长寿命冲击凿岩钎杆——工业炸药和凿岩机发明后困扰世界采掘工业的百年难题

150年前瑞典诺贝尔父子继中国火药之后,发明硝化甘油胶质炸药用于修路与采矿,引发了导致社会财富高速增长的“真正意义的工业革命”,1923年德国施律泰尔发明WC-Co硬质合金,迅速形成硬质合金切削丸具和硬质合金凿岩钎具两大产业,使机械和采掘工业飞速发展,被誉为“工业的牙齿”,迄今,现代化的凿岩爆破技术,已成为人类向岩石圈索取资源和向地下开拓生存与发展空间的主要手段。其中,用在岩矿石中冲击凿孔的凿岩钎杆,是人类所有机械工具中受力条件最苛刻,使用寿命最短,基础工业必备,技术含量很高的大量消耗性工具。研制长寿命冲击凿岩钎杆,已成为全球采掘工业高,低耗凿岩必须解决的新世纪重大工程技术难题。这需要凿岩,爆破,岩石破碎,矿业,材料,冶金,钢铁、机械,物理、化工,电子,数学,力学,生物（仿生）等各方面专家的长期通力合作,建设以新型“硬质合金钎具”和“长寿命冲击凿岩钎杆”为标志的有中国特色的现代化凿岩钎具工业,是我国新一代“资源-高科技-外向型”民族工业一个具有战略意义的新的生长点。     

长寿命冲击凿岩钎杆：工业炸药和凿岩机发明后困扰世界采掘工业的百年难题

用在岩矿石中冲击凿孔的凿岩钎杆,是人类所有机械工具中受力条件最苛刻、使用寿命最短、基础工业必备的大量消耗性工具,因此,研制长寿命冲击凿岩钎杆已成为全球采掘工业高效、低耗凿岩必须解决跨世纪重大工程技术难题。这需要各方面专家的长期通力合作,建设以“硬质合金复合片齿钎具”、“一步法新型硬质合金”和“长寿命冲击凿岩钎杆”为标志的现代化凿岩钎具工业 。     

长寿命冲击凿岩钎杆

用在岩矿石中冲击凿孔的凿岩钎杆,是人类所有机械工具中受力条件最苛刻、使用寿命最短、基础工业必备的大量消耗性工具,因此,研制长寿命冲击凿岩钎杆已成为全球采掘工业高效、低耗凿岩必须解决的跨世纪重大工程技术难题。这需要各方面专家的长期通力合作,建设以“硬质合金复合片齿钎具”、“一步法新型硬质合金”和“长寿命冲击凿岩钎杆”为标志的现代化凿岩钎具工业。     

硬质合金凿岩钎具的计算机辅助工程CAE研究

凿岩钎具配合爆破技术在岩矿石上穿孔,直接服务于交通、能源、资源开发等基础工业,是人类征服岩石的主要工具。以新型长寿命钎杆和硬质合金钎具为代表的现代凿岩工具,包容了凿岩、爆破、岩石破碎、矿冶、材料、冶金、钢铁、机械、电子、化工、力学、地学以致生物学等多学科的前沿理论和技术成就,已发展成为世界胜的高新技术产业。     

我国冲击凿岩技术暨钎钢钎具工业的现代化发展

凿岩技术是采掘业的先导。我国是火药和冲击凿井技术（“顿钻”）的发明国,谱写了人类冲击凿岩技术的辉煌历史。现代凿岩爆破技术和凿岩机具．已成为人类向岩石圈索取资源和向地下开拓生存与发展空间的主要手段。我国凿岩技术和凿岩机具工业的建设。是新中国成立后从学习苏联技术开始的。目前我国钎钢钎具、凿岩机械、硬质合金工业已拥有众多创新技术,不少产品已经可以和世界名牌公司的同类产品一争高下。我们长期面对的全断面隧道掘进机（TBM）、全液压凿岩钻车,以及钻车凿岩用重型钎杆和硬质合金整体钎杆等长钎具“瓶颈”。已经或即将取得重要突破。本文简要回顾了六十年来我国凿岩技术和凿岩机具工业的现代化发展历程。     

