液壓潛孔沖擊器與水壓潛孔沖擊器的比較。

1 液壓鑿巖機(jī)與氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

這里所說(shuō)的液壓鑿巖機(jī)是指頂錘式鑿巖機(jī)

1．1 液壓鑿巖機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）油壓高，一般為10-25 MPa，并有向上限靠攏的趨勢(shì)， 比氣壓高出幾倍至幾十倍。

（2）輸出功率大，一般為5-20 kW ，少數(shù)機(jī)型， 如ATLAS公司的COP4050型，TAMR0CK公司的HL2000型達(dá)到了40kW ，更有HL4Ooo型達(dá)到了70 kW。

（3）鑿速快， 一般可以達(dá)到1～3 m／Min 。

（4）效率高，一般液壓鑿巖機(jī)本身的效率可達(dá)到50％ ，油泵的效率也高于空氣壓縮機(jī)，因此總的能量利用率遠(yuǎn)高于氣動(dòng)鑿巖機(jī)系統(tǒng)

1．2 液壓鑿巖機(jī)的缺點(diǎn)

（1）能量傳遞損失大，因?yàn)殍弾r機(jī)置于鉆桿頂部，隨著孔深增加，能量傳遞損失增大，鑿速下降

（2）鉆桿消耗大，隨著液壓鑿巖機(jī)功率的增大，鉆桿的應(yīng)力也增大，鉆桿容易損壞，雖然ATLAS COPCO 公司發(fā)展了套管鑿巖技術(shù)，對(duì)減少鉆桿應(yīng)力有一定作用，但增加了成本，也不能從根本上解決問(wèn)題，仍

然限制了液壓鑿巖機(jī)的輸出功率，ATLAS公司的COP4050鑿巖機(jī)的輸出功率為40kW ，但考慮到深孔鉆進(jìn)時(shí)鉆具的應(yīng)力，正常只使用30 kW 的功率。

（3）炮孔易偏斜，鉆桿既承受沖擊力，又傳遞扭矩，易彎曲變形，造成炮孔精度不高。

1．3 潛孔鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）無(wú)能量傳遞損失，沖擊器直接作用于鉆頭，無(wú)需鉆桿傳遞沖擊能量，鉆孔速度不受孔深的影響。

（2）成孔直，鉆桿剛性大，不承受沖擊力，只傳遞扭矩，所傳遞的軸壓力很小，在減壓鉆進(jìn)時(shí)，根本就不需傳遞軸壓力，因此鉆桿不易彎曲變形，炮孔直而光滑，特別是在鑿巖存在裂隙，層面傾斜或巖石硬度改變的情況下，更是優(yōu)于其他鉆孔方式。

（3）排渣干凈，動(dòng)力介質(zhì)在做功后，還可以沖洗炮孔，比其他鉆孔方式?jīng)_洗干凈，避免了超鉆。

（4）噪聲小，因沖擊在孔底進(jìn)行，比頂錘式噪聲小。

（5）適應(yīng)性好，除了很軟的地層外，在所有的巖石組織中潛孔鉆機(jī)都處于*工作狀態(tài)，所鉆的孔徑與孔深都超過(guò)頂錘式鑿巖機(jī)由于以上優(yōu)點(diǎn)，潛孔鉆進(jìn)被認(rèn)為是*選擇，英國(guó)90％ 的采石場(chǎng)采用潛孔鑿巖：

1．4 氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)的缺點(diǎn)

（1）氣壓低，輸出功率小，鉆孔速度低，這是氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)的主要缺點(diǎn)，近來(lái)人們一直企圖增加氣壓， 現(xiàn)在已能達(dá)到2．5 MPa，盡管如此，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到液壓鑿巖機(jī)的油壓水平。而且高氣壓空壓機(jī)價(jià)格昂貴，要大功率驅(qū)動(dòng)，噪聲也增加，隨著海拔的增加，高原地區(qū)空壓機(jī)效率還大大降低

