鑿巖鉆機的發(fā)展史

鉆鑿機械發(fā)展簡介

一、鉆鑿機械簡介

　　鉆鑿機械廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、水利、交通等各個領(lǐng)域，主要應(yīng)用于巖石鉆孔和巖石破碎。隨著1813年**臺蒸汽動力沖擊式鑿巖機的問世，至今已有200余年的歷史。目前常用的鑿巖機械產(chǎn)品主要有鑿巖機、鑿巖臺車、潛孔沖擊器、潛孔鉆機、氣鎬、液壓錘、回轉(zhuǎn)鉆機和錨桿鉆機等。

　　在漫長的社會發(fā)展歷程中，手錘打眼一度是最為主要的鑿巖方式，隨著社會生產(chǎn)需求的不斷提高，人們開始尋求采用機械方法鑿巖的途徑。直至1813年，**臺以蒸汽為動力的沖擊式鑿巖機問世，開啟了鉆鑿機械的發(fā)展之路。1844年英國人布隆頓發(fā)明了以壓縮空氣為動力的鑿巖機，但設(shè)計本身存在很多問題，不能夠?qū)嶋H應(yīng)用。直至1857年，意大利工程師巴特利特和杰曼-薩梅特改進了前人的研究成果，設(shè)計出了可以實際應(yīng)用的鑿巖機，該產(chǎn)品以壓縮空氣為動力，正式應(yīng)用于阿爾卑斯山塞尼峰隧道，因此這一年被認為是鑿巖機的誕生年。當時的鑿巖機的活塞與釬桿是連接一體的，這種結(jié)構(gòu)既消耗過多的動力，又限制了鑿巖頻率的提高，因此鑿巖速度較低。1884年，美國人根舍特首次實現(xiàn)了沖擊活塞與鑿巖機釬桿的分離，奠定了現(xiàn)代鑿巖機的基礎(chǔ)。1897年美國人雷諾研制了空心鉆桿，鑿巖時可以采用壓氣和水沖洗鉆桿，并改進了配氣閥和轉(zhuǎn)釬機構(gòu)（具有棘輪棘爪螺旋棒），是鑿巖機發(fā)展史上的一次重大突破。1938年，德國人制造了氣腿和碳化鎢釬頭，對鑿巖機的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響：氣腿可給釬頭施加推力，承托鑿巖機機重，減輕工人的體力強度；碳化鎢釬頭使釬頭的修磨次數(shù)大為減少，使一次修磨后的鉆孔深度從0.6-0.9米提高到9-12米。氣腿式鑿巖機和釬頭的不斷完善，對鑿巖機的效率又提出了新的要求。因為具有棘輪棘爪轉(zhuǎn)釬機構(gòu)的內(nèi)回轉(zhuǎn)鑿巖機，其沖擊能量與轉(zhuǎn)釬力矩成比例增減，無法實現(xiàn)操作過程中單值增減某一參數(shù)，與實際工況不相適應(yīng)，直至20世紀60年代，回轉(zhuǎn)與沖擊機構(gòu)分開的獨立回轉(zhuǎn)式鑿巖機問世，成功的解決了這一問題，是氣動鑿巖機發(fā)展使上又一次突破。這種鑿巖機被稱為外回轉(zhuǎn)鑿巖機，其沖擊能量和轉(zhuǎn)釬力矩兩個參數(shù)可以分別調(diào)節(jié)，實現(xiàn)多工礦組合，以適應(yīng)不同性質(zhì)巖石的要求。隨著鑿巖機功率的不斷增加，氣腿式鑿巖機已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求，同時為了減輕操作者的體力消耗，出現(xiàn)了架柱式支撐的鑿巖機，到了20世紀50年代又出現(xiàn)了多種自行式氣動鉆車。

　　鑿巖機的不斷發(fā)展使鉆孔深度不斷增加，通常采用深空接桿的方式鉆鑿較深的巖孔，人們注意到這種方式會使在釬桿上損失較大的能量，因而提出了將鑿巖機緊隨釬頭潛入孔底直接鑿巖的設(shè)想。英國英格索蘭-蘭德公司在1932年將這一設(shè)想變成了現(xiàn)實并申請了專利，40年代末期開始在露天礦井中使用。1951年，比利時工程師安德烈-斯坦紐依科設(shè)計制造了潛孔沖擊器，與現(xiàn)代潛孔沖擊器結(jié)構(gòu)相似。潛孔沖擊器不僅能夠充分利用沖擊能量，而且可大為降低噪聲級，改善作業(yè)環(huán)境。在潛孔沖擊器的使用過程中，美國休斯敦公司研制了柱齒型鉆頭，這是鑿巖機史上的一次重大革新。到1960s，國外露天礦打孔經(jīng)鉆孔已經(jīng)普遍使用這種鉆頭，1970s，這種鉆頭又被推廣應(yīng)用于井下小孔徑鉆孔。

