目前立井施工大多采用气动伞形钻架凿岩提高了机械化作业程度，加快了井筒掘进速度:但气动伞形钻架存在噪音大、能耗高、钻孔速度慢的缺点。近几年来,液压伞形钻架研发已经起步;SJDY4-8型4臂液压伞形钻架已在8m以下直径的立井施工中得到应用,该型号伞形钻架可适用于8m以下直径的立井施工。对于10m直径立井,使用6臂伞形钻架，可获得更高的凿岩效率。6臂液压伞形钻架是在现有的SJDY4-8型4臂液压伞形钻架基础上研制并开展工程应用试验的;在应用试验过程中发现问题,便采取技术优化措施，完善并优化其技术性能，以取得良好的应用效果，为该产品推广应用提供了有力的支撑。
1工程条件及技术参数
思山岭铁矿副井深度1503.9m，净直径10m;掘进直径井颈段12m,井身段11.2m;支护厚度井颈段1m,井身段0.6m。井筒掘进断面大,深度大，属于大断面超深立井。并筒地层主要岩性为泥灰岩、千枚岩、石英岩等,岩石普氏系数f=8~12。根据井筒工作面爆破设计，石英岩钻爆参数见表1,使用岩石乳化炸药爆破,药卷直径38mm。工作面布置172个炮眼,双阶等深直眼掏槽，掏槽眼5.1m,辅助眼和周边眼深5.0m,炮眼直径45mm,对凿岩装备要求较高。井筒预期爆破效果如下:
26臂液压伞形钻架设计方案
2.1液压伞形钻架设计参数
根据井筒施工工艺要求,确定液压伞形钻架主要技术参数如下:钻臂6个,钻孔圈径∅1.65~∅12m,收拢后直径2.25m,支撑臂支撑外接圆直径不小于12m,钻孔深度5.1m,钻孔效率1~1.5m/min,动臂左右摆动角度不小于60°,整机质量不超过13t。泵站重量尽量轻、尺寸小,便于安装。
2.2系统结构
新型6臂液压伞形钻架主要由液压站、液压凿岩机、管路、钻架本体、支撑系统、调高系统、补偿系统、推进系统、动臂系统、操作系统、排渣系统及电气系统构成,如图1所示。
2.3主要部件设计方案
(1)液压泵站
(2)动臂个数的确定
副井掘进直径11.2m,掘进断面985m²,伞形钻架适用井径必须与之配套。从几个主要先进工业国立井施工实例来看,伞形钻架多为3~6臂系列，以4臂居多,每个钻臂所对应的最佳工作面积一般在7~15m²。该井筒伞形钻架设计为6臂,每个钻臂对应的工作面积为16.4m²,4臂则为24.6m²,可见设计为6臂更为适宜。
(3)钻架本体
钻架本体主要由液压凿岩机、行程为5.1m的推进器、带有平动功能的可左右摆动各60°的动臂、带有调高功能的立柱及顶盘组成。顶盘上布置有高压油过滤器、进气接头、进水接头及油路接头，还布置有3个支撑臂。钻架工作时，由支撑臂及调高油缸将其固定牢靠。
(4)动臂系统
动臂系统共有6组，均匀布置在立柱周围，每组动臂主要由动臂体、支臂油缸、倾斜油缸、销轴等部件构成。支臂油缸伸缩,使动臂以动臂根部轴为圆心，上下运动。倾斜油缸可调节推进系统，使其始终垂直于工作面。新型6臂液压伞形钻架其他主要系统,均与SJDY4-8型伞形钻架致。
3工程应用技术优化
3.1伞形钻架悬吊固定工艺优化
较小断面井筒采用伞形钻架凿岩，由于伞形钻架下放点位置距井筒中心一般在1.8m以内:将吊盘提高少许,使用提升钢丝绳悬品伞形钻架，即可进行凿岩，钻架不会倾斜。但思山岭铁矿副井断面大，伞形钻架下放点位置距井筒中心2.8m,凿岩时若使用提升钢丝绳悬吊,伞形钻架容易倾斜，甚至倾倒,无法保证施工安全。为此，设计了伞形钻架悬吊系统,较好地解决了6臂伞形钻架工作面悬吊固定难题，
伞形钻架悬吊系统，采用在吊盘上安装绞车及滑轮组来悬吊伞形钻架的设计方案。1台3t慢动绞车安装在吊盘下层盘上，距井筒中心3m。为不影响测量放线，在吊盘中层盘上距井筒中心250mm处,安装1根2m长的25a工字钢,工字钢上安装1个∅28mm钢丝绳套,用于悬挂滑轮组。慢动绞车缠6x19-∅16-1870型钢丝绳，连接悬挂滑轮组。滑轮组下方安装U型环，悬挂伞形钻架。滑轮选用起质量20t的闭口吊环型产品。经验算，所选钢丝绳安全系数为6.35,符合要求。
企形钻架悬吊系统在该井筒施工中，应用效果良好,解决了6臂液压伞形钻架在掘进工作面的就位固定问题,有效地防止了钻架倾斜，保证了凿岩施工安全及炮眼质量。其工程现场应用情况如图2所示。
3.2气水系统优化