（2）能量利用效率低，遠(yuǎn)達(dá)不到液壓鑿巖機(jī)的水平 每米鉆孔能耗為液壓鑿巖機(jī)的3倍。

2 液壓潛孔沖擊器的應(yīng)用

為了集中液壓鑿巖機(jī)壓力高、效率高與潛孑L鉆機(jī)炮孔直的優(yōu)點(diǎn)，德國(guó)Hausherr公司于20世紀(jì)90年代初，研制了Rapid液壓潛孔鉆機(jī)，其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、沖擊機(jī)構(gòu)均由液壓驅(qū)動(dòng)， 沖擊器有進(jìn)回油兩條管子，新的液壓沖擊器（hydraulic DTH hammer）有三種規(guī)格直徑9O mm、1 15 mm、150 mm，可鉆炮孔直徑分別為100～125 mm，127～156 mm，l68-230 mm。Hausherr公司將Rapid鉆機(jī)與另一臺(tái)配有高氣壓（2．04MPa）沖擊器的HBM80S潛孔鉆機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，孔徑同為125 mm，孔深同為36m，進(jìn)尺l000m，試驗(yàn)結(jié)果為：發(fā)動(dòng)機(jī)功率Rapid為l40 kW，HBM80S為305 kW，比值為0．46；燃料消耗Rapid為27 L／h，HBM80S為59 L／h，比值為0．46；潤(rùn)滑油消耗Rapid為0．33 L／h，HBM80S為0．70L／h，比值為0．47，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

3 水壓潛孔沖擊器的應(yīng)用

據(jù)文獻(xiàn)[4]報(bào)道，瑞典LKAB（盧基）公司與下屬的G—Drill公司開(kāi)發(fā)研制了名為Wassara（瓦薩拉）水壓潛孔沖擊器，1988年開(kāi)始研究，1990年進(jìn)行樣機(jī)試驗(yàn)，使用普通礦井水，濾去100 m 的微粒，水壓為18

MPa，流量為200～300 L／rain，孔徑105～115 mm，孑L深20-40m，孔斜為0．08～0．75m，平均為O．34 m，鑿巖速度平均為850mm／min，是氣動(dòng)沖擊器的2～3倍，一般氣動(dòng)潛孔鑿巖為320 mm／min。據(jù)文獻(xiàn)[5]報(bào)道，直徑為101．6 mm 的Wassara水壓沖擊器，壓力為18 MPa，流量為363．68 L／min，水過(guò)濾精度為50 m，回轉(zhuǎn)速度為0～90 r／min， 扭矩zui大為2500Nm，推進(jìn)力zui大為22 kN，沖擊能為400 J，在18MPa時(shí)沖擊頻率為60 Hz，沖擊器輸出功率為24 kW。水壓沖擊器與同樣直徑、同樣輸出功率的氣動(dòng)沖擊器相比較，水泵的輸入功率只相當(dāng)于空壓機(jī)的0．26倍，LKAB公司基律納礦和馬爾姆貝里耶礦采用Wassara沖擊器鉆鑿向上扇形孔，炮孔偏斜減少一半，孔距與排距加大29％，工時(shí)總鑿巖崩礦量?jī)粼?6％ ，并在平巷掘進(jìn)中使用直徑152．4 mm 的Wassara水壓沖擊器鉆254 mm直徑的水平掏槽孔。據(jù)文獻(xiàn)[6]報(bào)道，Wassara水壓沖擊器水壓為20 MPa，流量為180～280 L／min，鑿速為0.6～1m／min。LKAB公司所屬的兩座地下礦山鉆進(jìn)200萬(wàn)m炮孔后， 已證實(shí)了這種水壓沖擊器的性能。

根據(jù)文獻(xiàn)[6] [7]報(bào)道，使用Wassara水壓沖擊器的Simba469型鉆車(chē)， 每天鉆孔300 m，zui高達(dá)500 m，平均*運(yùn)行時(shí)間為104 h，向上扇形孔，孔徑115 mm，孔深55m，偏斜zui大不超過(guò)1.5％。在基律納礦將反光鏡放入孔中30 m處，可以看到反射回來(lái)的光線。

據(jù)文獻(xiàn)[8]報(bào)道，Wassara水壓沖擊器鑿巖時(shí)巖渣移動(dòng)速度僅為氣動(dòng)鑿巖時(shí)的1／1O，對(duì)鉆桿磨損很小。

據(jù)文獻(xiàn)[5] [8]介紹，已在加拿大安大略鷹橋公司基得克里克礦和魁北克勞維康特礦也試驗(yàn)過(guò)直徑為101.6 mm 的水壓沖擊器鉆直徑為114.3 mm的向下炮孔，其中勞維康特礦鉆鑿6 000 m 炮孔，試驗(yàn)仍在進(jìn)

