如何提高牙輪鉆頭的使用壽命

　　礦用牙輪鉆機是露天礦開采的主要設備之一，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備。牙輪鉆頭消耗占整個鉆機作業成本的三分之一左右，因此如何提高牙輪鉆頭的穿孔米數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1979年開始使用牙輪鉆機，發展到今天，由原來的45-R的牙輪鉆機到現在的八臺YZ-35牙輪鉆機，我礦的牙輪鉆機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合金柱。牙輪鉆機工作時，通過回轉機構和加壓機構給牙輪鉆頭上施加回轉扭矩和軸壓力，以破碎巖石。在軸壓的靜載荷及牙輪滾動時的動載荷作用下，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構圖，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
　　要提高牙輪鉆機鉆頭的使用壽命，鉆頭的保管、運輸和使用都按常規操作外，還應采取以下措施，以提高鉆頭的使用壽命。
　　（一）合理選擇牙輪鉆頭的齒形
　　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礦巖的物理力學性質，即巖石的抗壓強度，硬度和可鉆性。此外還應該考慮穿鑿炮孔的直徑大小和含水情況，以及牙輪鉆機的技術性能等
　　1.在巖石較硬地層穿孔時，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，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，將球形鉆頭用在軟巖中穿孔，起壽命雖然較長，但鉆機進尺速度很低。考慮到鉆機的穿孔費用后，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性質，施加于鉆頭上的軸向壓力、鉆具的回轉速度、鉆頭的扭矩、牙輪齒的形狀和同時參加破碎巖石的齒數，以及吹洗炮孔的壓縮空氣量等許多因素有關。根據牙輪鉆機穿孔的巖石破碎機理，其中決定穿孔工作制度的最主要參數是軸壓、回轉速度和排渣風量。
　　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力足以克服巖石抗壓強度，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。當軸壓值超過最佳值到一定程度時，軸壓再加大，穿孔速度也不增加，軸壓太大還將引起硬質合金齒的折斷或使鉆頭的軸承損壞。
　　2.回轉速度對鉆頭的影響
　　在一定范圍內，牙輪鉆機的穿孔速度隨鉆具回轉速度的增加而增加，但轉速過大，不但使孔底排渣困難，產生巖石二次破碎，而且會產生強烈震動，影響鉆頭壽命。鉆頭的轉速必須保證牙輪的牙齒與巖石有足夠的接觸時間，以達到巖石的有效容積破碎，在硬巖中，隨著轉速的增加，沖擊載荷增加，使牙輪牙齒及軸承磨損顯著增加，因此，采用高轉速是受到限制的。但巖石較軟時，通常采用高轉速，低軸壓的工作狀態。
　　3.排碴風量對鉆頭壽命的影響
　　排碴風量的大小，直接影響牙輪鉆頭的使用壽命。增大風量，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。但應指出的是，孔底、巖碴能否順利排出，主要取決于排碴回風速度，而排碴回風速度又受風量和鉆桿與孔壁之間的環形空間的影響。因此，考慮排碴效果時，不能單純追求空壓機能力。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量消耗。
　　4.提高鉆機司機的操作技術水平
　　在鉆孔時，由于巖性的變化，回轉速度與軸壓也應隨之變化，使回轉速度與軸壓相匹配，不至于造成鉆頭偏磨。此外要遵守以下操作注意事項：①鉆孔時，應保持孔位干凈，無金屬落物；②開孔時，應保持鉆機平穩，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，應先施加較低軸壓進行跑合性鉆進一段時間，然后再加大到正常軸壓；④鉆頭進入炮孔前，先打開風閥供給鉆桿與鉆頭的排碴壓風，在整個穿孔過程中，直至將鉆頭提出孔外，應始終保證供給足夠的風量排碴；⑤在有水孔或采用風水混合除塵時，易使鉆頭壽命降低，此時應選擇適當噴嘴的鉆頭，提高鉆頭處的風壓，來保護鉆頭的軸承；⑥鉆完炮孔提出鉆頭后，應對鉆頭進行檢查，三個牙輪的溫度應大致相近，發熱最大、溫度很高的牙輪，可能其軸承的壓風冷卻風道已被巖碴或污物堵塞，應加以檢查處理；⑦不要使用彎曲的鉆桿鉆進，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廢；⑨因某種原因停鉆時，應用手轉動牙輪，并用壓風吹掃牙輪，以便重新使用時，保證牙輪轉動靈活自如；⑩鉆機在作業過程中出現夾桿現象不能繼續作業，及時處理。
　　（三）采用穩桿器在鉆頭上部安置穩桿器，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。鉆進時震動的減少，鉆頭運轉平穩，這將減少牙齒的磨損，延長牙輪以及整個鉆頭的使用壽命。帶有合金柱的，這樣加強了耐磨性，不至于耐磨板磨損過快，而影響鉆頭的穩定性，大大提高了鉆頭的使用壽命。
　　結束語
　　多年來，通過以上幾個方面的工作實踐，提高了礦用牙輪鉆頭的使用壽命，同時使穿孔成本有了明顯的下降。由原來的平均米數800米左右，至2010年達到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值和推廣作用。