　　氣動鑿巖機結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維修方便，應(yīng)用廣泛，在生產(chǎn)過程中發(fā)揮巨大作用。但它也存在能耗大、能量利用率低（只有10%）、噪聲大、油霧大等致命缺點。為了解決這個問題，人們一直在探索新的能量傳遞介質(zhì)，早在1876年，德國人布蘭德就發(fā)明了一臺用水利驅(qū)動的鉆機。20世紀20年代，英國人制成了一臺液壓鑿巖機，由于當時工業(yè)水平與液壓技術(shù)的限制未能生產(chǎn)。到60年代，國外出現(xiàn)了多種液壓鑿巖機專利，并有多家公司研制液壓鑿巖機，1970年法國蒙塔貝特公司首先研制成**代可供生產(chǎn)的液壓鑿巖機，隨后，美國、瑞典、英國、德國、芬蘭、奧地利、瑞士和日本等國陸續(xù)研制出各種型號的液壓鑿巖機并相繼投放市場，液壓鑿巖機能耗低、鉆孔速度快、零部件壽命長、釬具消耗小等優(yōu)點也在生產(chǎn)實踐中得以證明。各個公司也不斷改進完善設(shè)計，使液壓鑿巖機設(shè)計更加合理，性能更加優(yōu)越，因此，20世紀80年代是液壓鑿巖機發(fā)展和成熟的階段，發(fā)達國家的地下礦山廣泛采用了液壓鑿巖設(shè)備。20世紀90年代，液壓鑿巖機又向大功率、高鉆速發(fā)展，隨后相應(yīng)的全液壓掘進與采礦鉆車也得到發(fā)展。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是電子與計算機技術(shù)的發(fā)展，全液壓鉆車不斷向遙控、自控、智能化方向邁進，早在1972年，挪威工程合同公司就開始研制鉆車自動控制系統(tǒng)，在實驗室實現(xiàn)了計算機控制的單臂鉆車定位和鉆孔試驗。1973年日本開始研制全自動鑿巖鉆車，到1984年開始生產(chǎn)并用于掘進。美國鋼鐵公司于1978年研制了一臺用微機控制的液壓錨桿鉆車鉆進速度自尋**裝置。1982年，瑞典阿特拉斯科普克申請了一項微型計算機控制鑿巖鉆車的專利，20世紀90年代，國外一些先進礦山都實現(xiàn)了掘進、采礦鉆車的遙控和機械人化。

　　我國鑿巖機發(fā)展起步較晚，在解放前，不能制造氣動鑿巖設(shè)備，就是鑿巖機上所用的釬桿、碳化鎢釬頭等配件都要從國外進口，解放后這種局面得到徹底的改變。1954年，我國生產(chǎn)了**批礦用氣動鑿巖機，到60年代中期已經(jīng)可以自主生產(chǎn)具有我國特色的氣動鑿巖機，產(chǎn)品包括手持式、氣腿式、導(dǎo)軌式和氣鎬等。60年代初開始仿制國外礦用潛孔沖擊器產(chǎn)品，到70年代開始自主生產(chǎn)J系列、C系列以及無閥型潛孔沖擊器，隨后又研制成功了沖擊能高達3000J的氣動碎石沖擊器、高氣壓型潛孔沖擊器等產(chǎn)品。十九世紀八十年代，我國氣動手工具行業(yè)推行積木式設(shè)計，取得了很大發(fā)展，產(chǎn)品包括氣動搗固機，氣動鉚釘機，氣鎬，沖擊式頂把，氣動除銹器。其他動力能源的鑿巖設(shè)備也同步發(fā)展：十九世紀六十年代開始液壓鑿巖機的研制，取得了不錯的成績；我國生產(chǎn)的電動鑿巖機產(chǎn)品類型齊全，結(jié)構(gòu)型式多樣；內(nèi)燃鑿巖機產(chǎn)品性能穩(wěn)定，應(yīng)用可靠。

　　目前，我國鉆鑿設(shè)備產(chǎn)業(yè)已經(jīng)較為成熟，全國范圍內(nèi)鉆鑿機械生產(chǎn)企業(yè)主要分布在甘肅天水、遼寧沈陽、湖北武漢、湖南長沙、江蘇南京和無錫、浙江衢州、寧波和臺州等地，每年生產(chǎn)手持與支腿式鑿巖機、導(dǎo)軌式鑿巖機、液壓鑿巖、鑿巖臺車、潛孔鉆車、潛孔沖擊器、氣鎬和沖擊破碎器等各類鉆鑿機械超過200萬臺：手持式與氣腿式鑿巖機主產(chǎn)自衢州，年產(chǎn)超過100萬臺；導(dǎo)軌式鑿巖機主產(chǎn)自南京和天水，年產(chǎn)超過100臺；液壓鑿巖機主要產(chǎn)自蓮花山、桂林和沈陽，年產(chǎn)超過1500臺；鑿巖鉆車住產(chǎn)自張家口和石家莊，年產(chǎn)超過500臺；潛孔鉆機主產(chǎn)自長沙和衢州，年產(chǎn)量超過20萬臺；潛孔沖擊器住產(chǎn)自張家口、長沙、衢州、宜昌，年產(chǎn)超過25萬臺；氣鎬和沖擊破碎錘主產(chǎn)自無錫、寧波、義烏、南京、宜春、通化、洛陽、天水等地，年產(chǎn)超過150萬臺；回轉(zhuǎn)鉆機和錨桿鉆機主產(chǎn)自衢州煤機廠。值得說明的是，浙江衢州生產(chǎn)的鑿巖機產(chǎn)品在全國具有較強的市場競爭力、規(guī)模競爭力和品牌競爭力，其中全國市場占有率超過70%。衢州地區(qū)是浙江省**的空壓機及鉆鑿機械生產(chǎn)基地，2008年被國家科技部授予“國家空氣動力機械特色產(chǎn)業(yè)基地”（國科火字[2009]233號）。衢州有開山、紅五環(huán)、志高、衢州煤機等一批全國領(lǐng)先的行業(yè)龍頭企業(yè)，其中開山集團是全球**的氣動鑿巖機制造企業(yè)，亞洲**、全球第三的空氣壓縮機制造企業(yè)。

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