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【摘要】本文论述了冲击式液压凿岩机的四种分解功能对钻孔速率的影响，以及如何结合岩石的可钻性和可凿性给出最佳分解参数，从理论上分析了他们与整机钻孔速率的关系，并提出了如何提高液压凿岩机钻孔速率。
【关键词】液压凿岩机；岩石；可钻性；可凿性；钻孔速率
近十年来，煤矿上岩巷掘进作业机械化程度越来越高，随着CMJ2-27煤矿用全液压掘进钻车和CMZY2-150/20煤矿用钻装机组的逐渐推广和普及，如何合理的提高液压凿岩机的钻孔速率成为我们关注的焦点。就此，我们结合实际使用情况进行了研究。
一、冲击式液压凿岩机主要参数
液压凿岩机主要由四种功能组合而成：冲击、进给、回转、冲洗。
1.冲击功能
凿岩机所产生的能量借助于机器中的活塞通过钎杆和钎头传递给岩石。在冲击式凿岩中，活塞加速到一定速度来冲击钎尾，冲击能量以应力波的形式传给钎杆。当应力波传到钎头时，能量以钎头作用的形式传给岩石使之破碎。应力波的形状及能量的传递将直接影响其凿孔速度。冲击能量及冲击频率共同构成冲击输出功率，其影响穿透速度的函数关系见图1。
2.进给功能
推进进给有两个作用，一是对凿岩时推动钎杆在岩石中钻进时支承和推进作用，二是退回，当钻孔完成后退出钎杆。最佳推进力随岩石的性质，钎头的尺寸型式而变化。给进力和穿透速度的关系见图2。
当进给力不足时将发生下列影响：
a.当凿岩机活塞冲击钎杆时，凿岩机不在应有位置，因而钎头有时不能抵住岩石，只有一小部分能量破碎岩石，而另一部分被消耗掉，影响穿透速度。
b.由于能量传递不良使钎尾钎杆螺纹严重磨损，连结松脱，能量变成热能使钎具损耗加快。
c.由于钎具不到位，回转几乎无阻力的空转，扭力很小，强张力波和多种负荷使钎具发生应变产生变形。
d.使镶珠和镶片很快磨损，甚至会造成脱落。
当推进进给力过大时会造成下列不良影响：
a.钎杆和钎尾产生弯曲和磨损。
b.冲洗困难，不易排渣。
c.钎头硬质合金迅速磨钝。
所以选用合理的推进进给力将能提高穿透速度和减少故障。
3.回转功能
回转的主要作用是使钎头每次冲击钎刃转到一个新的位置，最佳的回转速度应根据岩石类型、钎杆和钎头参数型式的变化而确定。必须使两处冲击之间的回转间距最优化，以便产生尽可能多的岩屑提高穿透能力。
4.冲洗功能
冲洗作用是从孔内清除破碎的岩屑。如果冲洗不足，钻孔中将会发生重复研磨，因而使穿透速度减慢。使钻具严重磨损。严重时还会发生卡钻。
凿岩引起的岩石破碎是由于形成不均匀的应力场。应力场是钎头产生的集中载荷造成的。岩石性能随材料中发生的应力水平而改变。
在紧靠钎头的地方岩石被碎成细粉，在破碎带周围形成一个断裂带，裂纹由两个带之间的边界开始出现。当一些裂纹达到岩石的自由表面时就出现碎裂。当大裂纹延伸到表面时，将阻止材料内部的一些裂纹扩展。与钎头相邻的岩石发生变形，目的是消除钎头下的应力，使应力在高压带中变得均匀。在这个带中破碎的产物是细粉。如果它们来自断裂带粒度更粗。
不同粒度细粉相对量以及他们的细度是凿岩过程中能量消耗参数。如果粒度保持相同，则达到了最高效率，在这种情况下细粉与岩石总破碎量的比值达到最小，岩石破碎效率的进一步改善可以靠控制钎头上的载荷（进给力）和钎头的几何形状来实现。
二、岩石的可钻性和可凿性
岩石可钻性是指钻进靠回转扭矩和推进压力在岩石中钻孔所得的穿透速度。而可凿性是指用回转-冲击式凿岩机加推进压力而穿凿炮孔所得的穿透速度。对粘性和韧性的岩石采用回转钻机钻孔，而对脆性岩石采用回转冲击式凿孔会得到更理想的效果。
