MG-20S型隧道锚杆钻机的研制与应用.pdf
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1、第 50卷增刊2023年 9月Vol.50 Sup.Sep.2023:431-436钻探工程Drilling EngineeringMG-20S型隧道锚杆钻机的研制与应用罗诗伟1,王平安2,白宁博1,赵繁1,吴超1,金蕾1(1.陕西核昌机电装备有限公司,陕西 咸阳 712000;2.中铁二十局集团有限公司,陕西 西安 710016)摘要:根据目前公路、铁路隧道的两台阶钻爆掘进施工工法,为满足掌子面的炮眼孔,洞壁的系统锚杆、锁脚锚杆孔的施工需求,开发了 MG-20S 型隧道锚杆钻机。该机为三段臂组成曲臂式变幅机构,具备全方位钻进姿态调整功能,钻进施工可实现自动/手动控制双模式,自由切换,在自动控
2、制模式下,仅需一个按钮便可控制凿岩机回转、冲击和给进,并可根据工况情况及时调整钻进参数;采用无线遥控操作和驾驶室手动操作一键切换,只需 1人操作即可成孔;可实现一键展车、一键收车功能,及时完成锚、钻、注工序和装药、爆破、运渣等工序的高效切换,使各种工序专业化、规范化。工业试验表明,该钻机性能可靠、有效,各项参数、功能可以满足隧道两台阶锚、钻施工工艺。关键词:隧道锚杆钻机;控制系统;两台阶锚杆;遥控凿岩;钻爆法中图分类号:U455.3;P634.3 文献标识码:A 文章编号:2096-9686(2023)S1-0431-06Development and application of MG-20
3、S tunnel anchoring drillLUO Shiwei1,WANG Ping an2,BAI Ningbo1,ZHAO Fan1,WU Chao1,JIN Lei1(1.Shaanxi Hechang Mechanical and Electrical Equipment Co.,Ltd.,Xianyang Shaanxi 712000,China;2.China Railway 20th Bureau Group Co.,Ltd.,Xi an Shaanxi 710016,China)Abstract:According to the current twobench dril
4、ling and blasting construction methods of highway and railway tunnels,In order to meet the construction requirements of the cannon hole in the palm and system anchor rods and locking anchor rod holes of the hole wall,the MG-20S tunnel anchoring drill has been developed.The machine is three arms of c
5、urved arm amplitude mechanism,with allround drilling attitude adjustment function,drilling construction can realize automatic/manual control dual mode,free switch,in the automatic control mode,only a button can control the rock drill rotation,impact and feed,and the drilling parameters can be adjust
6、ed in time according to the working conditions;using wireless remote control operation and manual operation of the cab with one key switch,only one person can operate to form a hole;it can realize the function of onekey to display car and onekey to collect the car,timely completion of anchor,drillin
7、g,injection process and loading,blasting,slag transport and other processes of efficient switching,make various processes professional,standardized.The industrial test shows that the drilling rig is reliable and effective,and all parameters,functions can meet the requirements of the construction tec
8、hnology of anchor and drill in twobench of the tunnel.Key words:tunnel anchoring drill;control system;twobench anchor stock;remote drilling;drilling and blasting method0引言目前国内公路、铁路隧道较多,地层多为软弱围岩、破碎断层,地质结构复杂,特别是已动工的川藏铁路隧桥比高达 95%1。隧道钻爆施工主要包括钻掌子面的炮眼和对已开挖好的洞壁进行锚固支护二方面,需要专业化非标装备满足施工工况和工艺的要求,以提高隧道施工的速度并节省施
9、工成本,以速度求效益2。钻炮眼施工时,目前大部分施收稿日期:2023-03-23;修回日期:2023-07-06 DOI:10.12143/j.ztgc.2023.S1.069第一作者:罗诗伟,男,汉族,1978年生,副总工程师兼技术部长,正高级工程师,注册建造师,机械设计制造及其自动化专业,从事地质钻探机械的研发、设计制造以及对外技术合作工作,陕西省咸阳市玉泉西路秦都科技产业园,。引用格式:罗诗伟,王平安,白宁博,等.MG-20S型隧道锚杆钻机的研制与应用 J.钻探工程,2023,50(S1):431-436.LUO Shiwei,WANG Ping an,BAI Ningbo,et al.
