如何提高牙轮钻头的使用寿命

　　矿用牙轮钻机是露天矿开采的主要设备之一，它是以三牙轮钻头为穿孔钻具并用压气排渣的自行式穿孔设备。牙轮钻头消耗占整个钻机作业成本的三分之一左右，因此如何提高牙轮钻头的穿孔米数是有效降低穿孔成本的主要措施。德兴铜矿采矿场铜厂采区1979年开始使用牙轮钻机，发展到今天，由原来的45-R的牙轮钻机到现在的八台YZ-35牙轮钻机，我矿的牙轮钻机的钻头是三牙柱齿牙轮钻头，柱齿钻头的凿岩刀具是镶嵌在牙轮上的硬质合金柱。牙轮钻机工作时，通过回转机构和加压机构给牙轮钻头上施加回转扭矩和轴压力，以破碎岩石。在轴压的静载荷及牙轮滚动时的动载荷作用下，牙轮上的刀齿以凿碎、压入、剪切、刮削等形式破碎岩石。
　　上图为牙轮钻头的结构图，钻头的里面装配的是滚柱-滚珠-轴套组成的轴承组。滚柱和轴承承受径向载荷，牙轮的轴向载荷由轴颈端面与止推块轴承。固滚珠轴承主要起固定牙轮与牙掌轴颈的相对位置，使牙轮不脱落。
　　提高牙轮钻头的使用寿命的措施
　　要提高牙轮钻机钻头的使用寿命，钻头的保管、运输和使用都按常规操作外，还应采取以下措施，以提高钻头的使用寿命。
　　（一）合理选择牙轮钻头的齿形
　　正确选择牙轮钻头的齿形，不但可以延长钻头的使用寿命，而且可以提高穿孔速度，降低穿孔成本。选择钻头的齿形主要依据矿岩的物理力学性质，即岩石的抗压强度，硬度和可钻性。此外还应该考虑穿凿炮孔的直径大小和含水情况，以及牙轮钻机的技术性能等
　　1.在岩石较硬地层穿孔时，我们通常采用球齿钻头，由于球齿钻头的轮齿突出较短，但布齿较密，可以经受较大的轴压，适用于在极硬而又耐磨的矿岩中穿孔。
　　2.在岩石较软地层穿孔时，我们通常采用楔形钻头的轮齿突出较长，布齿较疏，适用于软岩和塑性岩石中穿孔。
　　倘若二者选用不当，将球形钻头用在软岩中穿孔，起寿命虽然较长，但钻机进尺速度很低。考虑到钻机的穿孔费用后，总的穿孔成本较高。反之，如将楔形齿钻头用在极硬而又耐磨的矿岩中穿孔，则合金齿很快就会磨损或折断。因此，合理选择钻头齿形，可以提高钻头的使用寿命。
　　（二）合理选择最佳穿孔工作制度
　　钻头的穿孔速度，与所穿凿岩石的物理力学性质，施加于钻头上的轴向压力、钻具的回转速度、钻头的扭矩、牙轮齿的形状和同时参加破碎岩石的齿数，以及吹洗炮孔的压缩空气量等许多因素有关。根据牙轮钻机穿孔的岩石破碎机理，其中决定穿孔工作制度的最主要参数是轴压、回转速度和排渣风量。
　　1.轴压对钻头寿命的影响。
　　为了有效地破碎岩石，必须对钻头施加足够的轴向压力，以便由牙轮齿引起的应力足以克服岩石抗压强度，但施加给钻头的轴压里有一定的合理值，即不能过大，也不能过小。当轴压值超过最佳值到一定程度时，轴压再加大，穿孔速度也不增加，轴压太大还将引起硬质合金齿的折断或使钻头的轴承损坏。
　　2.回转速度对钻头的影响
　　在一定范围内，牙轮钻机的穿孔速度随钻具回转速度的增加而增加，但转速过大，不但使孔底排渣困难，产生岩石二次破碎，而且会产生强烈震动，影响钻头寿命。钻头的转速必须保证牙轮的牙齿与岩石有足够的接触时间，以达到岩石的有效容积破碎，在硬岩中，随着转速的增加，冲击载荷增加，使牙轮牙齿及轴承磨损显著增加，因此，采用高转速是受到限制的。但岩石较软时，通常采用高转速，低轴压的工作状态。
　　3.排碴风量对钻头寿命的影响
　　排碴风量的大小，直接影响牙轮钻头的使用寿命。增大风量，可以有效地吹洗孔底岩碴，改善牙轮齿破碎岩石的条件。同时减少牙爪爪背的磨损，并能更好地冷却牙轮轴承，延长牙轮寿命。此外，还可以减少孔底残碴，增加有效孔深。但应指出的是，孔底、岩碴能否顺利排出，主要取决于排碴回风速度，而排碴回风速度又受风量和钻杆与孔壁之间的环形空间的影响。因此，考虑排碴效果时，不能单纯追求空压机能力。做到既能获得最好的排碴效果，而又尽可能减少不必要的风量消耗。
　　4.提高钻机司机的操作技术水平
　　在钻孔时，由于岩性的变化，回转速度与轴压也应随之变化，使回转速度与轴压相匹配，不至于造成钻头偏磨。此外要遵守以下操作注意事项：①钻孔时，应保持孔位干净，无金属落物；②开孔时，应保持钻机平稳，开孔速度不易过快，避免打斜孔，影响钻头的使用寿命；③在开始钻孔或使用新钻头时，应先施加较低轴压进行跑合性钻进一段时间，然后再加大到正常轴压；④钻头进入炮孔前，先打开风阀供给钻杆与钻头的排碴压风，在整个穿孔过程中，直至将钻头提出孔外，应始终保证供给足够的风量排碴；⑤在有水孔或采用风水混合除尘时，易使钻头寿命降低，此时应选择适当喷嘴的钻头，提高钻头处的风压，来保护钻头的轴承；⑥钻完炮孔提出钻头后，应对钻头进行检查，三个牙轮的温度应大致相近，发热最大、温度很高的牙轮，可能其轴承的压风冷却风道已被岩碴或污物堵塞，应加以检查处理；⑦不要使用弯曲的钻杆钻进，因弯钻杆易使钻头承受不均衡的载荷，引起钻头局部偏磨，损坏钻头；⑧防止误操作，以免钻头掉入孔中。突然的冲击载荷使钻头损坏或报废；⑨因某种原因停钻时，应用手转动牙轮，并用压风吹扫牙轮，以便重新使用时，保证牙轮转动灵活自如；⑩钻机在作业过程中出现夹杆现象不能继续作业，及时处理。
　　（三）采用稳杆器在钻头上部安置稳杆器，能使钻头保持良好的中心位置，防止炮孔偏斜，并减少震动和所需扭拒。钻进时震动的减少，钻头运转平稳，这将减少牙齿的磨损，延长牙轮以及整个钻头的使用寿命。带有合金柱的，这样加强了耐磨性，不至于耐磨板磨损过快，而影响钻头的稳定性，大大提高了钻头的使用寿命。
　　结束语
　　多年来，通过以上几个方面的工作实践，提高了矿用牙轮钻头的使用寿命，同时使穿孔成本有了明显的下降。由原来的平均米数800米左右，至2010年达到1800米。对于露天开采的矿山降低穿孔成本具有一定的参考价值和推广作用。