可在極堅硬強(qiáng)磨蝕性巖石中實現(xiàn)高效低耗鑿巖的φ41mm重型三刃形釬頭——山西“陽五高速”佛嶺隧道釬頭攻關(guān)首輪產(chǎn)品的工業(yè)考核

張國櫸，葉凌云，張漢斌，楊太奎趙書濤，鄧美龍，楊海曙，張華慶

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）掘進(jìn)工程研究所；湖北武漢410083；2.中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司；3.湖北嘉裕管業(yè)股份有限公司，湖北咸寧43721）

1 問題的提出

陽泉至五臺山高速公路，是山西省東縱干線公路的重要組成部分，全長182公里，按雙向四車道設(shè)計，路基寬度24.5m。由國家特大型中央企業(yè)中國建筑工程總公司投資，中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司承建。2008年1月11日開工迄今，南段陽泉至盂縣段已建成；北段五臺山至盂縣段正緊張施工。北段五盂高速主要工程量之一的佛嶺隧道，為分離式特長隧道：正洞右洞全長8805m，左洞全長8803m，隧道凈空寬×高為10.25×5.0m，采用鉆爆法施工。2011年11月底，佛嶺隧道中部1號斜井隧道（坡度每40m交替為1%和7.7%，開挖斷面寬×高為13.0×10.0m）施工中，遭遇到極堅硬強(qiáng)磨蝕性石英巖和高硅質(zhì)花崗片麻巖，原用各種品牌的一字、球齒形釬頭紛紛早期報廢，釬頭消耗量劇增，工程進(jìn)度劇降，工人勞累不堪重負(fù)。這次釬頭技術(shù)攻關(guān)，起因于山西“陽五高速”佛嶺隧道1號斜井施工現(xiàn)場的一封技術(shù)求援短信。2011年12月3日，北京中建一局的黃常波同志，將此短信轉(zhuǎn)發(fā)給了中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的張國櫸和張漢斌。

信中主要內(nèi)容是：一號斜井掌子面開始逐漸進(jìn)入二級圍巖，目前掌子面處于石英巖與花崗片麻巖之間的巖性，顏色呈淺灰色或肉紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，之間夾雜石英微小顆粒，巖體較完整，節(jié)理裂隙不發(fā)育，硬度特別高。每次鉆爆需要磨損近二百個鉆頭，平常只需幾十個鉆頭就行。同時打鉆的時間也比以增加了近三分之二（平常鉆爆工序只需3.5小時，每天能爆三炮，共掘進(jìn)9米以上，現(xiàn)在鉆爆工序需花8個多小時，工人太累，每天只能爆一炮，共掘進(jìn)2.8米）。在此期間我們也使用了其它十幾個品牌型號的鉆頭，時間，磨損程度稍有好轉(zhuǎn)，但不能滿足施工要求。目前我們采用的是金龍40梅花柱齒鉆頭，現(xiàn)在成一個孔需要約半個小時，以前成一個孔只需十一二分鐘。鉆頭情況如表1，巖石狀況見圖1。

表1

2 調(diào)查發(fā)現(xiàn)

針對上述施工現(xiàn)場的鑿巖條件（極堅硬石英巖、高硅質(zhì)花崗片麻巖和沖擊功率較高的YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)），我們認(rèn)為首先必須解決原用各種一字、球齒釬頭的早期片齒碎脫和褲體變形與脹裂問題。實踐證明，國內(nèi)一般廠家包括知名廠家在內(nèi)的常規(guī)釬頭產(chǎn)品，已經(jīng)不能解決問題。施工中暴露的問題是：

