不同类型钎头的结构特点、使用性能以及采掘应用分析

摘 要：煤矿生产与隧道施工都需要开凿岩层，而在开凿过程中随着液压凿岩机的应用，钎具的截面积增加，长度加大，其工作的状况也随之复杂化，所以在应用中不同的钎头结构与应用范围都受到限制，因此在应用中应采用合理的钎具才能保证施工的顺利，尤其是复合型钎头的研发，推动了该装置的发展。

关键词：凿岩钎具；钎头结构；种类分析；发展趋势

中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0168-02

1 凿岩钎具的应用

凿岩钎具在煤矿开采和隧道建设中都有着重要的作用，是钻探爆破的必须工具，也是一种消耗品，凿岩钎具的结构式钎头和连杆构成，其中钎头与岩石直接接触，必须承受高转速与压力的冲击，每次冲击的能量释放都十分巨大，钎头很容易在高强度的工作中失效，钎头磨损变形是常见的情况，其中也包括了合金脱落或者塑性变形、断裂等。所以钎头必须从形式和材质上配合，适应不同工况的需求，这样才能最大限度的延长钎头应用寿命与凿岩效果。同时因为钎头是一种消耗装置，所以控制其消耗数量也是控制成本的重要措施。在凿岩工作中钎头必须结构合理、形状合适、工作效率高，且具备耐磨性和机械强度与排粉性能，这样才能适应实际工况的需求。近年来，钎头生成技术已经有了较大的进步，形成了适应不同岩层的钎头形式，以此提高了生产的效率。

2 凿岩钎具中钎杆的结构特征

凿岩钎具主要分为钎杆、钎头两个部分，钎杆是连接动力设备与钎头的重要传力结构，所以钎杆对于整个凿岩钎具的影响也是十分重要的。钎杆通常是空心的钢材经过热处理等工艺制成，主要有椎体连接钎杆，螺纹连接钎杆和整体钎杆等结构。椎体钎杆结构简单维护方便，进尺中钎杆的消耗较小，但是冲击应力在钎杆一次往返的能量消耗大，容易在连接处损坏，国内应用不多。螺纹连杆通常用R螺纹、HL螺纹、T螺纹连杆等，而T性螺纹是最为可靠的一种，且传递能量效果好容易维护寿命长。

整体连杆其优势就是凿岩速度高，能量利用效率高，钎头的直径可以不受限制。通常而言，整体钎具应力的波峰值要高出活性钎头近三成，其球形齿整体钎凿应力波形较为平缓，作用时间长，与凿岩过程配合较好，使得传力能量充分，在相同的情况下整体钎头要比活性钎头的速度有所提高，其寿命也相对较长。

3 不同类型钎头的特征与应用效果

①一字型钎头结构。此类钎头是我国在生产中最早使用的钎凿钎头，应用也相对广泛。钎头的工作部分是一个一字型硬质合金头。实践证明该钎头的结构简单、容易加工、成本低，适用于整体性高的岩层，因此在生产开凿的过程中曾经被广泛应用。但是其具有一定的缺陷，如果钎头强度低，磨损快且容易卡住，经常形成钎头自身的损坏，而影响进度；钎头的工作部分是一个圆弧，刃弧和刀片高度过大，出现破坏容易报废。在凿岩过程中钎头旋转刀片外端作用大，但是不会出现破岩，容易形成三角形孔；锥孔浅与钎杆连接不牢固，容易断裂或者堵塞；排粉效果不理想，容易造成卡钻的情况，增加磨损。总之，其生产效果不高，就目前情况看已经被淘汰。仅有少部分工程中可以见到。

②三刃钎头结构。此类钎头是在原有的一字型基础上发展而来的，其钎头的结构上是一种不连续的钎刃结构形式，自从三刃钎头被研制出来以后，多个国家的公司都在进行研究与发展，不断推出已基本结构为基础的三刃钎头，并应用到生成中，其形式与材料也被不断的改进。20世纪80年代，我国自主研发了三刃的钎头，并逐步在生产中总结经验，形成了系列产品。与一字型钎头相比三刃的钎头结构开凿碎点较多，工作的质量较好，配合硬质合金材料的刀头可以充分发挥开凿性能，几何形状也有利于生产，径向抗磨损的性能凸出，转速高且不易卡钻，重新打磨的周期长，重磨次数多，寿命长。但是在制造角度看其生产工艺相对复杂，所以成本上相对高。与其他的钎头相比较，三刃钎头的维护相对简单，可以在生产过程中减少维护工作量，也就相对降低了生产组织成本。实践证明三刃钎头工作的最佳直径应在32～40 mm之间，其生成效率最高的岩层是脆性岩石和整体以及有裂隙的岩石层。

