煤矿气腿式凿岩机的发展、问题与对策

郭孝先，李耀武，徐卸南

（1.煤炭科学研究总院，北京100013；2.浙江衢州煤矿机械有限公司，浙江衢州324000）

气动钻孔与凿岩机械已有上百年历史，但上世纪70年代起，受到液压凿岩机的冲击，液压凿岩设备的应用，在铁路、交通、煤炭、水电、冶金等重点工程中取得了明显效果，有人曾预言气动凿岩设备将被淘汰。然而时过40年后，在液压凿岩设备发展的同时，气动钻孔与凿岩机械依然存在并有所发展与提高：气动凿岩设备在发达国家仍然存在，德国、澳大利亚等煤矿用气动钻孔机械有所发展；发展中国家更是大量使用着气动凿岩设备。

1994～1998年间，年销售量按5.8%的速度下滑，2/3以上的产能得不到发挥。然而，自“十五”起市场逐渐扩大，凿岩机械由年产量不到10万台，迅速增长到50万台以上，并以大约7%的速度连年提高。到2010年末，凿岩机械产量约达70～80万台以上，其中，气腿式凿岩机超过30万台，是2000年以前凿岩机械年产量总和的3倍过一些。随着气腿式凿岩机使用量的增加，与其相配套的钎具消耗量也同步提高：2001年，适用于气腿式凿岩机的H22钎杆产量大致为2万吨左右，2005年达到5万多吨，2009年接近10万吨，占全部钎杆产量的90%以上。气腿式凿岩机是煤矿遍地可见、广泛应用的设备。随着煤炭产量的逐年提高，气腿式凿岩机的需求量逐步增加，到2010年底，全国有28个企业向煤矿提供气动凿岩机，其中，87%为气腿式凿岩机，年投入量约为7万台。科学地分析、研究气腿式凿岩机的动向与存在问题，有益于推动钻孔与凿岩机械健康、有序地发展。

1 气腿式凿岩机市场发展与前景

在钻孔与凿岩设备驱动方式中，大家公认液压凿岩机的能耗仅为气动凿岩机械的1/5～1/4、凿孔速度高50%～100%、噪声低15%～25%[1]，认为气动凿岩机将被液压凿岩机淘汰。如今发达国家的液压凿岩机产业，除竞争力强的液压凿岩设备生产企业外，都已被兼并或退出市场；国内一度曾出现竞相研制液压凿岩机的局面，现仅有少数几个产品正式生产，而气动凿岩机的生产企业数、产销量、产品品种等却均有新的发展。分析气动凿岩机市场扩大的主要原因有：

（1）经济效益因素

从技术上分析，液压凿岩比气动凿岩具有明显优点，但实际凿岩工程中，由于工程量大小与施工条件不同、企业管理水平与操作人员素质不同等，有时采用气动凿岩机能取得更好的效益；特别是气动凿岩机结构简单、操作方便、维修成本低、可实施“人海战术”，而液压凿岩设备结构复杂、操作技术与管理水平要求高、维修难度大，短期内不一定看到效果，加上习惯势力影响，有些施工单位常将气腿式凿岩机列为首选。在隧道等工程招标中，尽管经常规定必须采用液压钻车凿岩，但中标单位在实际施工时仍采用气腿式凿岩作业。在煤矿，由于井下条件与传统意识制约，加上劳动力价格低廉，目前有90%以上岩石巷道的掘进施工以气腿式凿岩为主，施工企业探讨快速掘进“措施”时，大多考虑如何实行“多台凿岩机作业”的“经验”，基本不顾及噪声、粉尘、凿岩作业人身事故等职业健康安全问题。