圖1

①一字形釬頭，單位刃長沖擊功負(fù)荷過大；合金片偏薄、偏矮，抗沖擊能力弱；刃鋒磨損不均勻、抗徑向磨損能力低，出現(xiàn)的扇形鈍臺和倒錐形磨損，直接導(dǎo)致單位刃耗和徑耗進(jìn)尺減少；由于國內(nèi)市場的無序競爭，該類產(chǎn)品利潤很低，廠家所用硬質(zhì)合金和鋼材材質(zhì)較差，特別是鋼體硬度與強(qiáng)度均難達(dá)標(biāo)，且錐孔偏淺，幾何精度較差，一般不考慮國際流行的對錐孔熱噴涂軟金屬涂層或加紫銅皮襯墊——這對使用部門和國家造成的釬頭、釬桿耗量大、工程進(jìn)度慢、工程造價高和資源浪費，反而對這些廠家眼前多賣釬頭有利；

②球齒釬頭，尤其是具有我國特色的各種“沉底式感應(yīng)釬焊固齒”小直徑球齒釬頭，在分布廣泛的單軸抗壓強(qiáng)度σD≤200MPa的硬脆巖石中，具有刃齒分布合理，破巖效率高，不需要修磨，殘齒便于回收利用，且較過盈固齒球齒釬頭布齒方便、固齒牢度高、整體堅固性好、釬頭最小直徑不受限制和制造成本較低的巨大優(yōu)勢，從上世紀(jì)八十年代初在我國問世以來，在這種鑿巖條件下逐步更新一字形釬頭的發(fā)展趨勢，已經(jīng)日漸顯現(xiàn)。但是，面對“陽五高速”佛嶺隧道的極堅硬強(qiáng)磨蝕性石英巖，邊齒早期碎齒，刃齒迅速磨鈍、磨平而不能重磨，使其對于刃片狀釬頭的優(yōu)勢喪失殆盡；

③釬頭與釬桿的連接、拆卸和修磨方法落后。例如：釬梢與釬頭錐孔的連接普遍插入深度不足，錐孔偏淺，釬梢梢端直徑偏大。φ22×7°錐孔，配φ19×7°車制釬梢成品釬桿，插入深度不足25mm；配φ20×7°鍛制釬梢成品釬桿，插入深度只有16mm左右，且梢面與錐孔壁接觸不良；如果釬梢端不能到達(dá)釬頭錐孔的直壁小端，加上釬頭褲體硬度或強(qiáng)度不足，則釬梢端部孔壁工作不久就會被釬梢擠壓塑變起臺而導(dǎo)致連接破壞，褲體脹裂、斷腰、脫釬、釬梢損壞等事故將接踵而至；又如：釬頭磨鈍后普遍采用手錘砸打卸釬，加劇了釬頭褲體和釬梢的變形損傷，縮短了釬頭、釬梢的使用壽命；再如：釬頭修磨不規(guī)范。釬頭已經(jīng)磨鈍而不及時更換重磨后再用，打鈍釬頭導(dǎo)致的釬頭、釬桿和鑿巖機(jī)零件損傷現(xiàn)象較為常見；不同的鑿巖工按各自的習(xí)慣干磨，導(dǎo)致釬頭重磨次數(shù)減少，砂輪消耗過快，砂輪機(jī)過載燒毀現(xiàn)象也時有發(fā)生；

④施工現(xiàn)場不具備符合要求的釬頭和釬桿（釬柄、釬梢）專用修復(fù)設(shè)備。釬頭、釬梢都在普通大直徑平砂輪上干磨；釬頭錐孔脹大了，甚至在砂輪上把新成品釬桿的釬梢磨短使用；釬梢斷了，就在砂輪上大致磨尖使用。

以上所發(fā)現(xiàn)的四個方面問題造成的綜合結(jié)果是：在石英巖中，各種品牌常規(guī)φ40一字釬頭，平均壽命不足4m；較好的φ40彈頭四齒球齒釬頭，平均壽命不足6m。均一次性使用，打壞為止；在高硅質(zhì)花崗片麻巖中，各種一字形釬頭可重磨2～3次，各種球齒釬頭不需修磨，其平均壽命大致相當(dāng)，約20～30m，少數(shù)為合金刃齒磨平，絕大多數(shù)為非正常報廢。工人一般比較喜用《金龍》牌φ40彈頭四齒球齒釬頭，也僅僅因其壽命稍長，操作比較省事。