不同的岩石对不同的凿岩机来讲效果是不相同的，当衡量穿透能力时应选用相同的条件，其值才有可比性。在很轻的冲击下岩石不会变化，随着岩石的开裂，冲击能量的增加将使岩石破裂加剧。如达到某一点后（和岩石性能有关），由于钻进前方的破碎岩石起到了衬垫作用，冲击能量即使增加，钻进效果也不会有明显的提高，因此对不同的岩石应对液压凿岩机的单次冲击能进行调节，同时应冲洗孔底粉屑，才会使凿岩机的冲击能不被浪费。如果进给量适当，一定量的冲击能可以最大限度的破碎岩石。岩石钻进中除了岩石的抗压强度外，岩石的脆性和韧性对钻进速度也有明显的影响，因此进给力和冲击能量需要调节以满足不同岩石的凿岩情况。液压凿岩机在使用过程中由于钻孔速率快，凿岩中的变化情况大致如下：在炮孔冲洗和进给正常的情况下，钻进速度取决于每次冲击的有效钻进量和单位时间内的冲击次数。
坚硬和韧性的岩石使钻进减慢，因而导致卡钻或钎杆断裂和钎头损害，韧性的岩石极易使钎具磨损。岩石裂隙能夹持钎头沿裂缝方向钻进而使炮孔偏斜，钎杆跳动，使钻机发生震动。而软岩通常对冲洗炮孔造成障碍。因此对凿岩工人来讲了解所开凿的巷道岩石地质状况可避免凿岩中出现的故障或加以预防，减少不应有的损失。硬岩或极硬岩要求有大冲击力和大扭矩的钻机以及耐磨性好的钎具。
火成岩虽然坚硬，但由于它的整块性，并且可能出现裂隙不多或又未风化，凿岩穿孔还是比较容易，虽然进尺可能会慢些，但很少有故障，总的来讲也能得到满意的效果，但钻具损耗较快。
石灰石的硬度变化于白垩和石碳纪石灰石之间，不存在钻具磨损的问题。在硬石灰石中钻孔，一般的冲击式凿岩机都能胜任，而硬石灰岩多用回转式的。砂岩耐磨性强，在正常的情况下使用冲击式凿岩机，也能很方便的钻孔。
可钻性指数也就是钻进速率指数，是给不同的岩石的一种相对可钻性数值。它可以帮助预测钻进效率。
钻进指数是用脆度值S20和微型凿岩试验的J值确定的，这里不作详细叙述。用以确定钻进速率指数和钻头磨损指数的试样是用金刚石岩芯钻采取的，并用以进行可钻性评价。大多数类型的岩石钻进速率指数和钻头磨损指数是相互关联的，岩石钻进速率指数低，其钻头磨损指数就相对的高。名称相同的岩石中，如花岗岩中的矿物成分和石英含量、粒度、形状的差别是很大的，它们的可钻性指数差别也很大，这里只作为一般的知识介绍一下，实际工作中如何评价和学习需要专门的研究。
综上所述，想要得到理想的钻孔速率，必须根据实际岩石性能确定合理的冲击输出功率、最佳进给力、最佳回转角速度以及适当的冲洗压力和流量。
【关键词】液压凿岩机；岩石；可钻性；可凿性；钻孔速率
近十年来，煤矿上岩巷掘进作业机械化程度越来越高，随着CMJ2-27煤矿用全液压掘进钻车和CMZY2-150/20煤矿用钻装机组的逐渐推广和普及，如何合理的提高液压凿岩机的钻孔速率成为我们关注的焦点。就此，我们结合实际使用情况进行了研究。
一、冲击式液压凿岩机主要参数
液压凿岩机主要由四种功能组合而成：冲击、进给、回转、冲洗。
1.冲击功能
凿岩机所产生的能量借助于机器中的活塞通过钎杆和钎头传递给岩石。在冲击式凿岩中，活塞加速到一定速度来冲击钎尾，冲击能量以应力波的形式传给钎杆。当应力波传到钎头时，能量以钎头作用的形式传给岩石使之破碎。应力波的形状及能量的传递将直接影响其凿孔速度。冲击能量及冲击频率共同构成冲击输出功率，其影响穿透速度的函数关系见图1。
2.进给功能
推进进给有两个作用，一是对凿岩时推动钎杆在岩石中钻进时支承和推进作用，二是退回，当钻孔完成后退出钎杆。最佳推进力随岩石的性质，钎头的尺寸型式而变化。给进力和穿透速度的关系见图2。
当进给力不足时将发生下列影响：
a.当凿岩机活塞冲击钎杆时，凿岩机不在应有位置，因而钎头有时不能抵住岩石，只有一小部分能量破碎岩石，而另一部分被消耗掉，影响穿透速度。
b.由于能量传递不良使钎尾钎杆螺纹严重磨损，连结松脱，能量变成热能使钎具损耗加快。
c.由于钎具不到位，回转几乎无阻力的空转，扭力很小，强张力波和多种负荷使钎具发生应变产生变形。
d.使镶珠和镶片很快磨损，甚至会造成脱落。
当推进进给力过大时会造成下列不良影响：
a.钎杆和钎尾产生弯曲和磨损。
b.冲洗困难，不易排渣。
c.钎头硬质合金迅速磨钝。
所以选用合理的推进进给力将能提高穿透速度和减少故障。
3.回转功能
