MD系列锚固钻机设计和发展

卞文建，谢菲
（江苏省无锡探矿机械总厂，江苏无锡214026）

摘要：文章介绍了MD系列锚固钻机的研制和发展过程。从国内第一台全液压的锚固施工专用钻机——MD-50型锚固钻机到MD-100、MD-30、MD-60、MD-80等机型逐步推出，说明了产品扩展的进程，阐述了MD系列5个型号锚固钻机的技术性能参数。用图片和文字形式从工作环境、工况、工艺方法、钻机维修等方面分析了锚固钻机在结构、性能和使用上的特点及要求。针对这些特点提出在MD系列钻机设计结构上采取的技术措施。并就锚固施工的实际情况介绍了在钻机开发方面的经验。如产品的系列化、轻型化、操作简便性、无故障运行周期和网上远程维护等。阐述了系列产品在设计研究和开发服务上一些新思路、正在研究的情况和取得的新进展，有零部件轻型化、选用进口液压件、“单动双管钻进”特种工艺方法和机具、配套液压拔管器等。介绍了这些产品在全国各地和各行业的应用情况。

关键词：锚固钻机；技术参数；结构性能；特点；设计思路；发展过程

收稿日期：2003-12-17；修回日期：2004-02-10 
基金项目：“八五”国家科技攻关资助项目（85-907-05-02-10）. 
作者简介：卞文建（1970—），男，江苏江阴人，现任江苏省无锡探矿机械总厂技术开发中心副主任，工程师，从事钻探机械设备的开发研究.

MD系列锚固工程钻机为锚固工程施工需要开发的全液压轻便型锚固工程专用设备，首先研制的是MD-50型锚固钻机，作为“八五”国家科技攻关项目的子课题于1994年由原地矿部勘探技术研究和本厂共同研制成功[1、2]。这也是当时国内第一台全液压的锚固施工专用钻机。鉴于该钻机的设计与性能处于国内领先水平，且在拧卸钻杆、给进架位移及变角机构设计上有独特创新，1996年被国家经贸委评定为该年度的国家级重点新产品，予以推广应用，并于1997年获原地质矿产部科技成果三等奖[3]。1998年研制出了国内外首创的能用气动和液动双管冲击回转钻进锚固钻孔的MD-100型钻机与工艺[4]。经过近几年的发展，先后又研制生产了MD-30、MD-60、MD-80型钻机，近期还将有MD-50A和MD-100Q两个变型产品推出，从而形成了从小到大的锚固钻机系列。

MD系列锚固钻机面世后，在建筑、地质、铁路、公路和水利各行业施工领域内被广泛应用。参与长江三峡工程，北京十三陵水库，龙滩电站，大朝山电站，小湾电站，成昆，南昆，达万线、株六复线、京珠高速、元墨高速、大保高速、襄十高速等铁路和公路锚固工程；并在长江三峡链子崖及库区地质灾害防治等重点工程中经受了复杂条件的考验，充分展示了其优越性。这些新设备和新机型的不断推出，为锚固工程施工提供了有力的设备保障。

此外，还有部分钻机经改装后扩充了使用功能，不仅能够用于锚固工程施工，还可用于旋喷、压密注浆、微型桩和隧道管棚等施工。

MD系列钻机的主要参数见表1。

在锚固钻机系列产品的开发中，通过多年现场调研认识到，由于工程施工地质条件的多变和施工环境、场地等的限制，锚固钻机与其它种类的钻机在结构、性能、使用场合等方面有如下几个突出的不同点[5]：

3.1　钻机的工作环境都相当恶劣，特别是高边坡工程比较多，钻机的搬运、就位、移位非常困难（照片1）。

3.2　钻进时的工况非常复杂，地质情况千差万别，钻机必须能满足多种钻进及事故处理的工艺的要求。

表1　MD系列锚固钻机主要参数
Tab.1Technical parameters of MD series anchor rig

照片1　钻机移位
Photo.1　Drill moving

3.3　锚固施工中最常用的工艺方法是风动潜孔锤空气钻进，往往工作时的污染非常严重，工作条件非常恶劣。

3.4　施工地点多远离城镇和交通要地，交通不便、运输不畅，因而对钻机的维修、配件供应极其困难（照片2）。

照片2　配件供应
Photo.2　Fitting providing

3.5　钻机操作人员多为临时工，岗位不固定，操作水平和文化层次参差不齐，有高有低，多数未经过专业培训。

我们在MD系列锚固钻机的开发中，针对上述特点，采取了如下技术措施：

4.1　零部件的系列化、标准化。充分应用成组技术，尽可能多的应用通用零部件，为施工企业的设备管理和配件供应创造便利条件。

4.2　钻机的轻型化、可快速装拆化。如MD-50A、MD-60、MD-80钻机最大的部件的重量控制在300kg以内。在动力头的滑架上设计了与脚手架钢管同样规格的接管，使用时将动力头与滑架作为工作部件直接固定脚手架上进行施工。（照片3）

照片3　部件轻型化
Photo.3　Portabiligy of accessory

4.3　由于钻进的复杂性，故在钻机输出转速上采用有0～16 r/min的无级调速档，便于打捞钻具、卸扣、上下套管用。还在液压系统上，留有拔管机的接口，便于起拔套管。