3 對策——新釬頭的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、材質(zhì)、制造工藝和使用技術(shù)設(shè)計

根據(jù)上述存在問題，結(jié)合我們多年積累的國內(nèi)外工作經(jīng)驗，主要針對極堅硬強(qiáng)磨蝕性石英巖（自然也適用于堅硬的高硅質(zhì)花崗片麻巖），我們提出了四項改進(jìn)建議，并已初步付諸實施：

3.1 提高釬頭質(zhì)量

采用三刃一中水孔雙側(cè)水孔幾何結(jié)構(gòu)。水孔直徑φ5.3mm，確保破巖有效、排粉及時，合金片尺寸調(diào)整方便；釬頭幾何參數(shù)確定為釬頭直徑φ41+0.3mm，褲體直徑φ33±0.3mm,釬頭錐孔口直徑φ22+0.10mm；錐孔角度為7°-2′30″；錐孔小端直徑φ18+0.10mm；孔底直壁深度5mm；孔底半球拱形半徑9mm；錐孔總深47±0.3mm，以確保φ18×7°成品釬桿釬梢有效插深達(dá)到33mm左右；釬刃合金片名義尺寸為半圓頭型長×厚×高=17×10×18mm，其細(xì)部尺寸參數(shù)按相關(guān)企標(biāo)執(zhí)行；合金片底部平面至錐孔頂部距離為6～8mm；釬頭總高為73±0.5mm；釬頭大端隙角為3°；釬頭大端高度為25mm；釬頭刃翼厚度為23±0.15mm；其它細(xì)部參數(shù)按產(chǎn)品圖紙的要求執(zhí)行。釬頭幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，合金片采用國內(nèi)經(jīng)過真空-加壓燒結(jié)或真空-氣淬熱處理的優(yōu)質(zhì)鑿巖硬質(zhì)合金牌號，如中南大學(xué)研制的YJ1·1R（Co含量9%，晶粒度2.0～2.5μm，硬度HRA87.5～88.5，抗彎強(qiáng)度σbb≥2600MPa）和G308（Co含量8%，晶粒度1.8～2.2μm，硬度HRA88.5～89.0，抗彎強(qiáng)度σbb≥2500MPa）；成都天源硬質(zhì)合金工具有限公司研制的N-2合金（“一步法”物理冶金新工藝制粉，形成WC平均晶粒度為3.2μm粗晶粒非均勻結(jié)構(gòu)基體合金，包覆0.8～1.0μm細(xì)晶非均勻結(jié)構(gòu)團(tuán)粒的晶粒組織結(jié)構(gòu)異同、力學(xué)性能良好的非均勻包覆結(jié)構(gòu)合金。N-2合金鈷含量為9.5%，6MPa真空低壓燒結(jié)，孔隙度低于A02B00C00，硬度HRA88.5～89.0，抗彎強(qiáng)度σbb≥2800MPa）；鋼材選用具有超級鋼特征（高潔凈度、超細(xì)晶粒、高均勻度）的24SiMnNi2CrMo、25SiMnNiCrMoV(XGQ25)或40MnMoV空冷潔凈鋼，以確保新釬頭在感應(yīng)加熱釬焊固片空冷（或風(fēng)冷）條件下，釬頭鋼體具有足夠的強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度σb≥1500MPa）和硬度（頭部表面硬度達(dá)到HRC40左右，褲體表面硬度達(dá)到HRC35左右）。為此，在鋼材訂貨時應(yīng)明確提出較高的鋼質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。例如：φ32mm鍛坯料或φ42mm機(jī)加工棒料，要求選擇由50噸以上電弧爐熔煉（EBT），經(jīng)過爐外精煉（LF）和真空脫氣（VD）處理，并具有高壓縮比的連鑄連軋棒坯；每爐產(chǎn)品各鋼號化學(xué)元素目標(biāo)成分（%）含量波動范圍（已注明者除外）≤0.015%；P≤0.014%；S≤0.009%；氧含量≤0.0012%；非金屬夾雜物尺寸≤8μm，達(dá)到優(yōu)質(zhì)軸承鋼水平；平均晶粒度細(xì)至7級以上；低倍組織不得有縮孔、汽泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點、晶間裂紋，點狀偏析、錠型偏析≤1級，中心和一般疏松≤1級，棒坯不允許有明顯的脫碳層（總脫碳層深度[鐵素體+過渡區(qū)]應(yīng)小于棒坯直徑的0.1%），從而保證釬頭鋼體經(jīng)過機(jī)加工、焊接、熱處理等工藝后，其機(jī)械性能實現(xiàn)窄帶供貨（同爐號同批次鋼材釬頭成品表面硬度變化范圍≤3HRC）；焊料選用湖南“三一集團(tuán)”或武漢銅材廠生產(chǎn)的801號成品焊料。這是一種Cu-Zn-Mn-Co系合金。其成分(%)為Cu58、Zn36、Mn4、Co2，熔點為911℃，線脹系數(shù)17.12×10-6（mm/m·℃）；鑄造抗拉強(qiáng)度σb≥420MPa，軋材抗拉強(qiáng)度σb≥600MPa，鑄造伸長率≥20%，焊縫抗剪強(qiáng)度≥300MPa，具有良好的抗多沖擊疲勞性能；焊劑選用脫水硼砂粉（Na2B4O7）。它由五縮四原硼酸鈉（Na2B4O7·10H2O）加熱脫水煉制后機(jī)械粉碎而成，在釬頭感應(yīng)釬焊固片時，對合金片、焊液和釬焊面發(fā)揮潤濕、清潔、排渣和絕氧保護(hù)的作用，確保獲得均勻、飽滿的堅實焊縫。釬頭幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)與材質(zhì)確定后，制造工藝對釬頭成品質(zhì)量將起到?jīng)Q定性作用。要求作到：