（2）实际效果因素

1995年，煤炭行业将全液压钻车与侧卸式装岩机为主的岩巷掘进机械化作业线列为“高档”机械化作业线，气腿式凿岩机与耙斗式装岩机为主的岩巷掘进机械化作业线列为“普通”掘进机械化作业线[2]。尽管液压钻车作业线能使岩巷掘进年进1000m以上已是成熟经验，但很多初次应用液压凿岩设备的单位，技术管理措施缺乏、设备操作不熟练，加上国产液压凿岩设备存在一些问题，不能收到“立竿见影”的效果，便失去坚持采用液压凿岩设备的信心。有的施工单位认为采用气腿式凿岩机可以实现多加人、多工序平行作业、多台凿岩机凿孔，能创造200m以上或更高的月掘进“记录”[3]，而采用液压钻车的初期，常常只能取得月进100m左右的效果，感觉速度提高得不多。特别是，近年国产液压凿岩机性能比1995年以前严重下降，液压钻车整机效能降低，本来具有年掘进1000～1200m的能力，下降到800～1000m水平，影响了施工单位使用全液压凿岩设备的信心。

（3）压缩空气设备发展的因素

以往，煤矿压缩空气系统主要布置于岩巷，占巷道总量80%以上的煤巷与半煤岩巷道大多无压缩空气系统。1995年后，煤矿大力推广锚杆支护，锚杆孔钻进与锚杆安装、喷射混凝土等气动设备增多，井下压缩空气系统扩大；螺杆式移动空气压缩机的发展，又为合理规划压气系统、扩大气动设备的应用起到推动作用；2000年以来，煤矿安全措施提升，压缩空气系统延伸到采掘工作面等各个场所，进一步促进了气动设备的广泛应用，有的煤与半煤岩巷道局部地实现了多种气动设备作业，使用了气动钻机（钻进爆破孔）、气动锚杆钻机、气腿式凿岩机、气动锚索张拉机具、气动混凝土喷射机、气镐等。

2 气腿式凿岩机的基本现状与主要问题

煤矿井下用气动凿岩机主要为通用的气腿式凿岩机（主要用于爆破工程）与用于锚杆（索）孔钻进的“向上式凿岩机”和“双级气腿式凿岩机”,但本文所讨论的“气腿式凿岩机”不包括向上式凿岩机。

2.1 煤矿用气腿式凿岩机基本情况

到2010年末，有28个企业向煤炭行业提供24个型号的气动凿岩机，其中，87.5%是气腿式凿岩机；在取得矿用安全标志准用证的气动凿岩机中，气腿式占96.4%。在气腿式凿岩机中，有阀式占85.7%；通用气腿式凿岩机占81%（其余19%为以钻凿锚杆孔为主的双级气腿式凿岩机）。在28个气腿式凿岩机生产企业中，生产5个型号以上的有4家，占企业总数的17.9%；80%以上的厂家基本是跟随市场需求“仿制”其它企业的产品。

在投入煤矿的气腿式凿岩机中，按主参数，机重级，从23kg～29kg，都有产品（见表1），但标注的机重级不一定是实际机重值。为便于分析与讨论，我们将现有气腿式凿岩机划分为“23/24”kg、25/26kg、27/28/29kg三个机重级，按已获安全标志准用证数的比例，23/24kg级占41.95%，25/26kg级占21%，27/28/29kg级占37.05%。

表1 煤矿用气腿式凿岩机产品类型

2.2 煤矿气腿式凿岩机的主要问题

2000年以来，我国煤炭产量的剧增使岩巷掘进工程量加大，加上各种巷道钻凿坚硬顶板锚索孔的需要，气腿式凿岩机市场骤然扩大，将近30家企业竞相将产品投入煤矿，推动了煤矿气腿式凿岩机作业线和锚杆支护的发展，但也暴露了产品及其应用的安全、技术问题。

（1）凿岩机性能良莠不齐

气腿式凿岩机性能优劣，应体现在：在噪声、振动、机重的限值内，具有高凿孔速度与低耗气量，而影响凿孔速度的因素，主要是冲击功率（冲击能和冲击频率）、回转转矩与转速以及推进性能（推进力和推进状况）等。

