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一种新型管式凿岩钎具的研制 宋守志邢军邱景平钟勇 (东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004) 摘 要：在传统凿岩钎具能量传递效率和疲劳寿命影响因素分析的基础上，提出一种新型管式凿 岩钎具。新型钎具采用螺旋副和薄壁管结构，由能量重布钎尾、柱面承载与抗疲劳钎杆、能量匹配钎头组 成，具有能量传递效率高、抗疲劳性能好特点。凿岩试验表明，与传统凿岩钎具相比，在钎钢消耗量相当 条件下，该钎具凿岩速度提高26％、疲劳寿命提高71％、有效凿岩深度达20．50m。 关键词：凿岩钎具能量传递效率疲劳寿命螺旋副薄壁管 1前言 在很大程度上，凿岩机具的进步推动采矿工艺的改进，采矿工艺的改进迫切要求凿 岩机具的进步，二者是一种相互促进、相互制约的关系。 目前，地下矿山的采矿工艺正朝着大结构参数方向发展，迫切要求提高现有凿岩机 具的穿凿能力。当前，我国凿岩设备应用现状是：尽管风动凿岩设备仍在大量使用，但 液压凿岩设备已成为凿岩设备发展的主导方向。存在的主要问题是：①风动凿岩设备凿 岩效率低、有效凿岩深度不足，制约大结构参数采矿法的推广应用；②液压凿岩设备价 格昂贵、维修保养困难、国产配套钎具寿命低，阻碍液压凿岩技术的推广应用。 因此，深入开展高效地下中深孔凿岩设备配套钎具国产化的研究，开发一种凿岩效 率高、疲劳寿命好的地下中深孔凿岩设备配套钎具，对我国地下矿山实现向大结构参数 采矿法的转化具有重要的现实意义。 2管式凿岩钎具的理论研究 2．1凿岩钎具的能量传递效率研究 具有接头的冲击凿入系统的能量传递n1可分为对岩石的能量传递效率、岩石能量反 射率和接头能量反射率三个部分，三者遵守能量守恒定律。其中，对岩石的能量传递效 率为凿入能量传递效率和接头能量传递效率的乘积。 2．1．1凿入能量传递效率 ①收稿日期： 基金项目：国家科技部“十五”科技攻关课题(2001BA609A．10) 作者简介：宋守志(1940．)，男，辽宁辽阳人，教授、博七生导师，主要从事凿岩钎具方面的研究。 362 2．1．1．1钎头非均匀磨损问题 在冲击凿岩过程中，钎头受岩石的反作用会产生磨损问题乜1。对失效钎头的统计分 析表明，无论片状或球齿系列钎头，钎头磨损均存在非均匀磨损问题：钎头中心部位硬 质合金基本完好，但其边缘部位硬质合金磨损严重，直至迫使钎头整体报废，这必将显 著影响硬质合金的利用率。 以一字型片状硬质合金钎头为例，随凿眼延米(Z)的增加，钎头刃高磨损(Vh)， 沿钎头的径向方向(R)，中间磨损少，随离开中心点距离的增加逐渐增多，两边磨损 最大；在离开外缘约4ram以外的地方，磨损高度与离开钎头中心点距离成正比例，如图 1所示。 2．1．1．2传统凿岩钎具钎头能量匹配性分析 对于某一确定的凿入系统而言，无论单次冲击凿入还是多次冲击凿眼，冲击功与凿 碎比功的关系是：①当AA，时，冲击功不能使孔底岩石形成崩碎坑，凿下很细的岩粉， 凿碎比功很大；⑦当AAc时，冲击功使孔底岩石形成裂纹与粗大颗粒并俱的跃进式破 碎现象，凿下粗大颗粒的岩粉，凿碎比功相对稳定，如图2所示。 54 n=17．3加 ’f2 hOOt- 12：34．08m ／ 300}-| ’y’＼ 口。 婶loor c：：二z：一：：二，．fl II 111 【：：二：二_：二二：=二一◆一r