（1）嚴(yán)格按產(chǎn)品圖紙和技術(shù)要求進(jìn)行機(jī)械切削加工；

（2）精確配片。包括焊接組件的準(zhǔn)備、精度檢測和清洗、干燥；焊縫間隙的調(diào)整（用厚薄規(guī)測量，雙側(cè)縫厚可控制到0.25～0.30mm）；所購合金片內(nèi)側(cè)刃尖如未倒角，應(yīng)在焊前作1×45°倒角；釬頭鋼體如需滾刻標(biāo)記，也應(yīng)在焊前完成；

（3）感應(yīng)釬焊固片和熱處理?？蛇x用10～40kH的中頻或超音頻設(shè)備，由有經(jīng)驗的熟練技工進(jìn)行單支整體感應(yīng)加熱釬焊固片，須確保雙側(cè)焊縫均勻飽滿；釬頭頭部與褲體加熱溫度與焊接后空冷保溫方式，視季節(jié)環(huán)境而定，須保證頭部和褲體表面硬度分別達(dá)到HRC40和HRC35左右；

（4）焊后修磨與成品清理。釬頭大端需用外圓磨床修磨3°斜角錐面；修磨三刃釬頭刃面（假定成品釬頭刃角α=110°），需用專用的三刃釬頭砂輪修磨機(jī)，所用成型砂輪的錐角θ=146°44′，進(jìn)刀仰角γ=31°13′；刃翼外側(cè)棱尖須按圖紙要求倒棱、倒角；釬頭內(nèi)外表面噴砂或噴丸處理后，盡可能在錐孔內(nèi)熱噴涂Zn-Al合金軟金屬涂層，然后噴漆、包裝、入庫。