近年气腿式凿岩机的发展，使主参数“机重由23kg逐级向上提高，接近上世纪50年代手持式凿岩机的机重30kg。个别产品机重增加了，冲击性能和凿孔速度有明显提高，但生产企业多，“23～29”的“机重”代号，已不能真实地反映产品性能：同一“机重”不同厂家的性能差异颇大；同一厂家不同“机重”的性能相差无几或反常。用户以为“机重”越大性能越好是个误区：很多人认为目前YT27/28/29型气腿式凿岩机最为优越。有人在YT28型气腿式凿岩机广告词中说：“与同类型产品比较，具有效率高、噪声小、重量轻、经济效果好、进尺速度快等优点”，“凿岩机的性能优越，是使用最可靠，最高效的凿岩机”，“最适于在中硬或坚硬(f=8-18)岩石上凿水平或倾斜方向炮孔,也可垂直向上凿顶板上的锚杆孔”。我们任选10个厂家的YT28型气腿式凿岩机进行分析，冲击功率高低相差28%（参见图1），冲击能相差达12%，冲击频率相差达18%，凿孔速度可能相差20%以上。由图1可知，2号厂家产品的性能全面低于其它厂家；表2中较差厂家的YT28、YT29型凿岩机性能不及优异企业的YT23型。可见，不能盲目说机重越大凿岩机性能越好。而图1所列10个厂家的YT28型产品中，仅有2个厂家的产品较为优秀，占80%的YT28型气腿式凿岩机做不到“性能优越”，更不能说每个厂家的YT28型产品都是最好。

图1 10家生产企业的YT28凿岩机的冲击功率

表2 典型机重气腿式凿岩机主要性能参数比较

YT28的主要功能是钻凿爆破孔,从凿孔方位和操作安全角度，它基本不适于钻凿锚杆孔和顶板孔，“也可垂直向上凿顶板上的锚杆孔”的广告词不符合实际。

同YT28型气腿式凿岩机一样，23/24kg级产品（YT23、YT24型等），不同生产厂家的性能差异也颇大（参见图2）。

图210 家企业生产YT23型气腿式凿岩机的冲击功率

（2）产品关键安全性能未被高度重视

气腿式凿岩机是用于煤矿凿岩爆破和锚杆支护工程的手持工具类机器，应用中常常引起人身事故，然而，关键安全问题尚没有真正引起厂家和用户的重视。

气腿式凿岩机的高噪声与高振动对工人身心健康有严重危害，已被全球列为重点监控对象，我国贯彻国家职业病防治法中也已开始重视。然而时至今日，厂家的产品性能中尚不给出具体噪声、振动值，只列出了模糊的噪声指标，看不出不同厂家、不同产品的区别；而使用单位，几乎没有一个煤矿把噪声、振动的指标当作关键性能，依然延续几十年来“多台凿岩机作业”的“经验”，有的井下作业噪声高达130dB（A），致使上万煤矿工人身患高噪声引起的耳聋、心慌等严重疾病。至于振动指标，我国的产品标准尚没对其做具体规定。

在狭窄、顶板条件差的井下煤矿使用气腿式凿岩机，机械夹手、钎杆突然断裂伤人等事故层出不穷，甚至引发断手指等致残重伤，而相当多煤矿却不重视产品使用安全：2006年，某知名企业的气腿式凿岩机曾因井下作业时“夹手”伤人事故遭到起诉，造成事故的根本原因是现场安全技术培训不够、操作规程不严，生产厂家使用说明书中没有明确的安全警示条款。如何从产品结构、性能参数以及安全使用上全面考虑安全问题，还没引起各方面的足够重视。

（3）低价位的不当竞争严重影响产品可靠性

气腿式凿岩机生产厂家多，水平参差不齐，产品又经常在低价位竞争；用户常常不顾安全与技术性能，极力压低产品价格，影响产品良性发展。有的厂家故意降低材料品质，将缸体由20CrMnMo（20CrMo）改为20Cr，可靠性和寿命降低30%以上。全国气动凿岩机的巨大产量，不能说与凿岩机可靠性大大降低后的不正常损耗无关。

（4）与国外产品有相当差距

气腿式凿岩机产量迅速增加，生产企业数量增多，而市场的非良性发展，使产品整体水平严重下降，产品技术性能和产品质量与国外产品拉开了差距。

以近年进口瑞典TY85L型气腿式凿岩机为例，其冲击能、冲击频率、冲击功率均高于类似机重国产性能较高的产品（参见表3）。TY85L型气腿式凿岩机提供的性能齐全，手柄后0.5m处的噪声不高于116dB(A)；手把处振动加速度为26.9m/s2、机顶处振动加速度为17.8 m/s2、，给出的转矩、转速等较高。而我国的产品，无具体噪声、振动指标，不考核回转性能。