我国冲击凿岩技术暨钎钢钎具工业的现代化发展（续）

凿岩技术是采掘业的先导。我国是火药和冲击凿井技术（“顿钻”）的发明国,谱写了人类冲击凿岩技术的辉煌历史。现代凿岩爆破技术和凿岩机具,已成为人类向岩石圈索取资源和向地下开拓生存与发展空间的主要手段。我国凿岩技术和凿岩机具工业的建设,是新中国成立后从学习苏联技术开始的。目前,我国钎钢钎具、凿岩机械、硬质合金工业已拥有众多创新技术。不少产品已经可以和世界名牌公司的同类产品一争高下。我们长期面对的全断面隧道掘进机（TBM）、全液压凿岩钻车,以及钻车凿岩用重型钎杆和硬质合金整体钎杆等长钎具“瓶颈”,已经或即将取得重要突破。本文简要回顾了六十年来我国凿岩技术和凿岩机具工业的现代化发展历程。     

高效低耗复合钎具的研究和应用

二战结束至今，全世界采掘工业冲击式凿岩普遍使用的硬质合金钎具，只有片状和球齿两大系列。这两大类钎具在长期的凿岩实践中，都日益暴露出其自身的许多缺陷，难以更好地满足现代采掘工业高效、低耗凿岩与合理利用钨钴等稀贵自然资源的不断增长的需求。     

高效低耗复合钎具的研究和应用

1923年德国人发明WC-Co硬质合金，首先用于机械切削加工，被称为“工业的牙齿”。二战以来，片状(一字、三刃、十字、X型)和球齿系列硬质合金钎具，相继于1938、1968年前后问世，以其寿命长、钻速快的巨大优势，迅速取代了传统的钢钎凿岩，被誉为“采掘工业的牙齿”。凿岩实践中逐渐发现：现有片状和球齿钎具，都存在各自的一些弱点。例如，片状钎头直径受限(≤φ89mm)，修磨频繁；球齿钎头抗径向磨损能力低，边齿工作条件恶劣，不适用于极坚韧矿岩，且硬质合金浪费严重。近几年来，具有片状和球齿钎具综合优点的新一代复合钎头(中国专利号：96203054．6、98242026．9)和复合整钎(中国专利号：96203053．8)，已在中国地质大学(武汉)研制成功，并开始批量投入市场使用。该系列钎具，其钻速、寿命和硬质合金片齿有效利用率，均显著优于目前国内外普遍使用的片状和球齿钎具。     

硬质合金凿岩机具——我国新兴的“资源-高科技-外向型”支柱产业

现代凿岩爆破技术和硬质合金凿岩机具，已成为人类向岩石圈索取资源，和向地下开拓生存与发展空间的主要手段。长大隧道全断面掘进机（TBM）、采煤机、公路铣刨机等采掘施工，消耗大量的硬质合金破岩刀具。改革开放30年来，我国硬质合金凿岩工具技术和液压凿岩设备取得了多项创新成就，我国凿岩机具的质量、品种已经接近或达到国际先进水平。我国拥有占世界半数以上的制造WC-Co硬质合金的主要原料钨。建议在未来10年之内，在深化体制改制的基础上，以规范化的股份制企业和民营企业为纽带，促进科技专家与企业家结合，推动科学技术与实业资本结合。积极运用超级钢、加压烧结、梯度合金、＂一步法＂制粉等新技术。以＂热穿-带芯热轧法＂、＂钻孔法＂优质钎钢，优质凿岩硬质合金．新型凿岩工具、DZ系列全液压凿岩设备四大技术改造为龙头，建成几家较大规模、类似瑞典Sandvik公司雏形的凿岩机具企业集团，从而为中国凿岩技术走向世界打下坚实的基础。     

加速推进我国小直径锥体连接钎具的科技进步

我国独有的畸形锻制钎梢H22mm六角形锥体连接钎杆（俗称“大脑袋钎杆”），已经落后国际水平40年，并与现行国际标准《ISO1718－1991》和国家标准《GB681－1994》相抵触，导致了全国小直径钎头理论寿命降低1／3；和几十年无法改变的落后手锤砸打卸钎方法，给国家赞成了巨大的经济损失，已经严惩阻碍了我国凿岩钎具和采掘工业的科技进步，必须努力达成共识，加速技术改造，尽快淘汰锻制钎梢工艺，共同为我国凿岩钎具工业的现代化和走向世界而奋斗。     