4.4　对工作时严

重污染，为什么操作者不喜欢用孔口粉尘装置，我们分折了原因，由于原先孔口装置在钻机上的位置固定不变的，在开孔时，有时潜孔锤的外径通不过孔口扶正器的导向套，故在装拆时就不用了。故在MD-80、MD-100上我们设计有可快速移动的孔口扶正器。

4.5　由于锚固钻机大多数施工场合均远离城镇，造成了设备维护、配件供应极其困难，故我们在设计中，把无故障工作时间作为一个极为重要的指标来追求。例如在动力头的设计结构中，主轴支承采用了特殊的支承结构，确保动力头能长期使用无故障。在正常的保养下，理论上动力头可使用9000 h。加压提升采用的链条设计安全系数为4倍以上，正常情况下可长期使用。加压提升用的油缸活塞杆采用了特殊的热处理，确保在粉尘、石粒对其破坏下能长期正常工作。(www.xing528.com)

厂家网站上开设了维护功能模块，采用了人人都能看懂的三维图象，如MD-60的动力头爆炸图（照片4），通过网站，不管设备在什么地方施工，只要能上网的地方，就可在快速取得相关的技术支持。

照片4　动力头
Photo.4　Power head

4.6针对开机人员的不稳定，我们设计操作台时，就考虑采用一看就懂的傻瓜型操作系统（照片5）。操作面板上设有3个压力表显示了各组控制系统的工况，可随时掌握孔内情况。各部件相连的装拆部位均有快速定位装置。

照片5　操作面板
Photo.5　Operation faceplate

5.1　由于锚固工程钻孔规格和深度在不断的扩大，锚固钻机也在向大扭矩、大起拔力发展，这就与钻机轻便型的矛盾更为突出。我们将采用高强度的材料来解决局部的重量与强度矛盾。在快速装拆的结构上将进行优化，将可拆部件的重量进一步降下来，我们的目标是在近2 a内将最重部件降至150 kg以内（除电机外）。

5.2　针对当前钻探设备上液压系统的工作压力已由中低压力（16～20 MPa）向高压甚至超高压（20～25～32 MPa）方向发展，我们已逐步并推广采用进口液压元件，如油泵、驱动马达、操纵阀、密封件、联接件、液压管件等（照片6），提高系统运转可靠性和延长设备使用寿命，有效降低液压系统方面的故障。液压系统散热（照片7），也在加紧进行研究试用。总之随着液压系统技术水平的不断提高，液压系统的油箱及其它附件的重量将会降下来，无故障工作时间会延长。

照片6　阀
Photo.6　Vavle

照片7　散热器
Photo.7　Radiator

5.3　继续研究和发展“单动双管钻进”特种工艺方法和机具，以适应越来越多的不稳定复杂地层的成孔需要，解决施工难题，并希望在锚固工程或微型桩施工工程中，更好地发挥其应有的作用。

5.4　为锚固施工提供高效便利的配套设备和工具，如液压拔管器在现有的80 t基础上再向更大起拔力方向发展，跟管钻具和双管钻具向更大规格发展等。

总之，要充分发挥技术优势，随着MD系列锚固钻机的不断充实完善，提供个性化要求的设备，提供功能先进、价格合理、符合市场和技术发展需要的各种钻探机械设备成为可能。

参考文献：

[1]地质矿产部勘探技术研究所.MD-50型钻机研制报告[R].廊坊：地质矿产部勘探技术研究所，1994.

[2]范存孝.MD-50型钻机的设计[A].第三届全国岩土钻掘设备学术研讨会论文集[C].中国地质学会探矿工程专业委员会编，1995：175.

[3]地质矿产部科学技术司，探矿工程科技进步100例[M].北京：地震出版社，1998.

[4]范存孝，等.气动或液动站击回转双管正循环钻进工艺及MD-100型锚固工程钻机[J].探矿工程，2001，（6）：41.

[5]朱国平，罗强.岩土锚固工程钻机及钻孔机具的配套选型页[J].探矿工程，2003，（4）：38.

Design idea and development of MD series anchor rig

BIAN Wen-jian，XIE Fei
（Jiangsu Wuxi Mineral Exploration Machinery General Factory，Wuxi214026，China）

Abstract：The paper introduced the development and research of MDseries anchor rig，from model MD-50 drilling rig which is the first full hydraulic pressure drilling rig used for the anchor constrution in our country to new model products developed step by step such as model MD-100，model MD-30，model MD-60，model MD-80.It introduced the product development course and the application of new products in whole country and each vocation field.The articl expanded the technical parameters of five model anchor rigs of MD series and with picture information and its accompanying essay analysed anchor rig structure，capability and using characteristics and request from the way about woking environment，technique and machine maintaining.The paper introduced some new technical measures in designing MD series drilling rig aiming at these characteristics，and the drilling rig development experience providing the foundation of anchorage project circs in nature，such as serialization of products，portability easy to operate，operational cycle time and long-distance maintenance in internet.It also introduced some new ideas，researching complexion and acquirement，such as accessory portabitity selection of imported hydraulic assemblies，dual tube drilling，special technique and implements，forming hydraulic draw bench and so on.

Key words：anchor rig；technical parameter；structure and capability characteristic；design idea；development course（process）

文章编号：1003-8035（2004）SO-0012-04

中图分类号：P634.3+1

文献标识码：A