回转的主要作用是使钎头每次冲击钎刃转到一个新的位置，最佳的回转速度应根据岩石类型、钎杆和钎头参数型式的变化而确定。必须使两处冲击之间的回转间距最优化，以便产生尽可能多的岩屑提高穿透能力。
4.冲洗功能
冲洗作用是从孔内清除破碎的岩屑。如果冲洗不足，钻孔中将会发生重复研磨，因而使穿透速度减慢。使钻具严重磨损。严重时还会发生卡钻。
凿岩引起的岩石破碎是由于形成不均匀的应力场。应力场是钎头产生的集中载荷造成的。岩石性能随材料中发生的应力水平而改变。
在紧靠钎头的地方岩石被碎成细粉，在破碎带周围形成一个断裂带，裂纹由两个带之间的边界开始出现。当一些裂纹达到岩石的自由表面时就出现碎裂。当大裂纹延伸到表面时，将阻止材料内部的一些裂纹扩展。与钎头相邻的岩石发生变形，目的是消除钎头下的应力，使应力在高压带中变得均匀。在这个带中破碎的产物是细粉。如果它们来自断裂带粒度更粗。
不同粒度细粉相对量以及他们的细度是凿岩过程中能量消耗参数。如果粒度保持相同，则达到了最高效率，在这种情况下细粉与岩石总破碎量的比值达到最小，岩石破碎效率的进一步改善可以靠控制钎头上的载荷（进给力）和钎头的几何形状来实现。
二、岩石的可钻性和可凿性
岩石可钻性是指钻进靠回转扭矩和推进压力在岩石中钻孔所得的穿透速度。而可凿性是指用回转-冲击式凿岩机加推进压力而穿凿炮孔所得的穿透速度。对粘性和韧性的岩石采用回转钻机钻孔，而对脆性岩石采用回转冲击式凿孔会得到更理想的效果。
不同的岩石对不同的凿岩机来讲效果是不相同的，当衡量穿透能力时应选用相同的条件，其值才有可比性。在很轻的冲击下岩石不会变化，随着岩石的开裂，冲击能量的增加将使岩石破裂加剧。如达到某一点后（和岩石性能有关），由于钻进前方的破碎岩石起到了衬垫作用，冲击能量即使增加，钻进效果也不会有明显的提高，因此对不同的岩石应对液压凿岩机的单次冲击能进行调节，同时应冲洗孔底粉屑，才会使凿岩机的冲击能不被浪费。如果进给量适当，一定量的冲击能可以最大限度的破碎岩石。岩石钻进中除了岩石的抗压强度外，岩石的脆性和韧性对钻进速度也有明显的影响，因此进给力和冲击能量需要调节以满足不同岩石的凿岩情况。液压凿岩机在使用过程中由于钻孔速率快，凿岩中的变化情况大致如下：在炮孔冲洗和进给正常的情况下，钻进速度取决于每次冲击的有效钻进量和单位时间内的冲击次数。
坚硬和韧性的岩石使钻进减慢，因而导致卡钻或钎杆断裂和钎头损害，韧性的岩石极易使钎具磨损。岩石裂隙能夹持钎头沿裂缝方向钻进而使炮孔偏斜，钎杆跳动，使钻机发生震动。而软岩通常对冲洗炮孔造成障碍。因此对凿岩工人来讲了解所开凿的巷道岩石地质状况可避免凿岩中出现的故障或加以预防，减少不应有的损失。硬岩或极硬岩要求有大冲击力和大扭矩的钻机以及耐磨性好的钎具。
火成岩虽然坚硬，但由于它的整块性，并且可能出现裂隙不多或又未风化，凿岩穿孔还是比较容易，虽然进尺可能会慢些，但很少有故障，总的来讲也能得到满意的效果，但钻具损耗较快。
石灰石的硬度变化于白垩和石碳纪石灰石之间，不存在钻具磨损的问题。在硬石灰石中钻孔，一般的冲击式凿岩机都能胜任，而硬石灰岩多用回转式的。砂岩耐磨性强，在正常的情况下使用冲击式凿岩机，也能很方便的钻孔。
可钻性指数也就是钻进速率指数，是给不同的岩石的一种相对可钻性数值。它可以帮助预测钻进效率。
钻进指数是用脆度值S20和微型凿岩试验的J值确定的，这里不作详细叙述。用以确定钻进速率指数和钻头磨损指数的试样是用金刚石岩芯钻采取的，并用以进行可钻性评价。大多数类型的岩石钻进速率指数和钻头磨损指数是相互关联的，岩石钻进速率指数低，其钻头磨损指数就相对的高。名称相同的岩石中，如花岗岩中的矿物成分和石英含量、粒度、形状的差别是很大的，它们的可钻性指数差别也很大，这里只作为一般的知识介绍一下，实际工作中如何评价和学习需要专门的研究。
综上所述，想要得到理想的钻孔速率，必须根据实际岩石性能确定合理的冲击输出功率、最佳进给力、最佳回转角速度以及适当的冲洗压力和流量。