③十字形钎头结构。十字形钎头也是在三刃钎头同期出现的，我国最早是在十字镶嵌芯钎头和十字实心钎头上取得了成功，并将设计应用与生产。在钎头系列产品中，十字形钎头已经成为一个重要的系列产品。直径在32～48 mm之间，十字钎头的刀片在三刃钎头的基础上进行了改进，增加了一个刀片，按照十字形布置。耐磨损性要明显的高于一字型钎头，据测算可以增加30%～50%。十字形钎头的几何形状稳定，加工工艺简单且可以保证质量，固定片的质量容易保证，钎凿的碎点多操作方便，对各种岩层的适应性较强，在煤矿和隧道生产中，此类钎头可以适应韧性强、裂隙和磨蚀岩层的开凿。

④球形齿钎头结构。球形齿钎头是在适应大功率液压凿岩机而设计的，主要是适应生成效率提高与减小劳动量而设计的。球形齿钎头采用的多事硬质合金刀片，其形状在钎头上的呈现同心圆型。钎头使用的硬质合金的齿主要是球形、锥形、圆锥形等等。球形齿的耐磨强度最大且有较高的强度，锥形球齿次之而圆锥形齿则最低。但是凿岩的效率则完全相反。所以在生成中应根据不同的岩层情况来选择不同的球形齿钎头，同时也应考虑设备的配合情况。在工作中球形齿主要是承担破碎的工作，钎头的失效形式就是裂齿甚至破碎，所以在软性岩层中应选择强度低的锥形齿钎头，而在中等硬度的岩层上应选择球齿或者中齿为圆锥形的钎头，而在硬质岩层上应选择球齿钎头。同时还应注意齿数也是重要的结构参数，球齿的钎头种类多，其直径与齿数也不同，所以其工作状态也就不同。实践中证明此类钎头应用范围是脆性、腐蚀性岩层，特征是速度快、稳定性高、岩石粉粗、寿命长。

⑤合金复合钎头。硬质合金复合钎头是在多种钎头的基础上研制出来的，其中综合了片状与球状钎头的优势，凸出了综合性能。将凿岩能量强的片刃设置在钎头的边缘，而凿岩效率高的球形齿设置在中间，集中了上述多种钎头的优势。与传统的一字、三刃、十字、球形等钎头相比，具有速度高、寿命长、修磨量小、质量稳定、节约材料、成本低等特征。应用中体现的技术指标、经济指标等都已经超过了传统意义上的钎头。各种综合实验特征测定显示：开凿钻孔的稳定性好且速度快，是一字钻头的1.5倍，修磨次数明显降低；钎头的磨损寿命延长，是其他一字、三刃、十字、球形钎头的2～4倍；穿凿成本也随之降低，相同直径的孔洞，其成本仅为一字钎头的1/5，是球形钎头的1/3，同时操作省力方便。

4 结 语

在煤矿、隧道生产与建设中，开凿钎具是重要的施工设备，而面对不同的开凿和生产条件，不同的钎头有其独特的适应性，必须根据情况选择合适的工具，以此保证开凿的效率与降低成本。通过分析发现，虽然不同时期与不同形式的钎头有着不同的优势，但是综合多种钎头优势的复合型钎头已经成为当前推广与研发的新趋势。

参考文献：

[1] 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）.

[2] 胡铭，董鑫业.液压凿岩钻车用钎具产品生产与使用[J].凿岩机械气动工具，2009，（2）.

[3] 张国榉.硬质合金凿岩机具——我国新兴的“资源-高科技-外向型”支柱产业[J].凿岩机械气动工具，2009，（2）.

作者简介：张厚明，华润天能徐州煤电有限公司柳新煤矿。

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