隧道锚杆钻机的性能依赖于各系统的协同工作,核心组成包括动力系统、钻具系统、推进系统、操作系统和辅助系统这5大系统。

1. 动力系统
① 气动式:由空压机(外接)、气动马达、气控阀组成,压缩空气经气控阀调节后驱动马达旋转,同时提供推进力。
② 液压式:由液压泵(电机/柴油机驱动)、液压马达、液压油缸、溢流阀组成,液压泵输出高压油,通过阀组控制马达转速和油缸推进速度。
③ 电动式:由三相异步电机、减速器、变频器组成,电机通过减速器降低转速、提升扭矩,变频器实现转速无级调节。
2. 钻具系统
钻具系统是直接与岩石接触的核心部件,决定钻孔效率和孔壁质量:
① 钻杆:常用材质为高强度合金钢管(40CrMnMo),直径25-50mm,长度0.5-2m(可拼接),表面有排渣槽(螺旋槽或直槽),用于排出岩屑。
② 钻头:根据岩石硬度选择:
① 软岩(Ⅳ-Ⅴ级):一字型、十字型合金钻头(成本低,耐磨性一般);
② 中硬岩(Ⅲ级):球齿钻头(钨合金齿,抗冲击性强);
③ 硬岩(Ⅰ-Ⅱ级):金刚石复合片(PDC)钻头(硬度高,寿命长,钻孔精度高)。
3. 推进系统
推进系统保证钻具匀速进给,提供稳定的钻孔压力:
① 气动推进:通过气缸驱动钻具前进/后退,推进力较小(1-5kN),适用于浅孔;
② 液压推进:通过双作用油缸推进,推进力可调(5-50kN),可适应不同硬度岩石;
③ 机械推进:少数电动钻机采用丝杠螺母推进,精度高但速度慢,适用于精密钻孔。
4. 操作系统
操作系统控制钻机的启停、转速、推进方向及角度:
① 手动操作:小型钻机配备手柄、旋钮,人工控制气阀/液压阀;
② 半自动操作:支腿式钻机配备液压先导阀,操作更轻便,可设定推进速度;
③ 全自动操作:履带式台车配备PLC控制系统,通过触摸屏设定参数(钻孔深度、角度),激光导向定位,无需人工干预。
5. 辅助系统
辅助系统提升作业安全性和环保性:
① 除尘系统:分为干式(布袋除尘器、旋风除尘器)和湿式(喷水降尘),用于收集钻孔产生的粉尘(隧道施工粉尘浓度需≤2mg/m³,避免矽肺病);
② 排渣系统:气动钻机通过压缩空气吹除岩屑,液压钻机可配套泥浆循环系统(湿式排渣,适用于易坍塌围岩);
③ 稳定系统:履带式钻机配备支腿或配重,防止钻孔时整机倾斜;支腿式钻机配备角度仪,确保钻孔角度符合设计要求(通常锚杆与围岩夹角≥75°)。