液压伞形钻架传统排渣方式是水排渣、气吹眼,单臂耗水量可达2m³/h,耗气量为0.3m³/min,耗水量比较大。当水压大于气压时，水会串流到压气管,通过润滑管路进入润滑系统,给凿岩机造成损伤。水排渣方式导致井下排水量增大,给井下排水造成一定困难,增加装药难度,影响爆破进尺,增大能耗成本,延长施工时间。如图3所示，在压气管上安装1个单向逆止阀,防止水倒流到压气管及润滑系统,同时增加气量气压。通过水管上的阀门，调节水量大小，从而起到气水排渣，水封尘的作用。这套节水装置的操作要点,主要是气水控制。气水管路改进后，水的流量大小靠阀门打开大小控制，使水量既能保证排粉通畅，又不能太大，力争使用水量达到最小。
气水管路改进后，采用气水排渣，水封尘这种模式,单臂耗水量仅为0.6m³/h左右,耗气量为1m³/min,大大降低了用水量,缩短了施工时间:有效防止了水通过压气管进入凿岩机润滑系统有极高推广价值。
3.3液压凿岩机旋转机构改进
新型6臂伞形钻架配备HYD200-A型液压凿岩机,这种液压凿岩机主要用于掘进台车、锚杆钻机、采矿台车上。这些设备的凿岩机,均为平行或略倾斜作业。而在立井施工中，凿岩机是向下钻孔;且思山岭铁矿副井掘进断面大,炮眼多,凿岩机工作时间长,会导致油温升高,造成因凿岩机缸体与钎尾铜套膨胀系数不同，而出现凿岩机旋转部分的钎尾铜套脱落,旋转体漏油,旋转密封损坏等一系列问题,造成旋转不工作的情况。另外，这种液压凿岩机旋转液压马达、摆线轴、主动齿轮设计偏小,容易损坏。
为克服上述缺陷,在液压凿岩机旋转体内铜套前部开一小槽,安装1道卡簧,以防铜套下滑。旋转密封改用进口优质密封圈。旋转液压马达、摆线轴、主动齿轮在不影响凿岩机其他部位配套的前提下,均作加大设计。通过改进,凿岩机对竖向孔施工的适应性大大增强,故障率明显降低,收到了良好的效果。厂家将该改进型凿岩机型号定为HYD200-C。
4应用效果分析
4.1液压伞形钻架与气动伞形钻架性能比较
6臂液压伞形钻架配6台HYD200-C型液压凿岩机,按定人、定机、定眼位的“三定”方法凿岩。液压凿岩机配5525mm长的G32mm中空六角成品钎杆和ZQ45-R32型柱齿合金钎头。根据6臂液压伞形钻架在思山岭铁矿副井近900m基岩段施工中的应用情况，它与传统的气动伞形钻架相比,具有明显的性能优势,耗电、耗气量均大幅降低,节约了钎头、钎杆等材料。XEJD611型6臂气动伞形钻架在同类岩性立井工程中应用情况的统计分析,对相关指标参数进行换算后,与6臂液压伞形钻架在思山岭铁矿副井施工中的应用情况作了对比,见表2。
4.26臂液压伞形钻架工程应用效果
型6臂液压伞形钻架在思山岭铁矿副井工程投入使用以来，缩短了操作人员作业时间,降低了劳动强度,改善了作业环境,体现了其凿岩速度快、作业环境好、节能、降耗等优点;在掘进直径11.2m、5m深孔条件下,打眼时间一般仅为6~9h。在6臂液压伞形钻架应用支撑下，思山岭铁矿副井采用5m深孔爆破,使用2台0.6m³大抓斗抓岩机,配5~6m³吊桶出渣;使用4.5m液压整体模板砌壁,并辅以井内其他大型设备进行快速施工，井简最高月成井达到80m以上，实现了4.5m一掘一砌正规循环的短段掘砌混合作业施工,经济效益明显。
5存在的问题及改进建议
6臂液压伞形钻架在思山岭铁矿副井施工中的应用实践表明，与传统的气动伞形钻架相比，6臂液压伞形钻架在能源消耗、凿岩效率、钎杆钎头消耗及作业环境改善等方面，具有明显优势;但也存在一些不足，主要体现在:
(1)液压泵站较大较重，在吊盘上放置困难。维修困难,同时造成吊盘偏重;
(2)动臂补偿架强度不足;
(3)推进油缸活塞截面小,力量不足。提钻杆时,钻孔上部略有小石块,即能卡住钻杆,造成提钻困难。特别是岩石破碎时，提钻难度更大。
建议液压泵站进行分体设计，通过管路连接，便于吊盘布置及维修,且有利于吊盘载荷分散。动臂补偿架、推进油缸，应针对上述不足，进行相应改进。
6语结
根据思山岭铁矿副井工程条件及技术要求，提出了6臂液压伞形钻架主要技术参数，并对主要系统及部件设计方案进行了研究。所研制的产品在该井筒施工中进行了应用试验，通过施工工艺及技术优化,解决了多项问题。
(1)通过在吊盘上安装绞车及滑轮组来悬吊伞形钻架,解决了6臂液压伞形钻架在大直径立井工作面的悬吊固定问题,有效地防止了伞形钻架倾斜，保证了施工安全。
(2)通过气水管路改进,实现了气水排渣,解决了排渣用水量过大，影响工作面施工的问题。
(3)液压凿岩机旋转部分的改进,解决了凿岩机钎尾铜套脱落,故障率高的问题。