（5）气腿式凿岩机配套钎杆寿命过低

经对不同机重级、不同使用气压以及不同厂家气腿式凿岩机性能分析，目前国产气腿式凿岩机冲击能的范围为34J～78J，适于采用H22钎杆。

目前，气腿式凿岩机钎杆的一般工作寿命为进尺60～80米（煤矿自锻钎杆常常低于进尺60米）；寿命较高的约为进尺150米～200米。整体上，国产气腿式凿岩机用钎杆比国外钎杆寿命低50%以上。钻杆寿命过低、无规律突然断裂，容易引起意外伤人事故，并影响实际凿孔速度、增加凿岩作业成本。

表3 TY85L型气腿式凿岩机与国产代表机型对比

3 煤矿用气腿式凿岩机科学发展的对策

气腿式凿岩机是量大面广的手持类、半机械化（手工操作、人力挪移设备）产品。其操作维修方便、价格低廉，但凿孔速度低、作业噪声大、占用人员多、效率低、劳动强度大、容易发生机械人身事故和顶板安全等事故。为根本解决煤矿气腿式凿岩机的安全问题，应创造条件促进全液压钻车的发展，减少气腿式凿岩机的使用量。同时应积极、不断地提高它的性能和安全使用水平。

3.1 以高性能高可靠性的液压钻车，加速替代气腿式凿岩机的进程

用全液压钻车取代气腿式凿岩机，是减少煤矿凿岩事故、改善作业人员职业健康条件、提高凿岩效率、加快煤矿岩巷掘进的根本途径。

上世纪80年代以来，全液压钻车机械化作业线已取得明显效果，液压掘进钻车与液压凿岩机的需求量逐年增加。然而，2000年以后，国产液压凿岩机的关键性能与可靠性出现严重滑坡，非正规企业劣质产品以“低价”混入煤矿，普遍存在钻车与液压凿岩机性能不匹配问题：液压凿岩冲击压力只建立起14MPa，冲击功率不到16MPa时的75%；转矩低于250N·m、转速低于200r/min，凿孔速度降低15%以上，本来80min左右可完成一个凿岩循环，却要增加到100min以上。液压凿岩机侧供水密封、蓄能器隔膜、液压回转马达等元件可靠性大大降低，故障率升高。全液压钻车作业线的实际月进尺下降了20%，严重影响煤矿使用“全液压钻车作业线”的信心。究其原因，一是液压凿岩机厂家为降低成本擅自修改技术参数，供液流量加大；二是液压钻车厂家无视液压凿岩机基本性能，机械地延续了20年前的液压系统参数；三是对流量是影响液压凿岩机性能关键因素的基本概念缺乏认识。

为加快全液压钻车替代气腿式凿岩机的进程，应以“八五”攻关结果为基础，使全液压钻车作业线的设备性能与可靠性有突出的提高，以确保“全液压钻车作业线”具有安全、高效岩巷掘进的能力。

为此，应以确保液压凿岩机性能和可靠性为中心，提高全液压钻车的性能。注意将液压凿岩机的冲击、回转、推进和具体岩石条件、所钻凿爆破孔与锚杆孔的参数等，纳入一个系统进行研究[4]，科学解决配套钎具的类型与规格；要充分利用现代技术，合理解决防空打、防卡（钎）、自动变换凿孔参数（冲击压力、回转转矩和转速、推进力等）[5]等问题，并尽量摈弃目前所采用的“机械式”控制方法。

在液压凿岩机的开发、研制中，应针对煤矿岩石条件进行参数研究，注意冲击频率和冲击功率对凿孔速度的影响，避免盲目地加大液压凿岩机的冲击能。应该注意到，提高液压凿岩机关键件寿命和可靠性，已成为国产煤矿全液压钻车是否具有坚强生命力的关键。应严格按MT/T198标准要求，对HYD200型液压凿岩机进行整顿，使冲击性能、回转性能以及可靠性和零件寿命先恢复到“八五”攻关的水平，再进一步对产品改进、提高，并创造条件，高起点地开发新型煤矿用液压凿岩机。