3.2 科學(xué)使用，充分發(fā)揮釬頭的工作潛力

針對鑿巖條件設(shè)計、制造出高性能釬頭后，科學(xué)的釬頭使用技術(shù)和方法，是充分發(fā)揮釬頭、釬桿工作潛力，確保釬頭、釬桿、鑿巖機(jī)工作穩(wěn)定，鉆速快，壽命長，從而實現(xiàn)高效、低耗鑿巖的最終保證。首先必須領(lǐng)導(dǎo)重視，努力培訓(xùn)出資質(zhì)合格、技術(shù)熟練的優(yōu)秀鑿巖工，能夠理論聯(lián)系實際，自覺地克服困難，創(chuàng)造條件，堅決貫徹實施釬頭科學(xué)使用三原則：

（1）正確連接。

φ41mm重型三刃釬頭采用φ22×7°-φ18mm錐孔，建議配用“貴鋼”、“三占”、“三山”等知名廠商生產(chǎn)的φ18mm×7°車制釬梢的優(yōu)質(zhì)成品釬桿，確保釬梢插入釬頭錐孔的深度達(dá)到33mm左右，并且梢孔錐面均勻接觸，不能前緊后松，也不能過量后緊前松。在整過釬頭使用過程中，錐孔壁不能起臺，錐孔內(nèi)外表面不允許出現(xiàn)塑性變形，所有變形應(yīng)控制在彈性變形范圍內(nèi)；

（2）正確拆卸。

鑿巖過程中，應(yīng)保持距離釬刃外沿5mm處釬刃磨鈍刃寬Δ鈍≤2.5mm，達(dá)到2.5mm時鉆速會明顯減慢，必須立即卸下釬頭，留待重磨后再用，禁止繼續(xù)使用“打鈍釬頭”。因為這會造成釬頭、釬桿和鑿巖機(jī)易損件的人為損傷。鈍釬頭拆卸方法，建議使用中國地質(zhì)大學(xué)研發(fā)的DY-I型滑錘式卸釬器，逐步廢除落后的手錘砸打卸釬，以求增加釬頭重磨次數(shù)，防止釬頭褲體和釬梢人為變形損壞；

（3）合理修磨。

釬頭修磨技術(shù)，如同機(jī)床工人修磨刀具一樣，是一個精細(xì)的技術(shù)活，應(yīng)當(dāng)成為一個合格鑿巖工應(yīng)知應(yīng)會的必要條件。鈍釬頭修復(fù)的目的，是盡可能恢復(fù)釬頭原有的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)?！獞?yīng)按照釬頭修磨規(guī)范要求，努力作到“勤磨少修”。既恢復(fù)其原有的鑿巖速度，又盡可能地減少釬刃和砂輪的無謂消耗，以求增加釬頭重磨次數(shù)，確保釬頭直徑和殘留刃高等強(qiáng)度正常磨損報廢，從而最大限度地延長釬頭使用壽命，實現(xiàn)高效低耗鑿巖。

3.3 建議使用φ41mm重型三刃形釬頭（見圖2）

圖2 山西“陽五高速”佛嶺隧道極堅硬石英巖推薦用φ準(zhǔn)41mm重型三刃形釬頭圖

3.4 建議DY-1型卸釬器（見圖3）委托成都探礦機(jī)械廠加。

4 φ41mm重型三刃形釬頭的工業(yè)考核報告

時間：2012年4月12日至4月24日

地點：山西省忻州市五臺縣陳家莊鄉(xiāng)3公里處，中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司五盂高速LJ4標(biāo)項目部佛嶺隧道1號斜井工地。

圖3 H22、H25mm錐體連接釬具用DY-I型滑錘式缷器圖紙

圖4 山西“陽五高速”佛嶺隧道1號斜井工地的鉆架鑿巖現(xiàn)場(2012.4.14)