行。直徑為101.6 mm的Wassara水壓沖擊器還用于鉆直徑127mm 的紐約地鐵注漿孔：直徑152.4 mm 的Wassara水壓沖擊器還用于在瑞士蘇黎世附近鉆了一個(gè)直徑為165．1 mm，深599．8 m 的地?zé)峋Ｖ挥昧?天時(shí)間， 而用普通旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)則需要3個(gè)星期。Sandvik公司負(fù)責(zé)在世界范圍內(nèi)推廣Wassara水壓潛孔鑿巖設(shè)備。

4 水壓沖擊器與液動(dòng)沖擊器的區(qū)別

應(yīng)當(dāng)指出，我們需要將上述的水壓沖擊器與液動(dòng)沖擊器區(qū)分開(kāi)來(lái)，所謂液動(dòng)沖擊器，早在19世紀(jì)60年代，法、俄、美等國(guó)即開(kāi)始研究。20世紀(jì)50年代以后，蘇、美、中等國(guó)研制了類(lèi)型繁多的液動(dòng)沖擊

器，有正作用、反作用、雙作用、射流式、射吸式等等類(lèi)型， 基本原理是利用水擊效應(yīng)，主要利用水或泥漿的動(dòng)壓力來(lái)推動(dòng)活塞作功，泵壓較低，效率較低，一般小于30％ ，而我們現(xiàn)在討論的水壓沖擊器，主要利用液體靜壓力推動(dòng)活塞作功，泵壓高得多，效率也比較高。

4．1 水壓沖擊器與液動(dòng)沖擊器的區(qū)別

（1）水壓沖擊器主要用于采礦業(yè)，而液動(dòng)沖擊器主要用于地質(zhì)鉆探。

（2）水壓沖擊器可以鉆向上孔、向下孔等各個(gè)方向孔，而液動(dòng)沖擊器一般只能鉆向下孔。

（3）水壓沖擊器壓力很高，高達(dá)l8～20MPa，而液動(dòng)錘工作壓力很低，一般為0.5～4 MPa。

（4）水壓沖擊器的鑿速很高，而液動(dòng)沖擊器鑿速很低，可以相差十倍或十幾倍。

（5）水壓沖擊器能量利用率高于液動(dòng)沖擊器，達(dá)到了普通重型液壓鑿巖機(jī)的水平，而液動(dòng)沖擊器能量利用率一般不超過(guò)30％。

（6）水壓沖擊器主要依靠水的靜壓力推動(dòng)活塞做功，故稱(chēng)為水壓沖擊器較為妥帖，而現(xiàn)在有人稱(chēng)之為水力沖擊器，易和主要依靠動(dòng)壓力做功的液動(dòng)沖擊器概念相混，也有人稱(chēng)之為液壓沖擊器，則易和以油為介質(zhì)的液壓沖擊器概念相混。

（7）水壓沖擊器的介質(zhì)為水，且要濾去雜質(zhì)，而液動(dòng)沖擊器介質(zhì)可以是水，也可以是泥漿。

（8）水壓沖擊器結(jié)構(gòu)與工作原理比較簡(jiǎn)單，即由滑閥控制活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而液動(dòng)沖擊器則有正作用、反作用、雙作用、射流式、射吸式等多種類(lèi)型。

4．2 水壓沖擊器與液動(dòng)沖擊器的相同點(diǎn)

（1）都是置于孔底，潛孔鑿巖（DTH或ITH）；

（2）都可以以水為介質(zhì)；

（3）都使用開(kāi)路壓力水，即廢水（低壓水）排出，水壓沖擊器在地下礦的應(yīng)用中，廢水沖洗巖渣后排到礦山集水池，沉淀后通過(guò)井下配流系統(tǒng)泵回，再輸送到鑿巖現(xiàn)場(chǎng)。在用水不方便的地方可使用移動(dòng)式再循環(huán)系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）液壓潛孔沖擊器與水壓潛孔沖擊器結(jié)合了頂錘式液壓鑿巖機(jī)與氣動(dòng)潛孔沖擊器的優(yōu)點(diǎn)，能耗小，鑿速快，炮孔直。

（2）水壓潛孔沖擊器的動(dòng)力介質(zhì)與沖洗介質(zhì)統(tǒng)一， 比液壓潛孔沖擊器更具有發(fā)展前途。

（3）水壓潛孔沖擊器主要利用水的靜壓力，而液動(dòng)潛孔沖擊錘主要利用水的動(dòng)壓力，這是兩者的主要區(qū)別。

（4）我國(guó)水壓潛孔沖擊器的開(kāi)發(fā)研究方面的報(bào)道還很少見(jiàn)，我們應(yīng)當(dāng)注意研究*經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展水壓潛孔鑿巖技術(shù)。