硬质合金复合片齿钎具

运用力学原理研制成功了复合片齿钎头和复合片齿整钎，并批量投入市场。该系列钎具凿岩速度、寿命和硬质合金片齿有效利用率均显著优于片状和球齿钎具。     

我国的钎具工业

介绍了中国钎具工业的发展和成就。指出质合金凿岩钎具，作为中国新兴的资源型高科技产业，将为世界采掘工业人和类征服岩石作出重要的贡献。     

WTO与中国硬质合金深加工产业

中国是钨资源大国,也是钨品生产和出口大国。中国钨矿保有储量占世界总储量的68％。虽然我们在技术、品牌方面与国际同行业强国有差距,但是,中国已成为世界钨产品深加工产业中一支不可忽视的力量。我国硬质合金凿岩钎具的内销价,仅为国际市场同类、等效钎具流行价的1／10－1／3。我国应逐步限帛以至停止钨矿砂和钨初级产品（含硬质合金片齿）出口,以优质的硬质合金切削刃具和硬质合金凿岩钎具等钨工业成品供应国内外市场。这是加入WTO后我国独具战略优势的高新技术产业。     

钎钢钎具产品的研制与开发

随着凿岩方式的不断改变和凿岩机械使用性能的提高,配套的钎具产品,特别是轻型凿岩机用钎具、全液压凿岩钻车钎具使用性能和凿岩寿命都在不断提高。本文围绕钎钢钎具产品的研制开发过程,论述了产品研发对企业发展的重要性,分析了凿岩钎具的发展趋向。     

凿岩钎具行业概况及差距

随着凿岩技术和凿岩机械的进步，对凿岩钎具产品的性能和类型都提出了新的要求。通过对国内外钎钢钎具生产历程的阐述，以及凿岩机械和凿岩钎具的市场需求的分析，认为凿岩钎具产品由低技术含量的常规化产品向高技术含量专用化产品方向发展的步骤正在加快。凿岩速率快、能量传递性能好、使用周期长、操作方便将是今后凿岩工程对钎具产品的基本要求。     

我国小直径锥体连接钎具生产使用中一个急待解决的问题

我国采掘工业中普遍使用旧式锥体连接钎头和锻制钎梢钎杆,导致大量钎头丢失和钎头、钎杆早期报废,严重阻碍了凿岩钎具与采掘工业的技术进步,必须借鉴国际标准ISO1718—1991,尽快修订我国锥体连接钎头、钎杆的国家标准GB6480、GB6481,用新型锥体连接钎具和机制钎梢工艺取而代之。     

凿岩钎具行业概况及差距

随着凿岩技术和凿岩机械的进步。对凿岩钎具产品的性能和类型都提出了新的要求。通过对国内外钎钢钎具生产历程的阐述，以及凿岩机械和凿岩钎具的市场需求的分析。认为凿岩钎具产品由低技术含量的常规化产品向高技术含量专用化产品方向发展的步骤正在加快。凿岩速率快、能量传递性能好、使用周期长、操作方便，将是今后凿岩工程对钎具产品的基本要求。     

超纯、超细、窄带Cr-Ni—W-Mo-V系列“穿孔-全程带芯纵轧法”中空钎钢

中空钎钢是采掘工业凿岩工程用以制造硬质合金整体钎子、锥体和螺纹连接钎杆的专用特殊合金钢型材,也广泛用于矿山、交通、能源、建筑、军工等基础工业混凝土工程中新兴的钢筋接头坯料。经过本课题组成员前后10多年的研究和探索,综合国内外同仁积累的经验与教训,根据我国国情和资源条件,以性价比指标大幅度超过瑞典同类产品为目标,我们已     

制订硬质合金整体钎杆国家标准的建议

小直径锥体连接钎头和钎杆存在许多缺点。世界发达国家和一些发展中国家早在30年前，硬质合金整钎已成为小直径凿岩（Ф50mm以下）的主导产品。随着我国“钻孔法”、“热挤压法”、“热穿-带芯热轧法”等新型钎钢相继进入市场．以及加压烧结等凿岩硬质合金片齿质量的提高，国产小直径钎头与钎杆的质量、品种．已达到或接近国际先进水平。制订先进的硬质合金整体钎杆国家标准．对推动国产整钎质量、品种的全面升级，扩大整钎的国内外市场份额，将具有深远的意义。     

液压凿岩的动力特征分析研究

介绍了旋转-冲击破岩原理,分析了液压凿岩的动力特征、液压凿岩机钎杆的工作应力和疲劳寿命、液压凿岩的能量传递等,进行了现场实验,得出了实用的结论,可对全液压凿岩钻车选用液压凿岩机和钎具提供借鉴。