确保全液压钻车高效、可靠，能稳定、连续地比应用气腿式凿岩机提高掘进速度1倍以上，是赢得煤矿使用全液压钻车机械化作业线的根本。当绝大部分煤矿岩巷掘进工程以全液压钻车作业线替代了气腿式凿岩机作业线的时候，全国煤矿会减少4万台以上的气腿式凿岩机的使用量，可使10万名左右的凿岩工从饱受噪声与振动危害、安全环境差、体力劳动强度大的半机械化工作条件下解脱出来。促进气腿式凿岩机更多地被全液压钻车替代，是发展煤炭工业、确保煤炭稳产的需要，更是时代进步与煤矿安全生产的需要。

3.2 以提高气腿式凿岩机的应用水平，促进产品性能与可靠性的提升

国家对煤炭的需求促进了煤炭行业的发展，也使气腿式凿岩机的产销量大幅增加，而煤矿对气腿式凿岩机及其应用缺乏科学认知，市场竞争又不规范，使相当数量产品的性能与可靠性处于低端。为使气腿式凿岩机的发展进入良性循环，应提高煤矿对产品性能的认识，科学地选用产品，安全、有效地使用、维护产品；应促进气腿式凿岩机市场有序竞争，以产品性能的不断提高，确保气动凿岩作业安全和工人的职业健康，并使凿岩效率进一步提升。

（1）应重视气腿式凿岩机噪声、振动的危害

按气腿式凿岩机工作原理，它属于高噪声、高振动类机器。为贯彻国家《职业病防治法》，在“职业病危害因素分类目录”列出的职业病实例中，包含了煤矿钻孔与凿岩可能引起的“噪声耳聋职业病”和“手臂振动病”。在国家职业卫生标准GBZ 2.2-2007《工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素》中，对作业噪声限值规定：“每周工作5d，每天工作8h，稳态噪声限值为85dB（A），非稳态噪声等效声级的限值为85dB（A）；每周工作5d，每天工作时间不等于8h，需计算8h等效声级，限值为85dB（A）；每周工作不是5d，需计算40h等效声级，限值为85dB（A）”。对工作场所手传振动职业接触限值规定，接触4h，等能量频率计权振动加速度为5m/s2。

为此，气腿式凿岩机厂家、使用单位、产品监管部门等，都应关注产品及其在作业场所的噪声、振动性能，并根据凿岩作业测试值，在井下使用中采取有效的噪声与振动控制措施。

应该指出，煤炭行业曾在上世纪六、七十年代总结的“岩巷掘进十六项经验”中，大力推广“多台气腿式凿岩机作业”，一个8m2断面的巷道配备8～16台凿岩机[6]，工作面作业噪声高达120～125dB（A）甚至130dB（A），不可能符合卫生标准规定，应丢弃违背职业健康安全的传统观念。依现有气腿式凿岩机噪声性能并考虑凿岩作业时间，工作面同时使用的凿岩机不应超过4台，巷道断面8m2以下时，同时使用的凿岩机不应超过2台，同时，操作人员还应佩戴隔声耳罩（科学地讲，应考虑隔声耳罩的实际隔声量、作业噪声实测值等）。

（2）应尽量采用机重较轻的气腿式凿岩机

对手持工具类产品而言，“机重值”是涉及“人体负重”的安全指标。在煤矿井下，工人手工扶持、挪移的机器（气腿式凿岩机含主机与气腿的机重达40kg以上），每增加1kg的机重，都会增加手臂负载量并多了一份不安全因素，因此，应提倡首选23/24kg级的气腿式凿岩机，而不是盲目追求可能增加6kg的27/28/29级大机重产品。

如前所述，产品厂家不同，大机重性能不一定优于低机重性能，这是目前23/24kg级气腿式凿岩机所占比例达44.5%、深受煤矿欢迎的原因。只要合理选择性能优秀的产品，配备适宜的压缩空气系统，科学地安排凿岩作业循环，采用低机重的气腿式凿岩机会有良好效果：波兰某煤矿掘进断面为24.8m2的岩巷，采用4台22kg级的气腿式凿岩机和侧卸式装岩机，每小班7～8人作业，每天4个小班，作业循环有序，日进尺3m，掘进速度与掘进工效较高，作业条件较好。