鑿巖條件：1號斜井坡度為每40m交替為1%、7.7%緩坡。隧道開挖斷面寬×高=13×10m，采用11臺YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)三層鉆架鑿巖，見圖4。巖石為極堅硬致密塊狀的石英巖和高硅質(zhì)花崗片麻巖。巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，經(jīng)巖石薄片和爆破后撿塊巖樣單軸抗強(qiáng)度檢測結(jié)果：現(xiàn)場稱作石英砂巖的手標(biāo)本，為灰白色巖石，質(zhì)地致密、堅硬，小刀刻劃不動，約為莫氏硬度7級以上。顯微鏡下觀察：該巖石主要由它形石英組成，粒徑在0.4～1.2mm大小，殘余碎屑結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，淺變質(zhì)重結(jié)晶形成致密狀硅質(zhì)膠結(jié)，其中原來的碎屑石英具有廣泛次生加大生長邊發(fā)育。巖石定名為石英巖。其顯微組織結(jié)構(gòu)見圖5。石英巖和花崗片麻巖單軸抗壓強(qiáng)度檢測試樣及檢測結(jié)果，見圖6和表2。石英巖爆破撿塊巖樣，單軸抗壓強(qiáng)度平均實測值σD=235.8MPa，如換算成原巖試樣值，約為259.4MPa，相當(dāng)普氏堅固性系數(shù)f=18；花崗片麻巖撿塊巖樣，單軸抗壓強(qiáng)度平均實測值σD=177.5MPa，如換算成原巖試樣值，約為195.3MPa，相當(dāng)普氏堅固性系數(shù)f=16。

圖5 “陽五高速”佛嶺隧道1號斜井隧道石英巖的顯微組織

圖6 山西“陽五高速”佛嶺隧道石英巖、花崗片麻巖單軸抗壓強(qiáng)度試樣(2012.5.30)

試鉆用釬桿：為《貴鋼》H22×108mm釬柄、φ19mm×7°車制釬梢精品釬桿，全長4000、4500mm，質(zhì)量穩(wěn)定，但釬梢偏粗，對φ22mm×7°錐孔，釬梢插深不足25mm，見圖7。試鉆用首批《田野》φ41mm重型三刃形釬頭簡介：該批釬頭共20支，是受中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）張漢斌高工委托，按所提供的圖紙和YJ1.1R合金片(長×厚×高=17×10×16mm)加工，其外貌見圖8。由于該釬頭圖紙是在相關(guān)三刃釬頭原圖上加注修改，又因時間倉猝，鋼材備料不及，工裝等準(zhǔn)備工作不到位，加工時設(shè)計委托方未到現(xiàn)場，致使該批釬頭雖然總體上體現(xiàn)了設(shè)計意圖，但仍存在幾點不足：

表2 巖石試驗成果表

圖7 山西“陽五高速”佛嶺隧道用《貴鋼》H22×108mm釬柄—長4000、4500mm釬桿-φ19mm×7°車制釬梢殘體

圖8 山西“陽五高速”佛嶺隧道用《田野》φ41mm重型三刃形釬頭(2012.1.8)

（1）釬頭設(shè)計總高73±0.5mm被忽略，使大端高度不必要地加高了5mm；

（2）鋼體采用了現(xiàn)有的42Cr Mo鋼未按圖紙要求，致使鋼體硬度與強(qiáng)度指標(biāo)未能達(dá)標(biāo)，褲體表面硬度值僅HRC20左右，這導(dǎo)致了這批釬頭的主要質(zhì)量缺陷；

（3）側(cè)水孔出水口偏低，這是釬頭總高控制失誤所致；

（4）釬頭刃面、外沿均手工修磨未上工裝，也未作釬頭頭部特別是合金釬刃的細(xì)部參數(shù)修磨，也在一定程度上影響了這批釬頭的內(nèi)在和外觀質(zhì)量；