10、Development and application of MG-20S tunnel anchoring drill J.Drilling Engineering,2023,50(S1):431-436.2023年 9月钻探工程工单位依然采用单人手持式操作支腿式全液压凿岩机钻孔,一般一个掌子面有 120140 个炮眼,根据洞内空间安排 810 台手持式设备并排进行施工,需要钻高位置的孔位时必须搭建高空作业平台,在平台上进行钻孔,钻孔完成后,人工安装炸药,拆除作业平台后实施爆破,爆破完毕,挖掘机开始铲挖碎石,用汽车运出洞外;进行洞壁的锚固支护时,与钻炮眼施工工艺基本一致,成孔后由人工安装锚杆
11、、连接锚杆并完成注浆封堵。整体来说支腿式全液压凿岩机在隧道钻爆施工中速度慢,效率低,机械化程度不高,特别是多台设备工作时噪声较大,产生的粉尘多,同时需要多名操作人员,若隧道坍塌、岩石掉块时,人员和设备撤离速度较慢,安全性较差。在机械化施工方面,国内外企业一般都是把隧道掌子面的凿孔与洞壁锚固支护做成两种设备,即隧道凿岩台车和锚杆台车,例如铁建重工、四川钻神、阿特拉斯等大型工程机械厂家3。凿岩台车基本上都是采用底盘前端安装悬臂式的长直臂或伸缩直臂结构形式,在长直臂前端装回转油缸或回转支撑实现平面的 360角度调整,回转油缸或回转支撑上再安装推进梁,推进梁上装液压凿岩机或回转动力头实现凿岩或钻杆回转
12、;有的还加装补偿推进梁来实现钻孔作业,整机行走有轮式底盘或履带底盘;有的设备装有双臂、三臂等多条直臂,可实现同时多孔施工,甚至有的可多角度对位、自动化钻孔。这些设备只能完成钻掌子面的炮眼或洞壁的系统锚杆、锁脚锚杆等单一的功能,而且都是针对全断面(含仰拱)、大断面、微台阶法等开挖方式而设计的,不能同时满足隧道二台阶开挖和洞壁锚杆支护。而且价格较高,且体积庞大,基本上设备长度都达到 16 m 以上,无法在隧道内掉头,难以满足狭窄场地施工4,当需要爆破、运渣时退出洞口,钻孔时再进入,随着隧道掘进施工的推进,设备进洞出洞时间较长,导致各工序衔接不紧密,影响施工进度和施工质量。为此,进行了 MG-20S
13、 型隧道锚杆钻机的研制,可完成隧道钻爆的二台阶掘进施工工艺,既可钻掌子面的炮眼孔,也可完成系统锚杆、锁脚锚杆孔的施工5,与 GT-12 型高空作业车配合完成炮眼炸药的装填、锚杆孔的注浆、锚杆的安装等工序施工。该钻机采用三段臂组成曲臂式变幅机构,可一键展车、一键收车,收车后长度只有 7 m 左右,可原地调头,且具有自动对位功能。需要爆破或运渣时,迅速收车退至安全距离,靠向隧道壁停放,不用退出洞口,且留出挖掘机或运渣汽车通行通道;需要钻孔时,移至掌子面或洞壁,一键展车即可施工,与其它工序高效切换,同时设备可达到电液自动化控制,仅需 1人远距离无线遥控即可完成设备驾驶和主要操作,从而提高施工速度,降
14、低安全隐患,减少施工成本,促使各工序专业化、规范化6-7。1总体结构形式MG-20S 型隧道锚杆钻机(图 1)采用四轮一带式履带底盘,由回转支承、机架、动力系统、驾驶室(包括空调)、变幅机构、钻架给进机构、凿岩机、电缆盘、液压系统、电器系统等部分组成,通过液压凿岩机在隧道端面进行钻孔作业,采用柴、电双动力施工,且动力模式一键切换,设备最大作业高度 9 m,其中工作模式/钻进模式/行走模式 3 种模式互锁,防止误触,具有小型化、成孔速度快、能效高、使用方便等特点8,可实现隧道锚杆施工机械化。液压系统采取负载敏感控制系统,可具备全方位钻进姿态调整功能9,一键展车/收车自动控制,采用无线遥控操作和驾
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