（3）应确保气腿式凿岩机在0.50MPa以上的气压下工作

由图1和图2可知，气腿式凿岩机在0.40MPa气压时的冲击功率比0.63MPa气压低50%～60%,高工作气压是保证气腿式凿岩机具有高效率的前提。增加压缩空气动力站的容量、改善压缩空气系统、减少管路漏损、采用移动式空气压缩机等，均有宜于提高工作面工作气压，充分发挥气腿式凿岩机的效能，提高综合经济效益。

有些煤矿选择大机重气腿式凿岩机，是源自井下压缩空气工作气压不足，采用“高冲击能量”的大机重产品，弥补气压低的使用条件。为了凿孔速度稍有提高，但操作人员要多承担5kg～6kg的“负重”，增加量是主机23kg的21.7%～26%。倘若改造压缩空气系统，采用效能较好的低机重级产品，凿孔速度同样可以提高，而安全性能却能得以保证。

（4）应安全地操作气腿式凿岩机

按操作规程使用半机械化的气腿式凿岩机，有利于发挥其效能并避免安全事故。在正常情况下，一人熟练地操纵一台凿岩机，包括挪移孔位、调整气腿工作高度、调节凿孔推进速度等，比多人操作更安全——可以避免误操作或发生意外的刮碰、砸伤等事故。低机重产品容易实现单人操作，而加大机重后不得不增加操纵人员，必然增加不安全因素。

因气腿式凿岩机井下作业时发生“夹手”伤人事故，很多厂家都遭遇过“起诉”，但认真分析研究后看到，造成事故的根本原因是现场技术培训不够、操作规程管理不严，很大程度是因为多人一起扶、移凿岩机而误伤了工人手指。当然，也与厂家产品使用说明书中没有明确的“安全警示”有关。

（5）应促进气腿式凿岩机产品质量与技术水平的提高

上世纪七、八十年代，气腿式凿岩机整体水平已与国外差距不大，7655型、ZY24型、YT24型、YTP26型、YT28型等几个典型产品，仅由少数凿岩机生产企业制造，产品质量较稳定。2000年后，市场需求增加使众多厂家投入气腿式凿岩机生产、销售，产品机重类型多了、同一机重产品的生产厂家多了、销售渠道多了，产品性能发生了很大变异，很多产品性能下降。同时，煤矿采购、招标的“低价优先”原则，助推了性能低、可靠性差的产品进入煤矿。气腿式凿岩机质量与水平的提高，需要生产厂家、用户以及相关单位的共同努力。

（a）在确保技术性能的前提下提高安全性能

煤矿使用气腿式凿岩机发生的夹手、砸脚、断钎伤人、气动管路爆裂或连接脱落伤人等事故，都已在煤矿事故率的统计范围。凿岩粉尘、噪声、振动的危害属于职业健康安全范畴。

气腿式凿岩机噪声与振动，是值得进一步重视的安全性能。每种型号的产品，均应经测试给出具体的噪声值，包括各主要工作气压下的声功率级、规定点的声压级、煤矿井下典型作业场所的声压级等，以便于煤矿选择产品时进行比较和使用产品时采取切实的方法控制凿岩噪声。每种型号的产品，均应经测试给出具体的手传振动加速度值，包括各主要工作气压下操作手柄处X-Y-Z方向的振动加速度等，以便于煤矿对不同产品进行比较和使用产品时对振动危害进行有效防治。煤矿应提高对气腿式凿岩机噪声与振动危害的认识，并进一步对噪声与振动的基本概念和危害防治原理加以理解。

气腿式凿岩机工作中机械伤人事故频发，很大程度上要靠安全操作规范进行被动式事故预防。生产厂家应主动提高产品安全性能，在确保性能的前提下，尽量减少主机与气腿的机重，减轻手臂操纵负担；改进主机与气腿连接处相关结构，减少凿岩机突然下放时意外夹伤人手的机遇；改进气动操纵系统，避免因气流过快使气腿突然伸缩和主机突然起动，防止发生意外人身事故。应提高凿岩机、气腿以及注油器、控制阀、接头等附件承压能力，防止壳体意外爆裂和工艺塞堵等零件脱落、蹦出等事故。