（5）因條件尚不具備，錐孔未噴涂Zn-Al合金軟金屬涂層，褲體未滾刻永久標(biāo)記。雖然存在以上不足，也在一定程度上影響了釬頭的使用壽命（磨次進(jìn)尺、重磨次數(shù)）和鉆速，但因釬頭總體幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)比較合理、合金片與焊接質(zhì)量較好，加上科研人員親臨施工現(xiàn)場指導(dǎo)，采用了比較先進(jìn)的使用技術(shù)和方法，一定程度上彌補(bǔ)了這批釬頭的先天缺陷，現(xiàn)場試鉆表明，這批釬頭仍比較好的適應(yīng)了現(xiàn)場較為苛刻的鑿巖條件，杜絕了原用釬頭的早期損壞現(xiàn)象，全部實現(xiàn)了正常磨損報廢，重磨次數(shù)達(dá)到了10次以上，使用壽命也因此有了大幅度提高。

圖9 一組6支《田野》φ41mm重型三刃形釬頭在山西“陽五高速”佛嶺隧道1號斜井石英巖中的試鉆情形(2012.4.12)

試鉆結(jié)果：新釬頭第一個磨次鑿巖試驗，在石英巖中進(jìn)行，見圖9。巖石極堅硬，磨蝕性極強(qiáng)，工作面風(fēng)壓約0.6MPa，釬頭經(jīng)強(qiáng)烈沖擊工作正常，進(jìn)尺約1.5m時，鉆速明顯下降，釬頭磨鈍刃寬Δ鈍已達(dá)2.2mm，于是磨次終止。但已足夠證明該釬頭的抗沖擊、抗磨損能力，明顯優(yōu)于原用一字、球齒釬頭。由于生產(chǎn)安排，隨后13天的試鉆，全部在正常生產(chǎn)的以花崗片麻巖為主的隧道掘進(jìn)工作面進(jìn)行，見圖10。釬頭的拆卸與修磨，均在現(xiàn)有修磨條件下，由科研人員用卸釬器卸下已磨鈍釬頭后，在普通用作修磨硬質(zhì)合金刃具的小直徑（φ250、φ300mm）46或60目綠色碳化硅平砂輪上，按新的修磨規(guī)范示范操作（因條件所限，只能干磨）。磨好后的釬頭刃鋒，一般仍留有0.1～0.3mm前磨次磨損鈍臺的殘痕，即釬頭新磨次的起始刃寬Δ始；重磨后釬頭刃角一般保持為α刃=105°左右。釬頭修磨情況見圖11。試鉆過程中，全部進(jìn)尺、鉆速數(shù)據(jù)，均由施工部門組織技術(shù)人員跟班測定、記錄和整理，經(jīng)過13天緊張的連續(xù)工作，所投入試鉆的一組6支φ41mm重型三刃形釬頭，全部工作正常，實現(xiàn)了直徑、刃高正常磨損報廢。其中1、2、3、4、5號釬頭殘留刃高仍大于8mm，還可工作1～2個磨次。獲得的最終數(shù)據(jù)是：平均使用壽命94.2m；平均鈍鉆速16.9cm/min；平均磨次數(shù)10.33次；平均磨次進(jìn)尺9.12m/次；平均終徑φ38.03mm；平均殘留刃高9.18mm。具體數(shù)據(jù)見表3和圖12。首輪φ41mm重型三刃釬頭，盡管還存在一些不足，但與原用φ40一字、球四齒釬頭在同等鑿巖條件比較，使用壽命為原用釬頭的3倍以上，純鉆速大致相當(dāng)，硬質(zhì)合金有效利用率大幅度提高，仍取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果，受到了施工部門好評。

圖10 一組6支《田野》φ41mm重型三刃形釬頭在山西“陽五高速”佛嶺隧道1號斜井隧道掘進(jìn)工作面的試鉆情形(2012.4.18)

圖11 因陋就簡，科研人員用普通砂輪機(jī)按規(guī)范修磨三刃形釬頭

5 結(jié)論及建議

圖12 《田野》φ準(zhǔn)41mm重型三刃形釬頭使用效果（山西忻州市五臺縣陳家莊鄉(xiāng)中建交通“陽五高速”LJ4標(biāo)項目經(jīng)理部，2012.4.25）

