具有极重要的意义。
　　一般钻孔所采用的工作制度有两种：即高轴压、低转速的工作制度（轴压为300—600kN，转速为0—150r/min）和低轴压、高转速的工作制度（轴压为150—300kN，转速为250—350r/min）。目前普遍采用的是高轴压、低转速的工作制度。
　　1.轴压力与钻孔效率的关系
　　钻机工作时所需的轴压力取决于岩石的机械性质、钻孔直径、钻头类型及轴承承载能力。一般情况下，轴压力增大，钻孔效率会相对提高，但当轴压力增大到一定程度时，钻进速度增加的速率变缓。这是因为轴压力过高，钻头齿牙吃入岩石较深，使牙轮的振幅减小，削弱了冲击破碎效果；并且，轴压力过高还会恶化孔底排渣状况，降低钻速，加速钻头轴承的磨损，甚至折断牙齿，降低钻头寿命。因此，对于钻凿一定性质的岩石，需要选择一个合理的轴压力。
　　2.钻具转速与钻孔效率的关系
　　钻进速度不仅与轴压力有关，而且与钻具的转速有关。实践表明，在一定转速范围内，钻进速度随钻具转速的增加而增加。但是，转速过高时，钻进速度下降，而且会引起回转机构的强烈振动或造成机件的损坏。关于钻具的最优转速问题，国内外都在进行试验探讨，并提出了各种不同的看法，实践钻孔作业过程中要根据岩石的性质和其他参数互相匹配。实践证明，钻具的转速不能超过200r/min，DM-H2钻机的钻具最大转速为150r/min。
　　3.回转机构的输出功率与钻孔效率的关系
　　回转机构的输出功率主要消耗在以下几个方面：使牙轮滚动和滑动破岩所需的功率；牙轮滑动时，用于克服牙齿与孔底的摩擦力所需的功率；用于克服钻杆、钻头与孔壁的摩擦力所需的功率；用于克服钻头轴承的摩擦力所需的功率等。这些耗功因素都与岩石的物理机械性质、钻孔直径、钻具施于孔底的轴压力、回转速度、钻头的结构型式及新旧程度、孔底排渣状况诸因素有关实际上，由于在钻孔过程中负荷频繁波动，特别是当发生卡钻事故或卸钻杆时，需要的回转扭矩往往达到正常钻孔时的3倍以上。因此，回转机构原动机的功率及机件的强度都应设计得足够大，以便在正常钻孔时，只使用额定功率(扭矩)的三分之二左右，而处理卡钻或卸钻杆时，则利用原动机的过负荷能力。
　　4.排渣风量与钻孔效率的关系
　　排渣风量的大小对钻孔速度和钻头的使用寿命影响很大。实践证明，增大排渣风量，可以有效地清除孔底岩渣，避免大颗粒岩渣的重复破碎，降低不必要的能量损耗，从而提高钻孔速度；增大排渣风量，能够有效地冷却钻头，减少钻头的磨损，延长钻头使用寿命；增大排渣风量，实排渣干净，可以增加有效孔深，减少超深量，提高钻孔利用率。
　　钻孔作业时，要求排渣风量使回风速度必须大于最大颗粒岩渣在孔内的悬浮速度。
　　回风速度可按下式计算：
　　式中：v—回风速度，m/s。
　　b—最大岩渣颗粒，mm。
　　γ—岩石密度，t/m3。
　　合理的排渣风量按下式计算：
　　式中：v—回风速度，m/s。
　　Q—排渣风量，mm。
　　D—孔径，m。
　　D—钻杆外径，m。
　　a—漏风系数，1.1—1.5
　　三、技改思路及措施
　　通过分析，认为原设备配套的空压机排渣风量偏小，造成排渣困难，出现二次破碎情况，钻孔效率低；同时，空压机排渣风量偏小，孔深时岩粉吹不上来堆积在孔的中间，出现夹杆现象；另外钻杆直径偏大，而钻机提升力偏小，钻杆重量大造成提升困难，也容易造成夹杆。所以对钻机进行了如下改造。
　　1. 更换钻杆
　　将原来外径273mm的钻杆改为外径235mm的钻杆，减轻钻杆自重，同时增大环形空间，防止夹杆现象的发生。
　　2. 更换空压机
　　更换钻杆后，环形空间增大，需更换较大的空压机，加强排渣能力，提高钻孔效率。
　　3. 空压机排量的确定
　　我矿岩石密度约为2.85吨/立方米，最大岩渣颗粒8mm。
　　根据回风速度计算公式回计算风速度：
　　根据排渣风量计算公式计算更换钻杆后需要的排渣风量：
　　根据计算，需要空压机排量为65.5m3/min。
　　因为现在普遍采用大排量的空压机以提高排渣效率，又是打斜孔，孔又较深，环形空间增大，所以选择了空压机排渣风量为76.4m3/min，经过实际使用，证明了钻孔效率有了明显提高，小时钻孔能力达到了51.62米，达到了预期的目的，满足了生产的需要。
　　参考文献：
　　【1】赵德君.提升机碟形弹簧的制造与热处理[J].矿山机械1997，（06）.
　　【2】杨康.KY-1型地下牙轮向下扩孔钻机[J].凿岩机械气动工具1997，（11）.

《DM-H2钻机提高钻孔效率技术改造的分析》

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