从确保锚杆支护质量和锚杆孔钻进安全出发，普通气腿式凿岩机不宜作为钻凿锚杆（索）孔的主要机型。双级气腿式凿岩机能适应顶板锚杆孔钻凿，但操作人员不能避开尚有危险的岩孔下方（岩孔排除的岩渣、岩粉以及因冲击振动而松动的顶板，危及操作人员的安全）。已投入市场的小冲击能、大转矩“气动锚杆凿岩机”，具有1m以上的操作手柄，即能提高顶板孔钻进速度，又能使操作者离开所钻进孔位下方。应进一步开发、应用新型安全有效的气动锚杆（索）孔钻凿设备。

（b）在研究气腿式凿岩机性能参数的基础上提高产品性能

影响气腿式凿岩机性能的参数有冲击能、冲击频率、冲击功率、转速、转矩、工作气压、耗气量等。应全面研究产品的性能参数，力求在耗气量最小的前提下，取得最佳凿孔速度。

为得到高凿孔速度，不应只追求冲击能的高低，应注意冲击频率和冲击功率指标，若一味提高冲击能而冲击频率上不去，不但凿孔速度不会显著提高，反而使钎杆的应力波幅值过高，加剧钎杆损坏，并使机重加大，丧失机重安全性能。

转矩、转速是不应被忽略的性能，它的高低与工作可靠性，对实际凿孔速度有明显影响。国产气腿式凿岩机不明确转矩、转速指标，不利于对产品的考核与产品性能的提高。

气腿式凿岩机的性能参数受工作气压影响很大，应明确0.40MPa、0.50MPa和0.63MPa气压下的技术性能和安全性能指标，并应尽量提高低工作气压性能。我国气腿式凿岩机低工作气压时的性能下降得太多；性能差的气腿式凿岩机，各级气压下的性能指标均有提高的必要。生产厂家应研究具体产品性能参数，切实提高产品质量与技术水平；用户应注意了解产品不同气压下的性能，并重视对不同厂家产品具体性能参数进行比较。

（c）在良性竞争环境下提高气腿式凿岩机的水平

气腿式凿岩机竞相压价的无序竞争，使产品型式混乱、同类产品性能差异过大、可靠性降低、安全性能下降。

在23～29kg级的一系列气腿式凿岩机中，宜规范成23/24kg、25/26kg和27/28/29kg三个级别，并对每级的机重加以限制，例如分别不超过24kg、26kg、28kg等。在此基础上，分别规定不同工作气压下的技术性能与安全性能以及需要达到的可靠性指标等。

应加强气腿式凿岩机标准化，提高标准化水平，改进型号表示方法。应加强气腿式凿岩机的安全性能和质量监督管理，强化安全性能检验。应加强气腿式凿岩机的试验研究，鼓励产品创新、保护知识产权，切实全面提高我国气腿式凿岩机的技术水平。

3.3 重视科学地解决气腿式凿岩机的配套钎具问题

气腿式凿岩机的大量应用必然消耗大量的钎杆、钎头。钎杆、钎头与气腿式凿岩机的合理匹配，不仅影响凿孔速度，还能延长其工作寿命、减少钎具消耗，提高综合经济效益。

（1）气腿式凿岩机的冲击性能是考虑钎具配套的基础

钎杆传递气腿式凿岩机输出能量，它的工作寿命受凿岩机的冲击能、冲击频率、凿岩推进性能、钎头型式以及与钎杆的连接、岩石特性、钎杆材料与表面硬度、中心孔尺寸与表面特性、钎尾尺寸与受冲击表面硬度、钎杆的工艺等多因素影响，但凿岩机的冲击能是最根本的影响因素。从目前气腿式凿岩机冲击性能现状，其配套用H22规格的钎杆，应适应80J的最大冲击能（参见图3）。