通過半年的緊張工作，以及近半個月的現(xiàn)場工業(yè)考核，可以得出初步結(jié)論如下：

①φ41mm重型三刃形釬頭，是解決“陽五高速”佛嶺隧道施工中，在極堅硬強(qiáng)磨蝕性石英巖和高硅質(zhì)花崗片麻巖所遭遇鑿巖難題的正確選擇；

②首輪φ41mm重型三刃形釬頭在幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、材質(zhì)選擇、制造工藝和使用技術(shù)方法等方面，還有許多需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的工作要做，也具有很大的發(fā)展空間和潛力；

③φ41mm重型三刃形釬頭，在普氏堅固性系數(shù)f≥15，單軸抗壓強(qiáng)度σD≥200MPa的極堅硬強(qiáng)磨蝕性巖石中，相對于當(dāng)前我國普遍流行的常規(guī)小直徑一字和球齒釬頭，更有利于實現(xiàn)高效低耗鑿巖，因而具有普遍適用價值，值得全面推廣使用。

表3 《田野》φ41mm重型三刃釬頭使用效果調(diào)查統(tǒng)計表

為了推廣工作的順利和進(jìn)一步提升我國釬具生產(chǎn)廠商長期缺失的售后服務(wù)能力，特建議：

①本論文提供的φ41mm重型三刃形釬頭和DY-I型卸釬器圖紙，不存在知識產(chǎn)權(quán)問題，只要對國家和行業(yè)發(fā)展有利，誰都可以借鑒、復(fù)制和進(jìn)一步創(chuàng)新；

②在我國釬頭和釬桿質(zhì)量已有大幅提升的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高鑿巖速度、改善工人作業(yè)條件、方便生產(chǎn)管理、加快工程進(jìn)度和降低工程造價，應(yīng)針對不同鑿巖條件，加速研發(fā)和推廣小直徑一字、三刃、球齒形硬質(zhì)合金整體釬子的步伐；

③由釬具科研、生產(chǎn)、使用部門三結(jié)合，盡速研發(fā)出物美價廉的三刃形釬頭和三刃形整釬修磨機(jī)；

④較大型或固定的采掘工程部門，應(yīng)建有比較先進(jìn)適用的修釬房。該修釬房設(shè)備應(yīng)包括車床、砂輪鋸、釬頭或整釬修磨機(jī)、適當(dāng)功率感應(yīng)加熱爐和小型鍛釬機(jī)等，由專職技工負(fù)責(zé)修磨釬頭、修復(fù)釬桿的釬柄和釬梢。

致謝：這次釬頭技術(shù)攻關(guān)和論文撰寫過程中，得到了北京中建一局黃常波，中南大學(xué)周建華、周德富、成都天源硬質(zhì)合金工具有限公司鄧治洲、鄧海宇、湖北嘉裕管業(yè)股份有限公司羅新南、金成勇、中建交通建設(shè)集團(tuán)山西“五孟高速”LJ4標(biāo)項目部秦志紅、胡丁寧、任憲章、李和利、邱志發(fā)、楊賓、鄭天鵬、蘇宏恩、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）胡民安、郭蔓麗、彭鳳娟、武漢尼佳數(shù)碼圖文公司郭邦山等同志的大力支持和幫助，謹(jǐn)表謝意。

[1]張國櫸等.鑿巖釬具的設(shè)計、制造和選用[M].湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1986.10

[2]張國櫸等.極堅韌巖石用特重型釬頭[M].中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988.8

[3]洪達(dá)靈等.釬鋼與釬具[M].冶金工業(yè)出版社，2000.9

[4]周建華.礦用硬質(zhì)合金發(fā)展動向分析[J].鑿巖機(jī)械氣動工具，2011，(1):5～11.