如何提高牙輪鉆頭的使用壽命

　　礦用牙輪鉆機(jī)是露天礦開采的主要設(shè)備之一，它是以三牙輪鉆頭為穿孔鉆具并用壓氣排渣的自行式穿孔設(shè)備。牙輪鉆頭消耗占整個(gè)鉆機(jī)作業(yè)成本的三分之一左右，因此如何提高牙輪鉆頭的穿孔米數(shù)是有效降低穿孔成本的主要措施。德興銅礦采礦場銅廠采區(qū)1979年開始使用牙輪鉆機(jī)，發(fā)展到今天，由原來的45-R的牙輪鉆機(jī)到現(xiàn)在的八臺YZ-35牙輪鉆機(jī)，我礦的牙輪鉆機(jī)的鉆頭是三牙柱齒牙輪鉆頭，柱齒鉆頭的鑿巖刀具是鑲嵌在牙輪上的硬質(zhì)合金柱。牙輪鉆機(jī)工作時(shí)，通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和加壓機(jī)構(gòu)給牙輪鉆頭上施加回轉(zhuǎn)扭矩和軸壓力，以破碎巖石。在軸壓的靜載荷及牙輪滾動時(shí)的動載荷作用下，牙輪上的刀齒以鑿碎、壓入、剪切、刮削等形式破碎巖石。
　　上圖為牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)圖，鉆頭的里面裝配的是滾柱-滾珠-軸套組成的軸承組。滾柱和軸承承受徑向載荷，牙輪的軸向載荷由軸頸端面與止推塊軸承。固滾珠軸承主要起固定牙輪與牙掌軸頸的相對位置，使牙輪不脫落。
　　提高牙輪鉆頭的使用壽命的措施
　　要提高牙輪鉆機(jī)鉆頭的使用壽命，鉆頭的保管、運(yùn)輸和使用都按常規(guī)操作外，還應(yīng)采取以下措施，以提高鉆頭的使用壽命。
　?。ㄒ唬┖侠磉x擇牙輪鉆頭的齒形
　　正確選擇牙輪鉆頭的齒形，不但可以延長鉆頭的使用壽命，而且可以提高穿孔速度，降低穿孔成本。選擇鉆頭的齒形主要依據(jù)礦巖的物理力學(xué)性質(zhì)，即巖石的抗壓強(qiáng)度，硬度和可鉆性。此外還應(yīng)該考慮穿鑿炮孔的直徑大小和含水情況，以及牙輪鉆機(jī)的技術(shù)性能等
　　1.在巖石較硬地層穿孔時(shí)，我們通常采用球齒鉆頭，由于球齒鉆頭的輪齒突出較短，但布齒較密，可以經(jīng)受較大的軸壓，適用于在極硬而又耐磨的礦巖中穿孔。
　　2.在巖石較軟地層穿孔時(shí)，我們通常采用楔形鉆頭的輪齒突出較長，布齒較疏，適用于軟巖和塑性巖石中穿孔。
　　倘若二者選用不當(dāng)，將球形鉆頭用在軟巖中穿孔，起壽命雖然較長，但鉆機(jī)進(jìn)尺速度很低。考慮到鉆機(jī)的穿孔費(fèi)用后，總的穿孔成本較高。反之，如將楔形齒鉆頭用在極硬而又耐磨的礦巖中穿孔，則合金齒很快就會磨損或折斷。因此，合理選擇鉆頭齒形，可以提高鉆頭的使用壽命。
　　（二）合理選擇最佳穿孔工作制度
　　鉆頭的穿孔速度，與所穿鑿巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，施加于鉆頭上的軸向壓力、鉆具的回轉(zhuǎn)速度、鉆頭的扭矩、牙輪齒的形狀和同時(shí)參加破碎巖石的齒數(shù)，以及吹洗炮孔的壓縮空氣量等許多因素有關(guān)。根據(jù)牙輪鉆機(jī)穿孔的巖石破碎機(jī)理，其中決定穿孔工作制度的最主要參數(shù)是軸壓、回轉(zhuǎn)速度和排渣風(fēng)量。
　　1.軸壓對鉆頭壽命的影響。
　　為了有效地破碎巖石，必須對鉆頭施加足夠的軸向壓力，以便由牙輪齒引起的應(yīng)力足以克服巖石抗壓強(qiáng)度，但施加給鉆頭的軸壓里有一定的合理值，即不能過大，也不能過小。當(dāng)軸壓值超過最佳值到一定程度時(shí)，軸壓再加大，穿孔速度也不增加，軸壓太大還將引起硬質(zhì)合金齒的折斷或使鉆頭的軸承損壞。
　　2.回轉(zhuǎn)速度對鉆頭的影響