图3 典型气腿式凿岩机最大冲击能

由图3，不同机重级气腿式凿岩机的冲击能有所不同（忽略不同企业同一机重冲击能的差别），可考虑将不同品质的钎杆有针对性地适应某一机重级的凿岩机，即分别适应80J、70J、65J的冲击能。这有利于用户根据气腿式凿岩机的具体性能和井下实际工作气压，合理确定采用哪个级别的钎杆。气腿式凿岩机与钎具生产企业，都应了解自己的产品和哪个相关钎杆产品互为最佳匹配，以共同推进气腿式凿岩系统的科学应用。

（2）应注重钎杆尾柄端部受冲击表面硬度质量

钎杆尾柄直接传递气腿式凿岩机冲击与回转能量，尾柄端部表面硬度应与凿岩机冲击活塞冲击面的表面硬度相匹配，如果钎杆尾柄表面硬度过高，会使冲击活塞冲击面过快疲劳受损，而尾柄端部容易碎裂、掉渣，又容易严重损坏凿岩机冲击活塞；若钎杆尾柄端部表面硬度过低，它容易被“墩粗”使钎柄卡滞在凿岩机机头内，并损坏凿岩机水针零件等。

GB/T6481《凿岩用锥体连接中空六角形钎杆》规定：“钎杆的尾柄端部30mm内硬度为HRC49～HRC57。也可按钢种所制定的热处理制度而定，但应保证使用时不得发生堆顶、炸顶等缺陷”。任一气腿式凿岩机使用说明书中，都有对凿岩机配套钎杆钎柄的要求，但提出的钎柄端部表面硬度要求却有HRC48～HRC53、HRC50～HRC54、HRC49～HRC55、HRC49～HRC57等多种，对钎杆尾柄端部表面硬度要求很不统一，加上GB/T6481又允许不按HRC49～HRC57的指标考核，几十家钎具厂家生产数万吨的钎杆，实际尾柄硬度成了模糊的数值。一般，气动凿岩机冲击活塞的表面硬度为HRC60～HRC64，但30家左右企业生产20多个型号、数十万台的气腿式凿岩机，具体某一型号产品冲击活塞的表面硬度，也很难做到与钎杆合理匹配。为此，应认真研究H22钎杆尾柄与凿岩机冲击活塞表面硬度相互协调的问题。

（3）应合理地选用气腿式凿岩机用钎头

钎头是直接破碎岩石的工具，它的型式、性能和质量对凿孔速度的影响达10%以上。“一字形”钎头价格便宜、容易修磨，是我国目前生产量最高、使用量最大的产品。然而，它的凿孔速度低、开孔定位性能差，严重影响钎杆使用中的受力状况，容易造成钎杆突然断裂，应尽量采用球齿钎头和十字型钎头。同时，应不断提高钎头寿命和质量，加强球齿钎头和十字型钎头修磨机具的开发，积极促进球齿钎头和十字型钎头更广泛的应用。

气腿式凿岩机及其配套钎具在我国有较大的市场，随着经济发展和技术进步，部分气腿式凿岩机将会逐渐被液压凿岩设备代替，但不可能被取消，气腿式凿岩机及其配套钎具的性能与质量应当不断有所提高。在科学地提高产品水平的同时，应创造良性市场竞争的环境，摈弃丧失安全性能、技术性能和可靠性而一味压低产品售价的恶性竞争行为。大家都应看到，若将气腿式凿岩机的可靠性提高到应有水平，市场对它的需要量会有所减少，但那是真实的需求；若H22钎杆都能确保100～150钻米以上，我国的钎钢消耗会减少40%以上。气腿式凿岩机的技术进步也密切关系着国家绿色经济的发展。

[1]王维华等.国外液压凿岩机[M].煤炭工业出版社，1987：2～3.

[2]GB50215-2005,煤炭工业矿井设计规范[S].

[3]沈伟,李明,张广建,彭克良.岩巷掘进机械化作业线实例分析[J].建井技术，2010，（5）.

[4]郭孝先，李耀武.在岩石钻凿系统中研究钎具钻具性能[J].凿岩机械气动工具，2009，（1）.

[5]郭孝先，李耀武.微机自控技术在煤矿液压钻车上的应用前途[J].凿岩机械气动工具，2010，(1).

[6]燃料化学工业部煤炭勘探开发组.岩巷掘进十六项经验（修订二版）[M].北京：燃料化学工业出版社，1974：36～50.