　　在一定范圍內(nèi)，牙輪鉆機(jī)的穿孔速度隨鉆具回轉(zhuǎn)速度的增加而增加，但轉(zhuǎn)速過大，不但使孔底排渣困難，產(chǎn)生巖石二次破碎，而且會產(chǎn)生強(qiáng)烈震動，影響鉆頭壽命。鉆頭的轉(zhuǎn)速必須保證牙輪的牙齒與巖石有足夠的接觸時(shí)間，以達(dá)到巖石的有效容積破碎，在硬巖中，隨著轉(zhuǎn)速的增加，沖擊載荷增加，使牙輪牙齒及軸承磨損顯著增加，因此，采用高轉(zhuǎn)速是受到限制的。但巖石較軟時(shí)，通常采用高轉(zhuǎn)速，低軸壓的工作狀態(tài)。
　　3.排碴風(fēng)量對鉆頭壽命的影響
　　排碴風(fēng)量的大小，直接影響牙輪鉆頭的使用壽命。增大風(fēng)量，可以有效地吹洗孔底巖碴，改善牙輪齒破碎巖石的條件。同時(shí)減少牙爪爪背的磨損，并能更好地冷卻牙輪軸承，延長牙輪壽命。此外，還可以減少孔底殘碴，增加有效孔深。但應(yīng)指出的是，孔底、巖碴能否順利排出，主要取決于排碴回風(fēng)速度，而排碴回風(fēng)速度又受風(fēng)量和鉆桿與孔壁之間的環(huán)形空間的影響。因此，考慮排碴效果時(shí)，不能單純追求空壓機(jī)能力。做到既能獲得最好的排碴效果，而又盡可能減少不必要的風(fēng)量消耗。
　　4.提高鉆機(jī)司機(jī)的操作技術(shù)水平
　　在鉆孔時(shí)，由于巖性的變化，回轉(zhuǎn)速度與軸壓也應(yīng)隨之變化，使回轉(zhuǎn)速度與軸壓相匹配，不至于造成鉆頭偏磨。此外要遵守以下操作注意事項(xiàng)：①鉆孔時(shí)，應(yīng)保持孔位干凈，無金屬落物；②開孔時(shí)，應(yīng)保持鉆機(jī)平穩(wěn)，開孔速度不易過快，避免打斜孔，影響鉆頭的使用壽命；③在開始鉆孔或使用新鉆頭時(shí)，應(yīng)先施加較低軸壓進(jìn)行跑合性鉆進(jìn)一段時(shí)間，然后再加大到正常軸壓；④鉆頭進(jìn)入炮孔前，先打開風(fēng)閥供給鉆桿與鉆頭的排碴壓風(fēng)，在整個(gè)穿孔過程中，直至將鉆頭提出孔外，應(yīng)始終保證供給足夠的風(fēng)量排碴；⑤在有水孔或采用風(fēng)水混合除塵時(shí)，易使鉆頭壽命降低，此時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)噴嘴的鉆頭，提高鉆頭處的風(fēng)壓，來保護(hù)鉆頭的軸承；⑥鉆完炮孔提出鉆頭后，應(yīng)對鉆頭進(jìn)行檢查，三個(gè)牙輪的溫度應(yīng)大致相近，發(fā)熱最大、溫度很高的牙輪，可能其軸承的壓風(fēng)冷卻風(fēng)道已被巖碴或污物堵塞，應(yīng)加以檢查處理；⑦不要使用彎曲的鉆桿鉆進(jìn)，因彎鉆桿易使鉆頭承受不均衡的載荷，引起鉆頭局部偏磨，損壞鉆頭；⑧防止誤操作，以免鉆頭掉入孔中。突然的沖擊載荷使鉆頭損壞或報(bào)廢；⑨因某種原因停鉆時(shí)，應(yīng)用手轉(zhuǎn)動牙輪，并用壓風(fēng)吹掃牙輪，以便重新使用時(shí)，保證牙輪轉(zhuǎn)動靈活自如；⑩鉆機(jī)在作業(yè)過程中出現(xiàn)夾桿現(xiàn)象不能繼續(xù)作業(yè)，及時(shí)處理。
　?。ㄈ┎捎梅€(wěn)桿器在鉆頭上部安置穩(wěn)桿器，能使鉆頭保持良好的中心位置，防止炮孔偏斜，并減少震動和所需扭拒。鉆進(jìn)時(shí)震動的減少，鉆頭運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，這將減少牙齒的磨損，延長牙輪以及整個(gè)鉆頭的使用壽命。帶有合金柱的，這樣加強(qiáng)了耐磨性，不至于耐磨板磨損過快，而影響鉆頭的穩(wěn)定性，大大提高了鉆頭的使用壽命。
　　結(jié)束語
　　多年來，通過以上幾個(gè)方面的工作實(shí)踐，提高了礦用牙輪鉆頭的使用壽命，同時(shí)使穿孔成本有了明顯的下降。由原來的平均米數(shù)800米左右，至2010年達(dá)到1800米。對于露天開采的礦山降低穿孔成本具有一定的參考價(jià)值和推廣作用。