自从70年代初第一台液压凿岩机产生以来，已在巷道掘进工程中发挥着越来越重要的作用。随着地下工程技术水平的发展，对它的钻孔速度、操作安全、钻进精度、自动化水平、维修周期和成本等要求也越来越高。特别是电脑技术的发展为钻进自动化创造了成熟的外部环境。目前，国内外对自动钻车的开发研究已取得了一定的进展，通过大量实践也取得了许多宝贵的经验，值得广大掘进工程科技人员借鉴和参考。

1.自动钻进研究工作概况

近年来，巷道掘进作业机械发展很快，种类也很多。液压凿岩机作为一种重要的钻进专用机械，从70年代开始开发研制至今，已发展成为具有多种型号、适合各种坑道条件和岩石性质、在大型巷道掘进中应用广泛的机械设备。从水力式到气动、液压凿岩机，从单纯冲击式到冲击旋转式，从低功率到高功率的各种型号凿岩机几乎以每两三年一代的速度不断更新。由于巷道作业环境比较恶劣，对人体健康和人身安全有一定危害，加之掘进速度不能尽如人意，且原有的纯液压件制造精度要求较高，密封较为困难。因此钻进作业的自动化早已成为广大掘进工程技术人员的共同愿望。近年来，随着电子计算机技术的飞速发展，出现了微电脑控制液压凿岩机的凿岩台车，其钻进速度、工作安全性、舒适性均有提高，人工操作的误差减小，且由于电脑驱动电液机构代替了原有某些易损易漏的阀体或管道，使得整机体积缩小，机械磨损减少，工作效率和寿命大大提高，维修也较简便。当然，对操作、维修技术人员的综合技术素质要求也较原先高得多。

以最早研制电脑控制的凿岩自动钻车为例，挪威FURUHOLMEN公司和日本TOY-O株式会社都在70年代初开始酝酿设计，并耗时近10年制成样机，向实现凿岩钻进自动化迈出了可贵的第一步。当时的自动凿岩作业有两种相似的方式：FURUHOLMEN公司是按预先编好的程序确定炮孔位置和钻进作业，通过控制台手控，当自动系统出现故障时直接人工操作控制作业；TOYO株式会社的AS法和AFR法也是类似。AS法即自动调整并确定炮孔位；AFR法即在定炮孔位后自动推进、退回凿岩机并停机。其炮孔定位是通过钻臂液压缸上的螺旋转角检测传感器实现的，定位比原先人工定位更加迅速、准确(时间10~15s，偏差100mm)；而对推进力的控制则是通过主轴旋转机构上的传感器反馈实际转速的电信号差而引导电控系统发出指令，通过电液伺服机构实现扭矩和推进力的最佳配置。该自控系统还设有防止卡钎、供水保证、动力供油保证、自动定位障碍调整及电气保护装置。但是，由于当时的制造水平及电脑控制、机电一体化技术水平的局限，该自动钻车的机一电一液结。合还不够完善，自控系统程序编制比较复杂，且程序一般不超过4种，遇到未预设情况时可变性较差，成本较高，操作技术要求也较高，在推广应用中遇到了很多困难。

进入90年代以来，机电一体化技术突飞猛进，极大地推进了自动钻车的研制和发展ATLAS COPCO公司于1993年研制的SIM-BA自动钻车，配置了ECS装置控制的最新型COP4050型(COP1838型的加强型)强力深孔凿岩机，加之BAR自动控制系统和RHS钎杆处理系统，提高了钻进速度和精度。该型钻车的RPCF(Rotation Pressure ControllingFeeding)系统是BAR17自动凿进控制系统的核心，较以往的自动控制系统更加完善。BAR17系统可使时间依孔深设定(5~60min)，此间工人可以休息而不必像过去必须跟车控制钻孔。孔深到达预定尺寸即可自动退回钎杆并放回支架。这一操作是通过RPCF系统实现的。RPCF系统可以由回转油路压力的增减控制推进油压，即通过检测旋转马达油压并反馈到推进油路，通过衡压系统保证最优配置进尺量和经济性，并能预防卡钎。它比该公司原有的配置COP1238的DCS-12钻进系统功能更加完善，防卡钎功能更好。ECS18电气控制系统可防止和消除油压突变造成的液压冲击，使开孔工作平稳，还可防止空打，使液压机构在钻进和退出过程中的压力变化过程圆滑缓慢，可减少系统震动和冲击，保护钻车支架底盘、凿岩机体和钎具免受破坏。据该公司统计，如ECS配用COP1838，一人操作钻车三机钻孔速度可达300m/h，比COP1238钻进速度提高近一倍，计划大修期由每进尺3000m延至8000m。

由此可见，90年代中期出现的自动钻车已与70年代的自动钻车有很大不同。这主要表现在两个方面：一是其自动化程度更高更完善；二是其系统可靠性得到了较大的提高。究其原因，一方面是由于各大公司在凿岩机自动化科研工作中不惜重金投入；另一方面计算机技术及机电一体化技术水平的日益提高也促进了钻进自动化技术的发展。此外，对液压凿岩机近20年的使用和改进也使钻进工程自动化科研工作得到大量的现场经验和实验数据，为自动钻车的研制提供了宝贵的资料和依据。凿岩自动钻车由于其自动化程度和系统可靠性程度的提高使得现代凿岩钻进环节的效率大大提高，钻孔精度和无故障工作时间也得到很大提高。同时随着各项技术的逐步发展、成熟，自动钻车的成本也呈下降趋势，有利于进一步推广应用。

2.存在问题及发展方向

巷道掘进技术的自动化目前仍存在一些不足和缺陷。例如，怎样根据中心孔获取的岩。石样品判断岩性数据并以此为基础自动选定炮孔孔位，这就需要一个功能强大的控制系统，其中应包括一个原始数据丰富、计算和逻辑判断公式合理多样、具有较强容错功能、能够适应不确定因素的数据库。而现有的自动定。孔系统还不具备应付不确定因素的功能。其次，在设计自动钻进操作控制程序时，还应强化其图形处理能力，并使人机界面更加良好，使操作更为直观简便。再次，还应突破传统的以纯液压为基础的控制系统方案，将微机控制与液压控制更有效地结合起来。此外，现有的ATLAS公司的RPCF系统的与70年代FU-RUHOLMEN公司的自控系统的钻进过程控制技术都是以追求钻进速度最大为目标，自寻控制推进力与转钎速度的最优匹配。但是在实践中冲击能和冲击频率的不同匹配在冲击功率相同的条件下，也能得到不同的最大钻进速度。因此，在提高一定冲击功率条件下如何使所有凿进参数自适应岩性变化而达到最优匹配，是自动钻车的钻进自控系统研究的一个方向。最后，还应研究解决自动钻车的下列问题：立井及煤矿坑道的防爆钻进技术；电脑控制系统如何适应高寒(或高温)、潮湿、强震动等恶劣工作环境的问题；如何进一步提高防卡钎、防空打系统的性能；提高供水、供压油路和电气控制的安全性；进一步将自动钻车的成本下降至可以被相当数量的大型掘进工程施工企业接受的水平。以上这些问题将是今后10年自动钻车科研工作的研究方向。

我国凿岩机特别是自动钻车研究工作起步较晚，其实际水平远远落后于施工的需要。在大型隧道施工现场，我们看到的多是国外的自动钻车。据报载，1994年底中南工业大学研制的"自动换档”式液压凿岩机和同期北京科技大学的类似功能样机已实现了最基本意义上的“自动化”，其实质是一种无级变档的液压凿岩机。它能根据岩石硬度、炮孔大小和深度，自动改变活塞行程和转速，从而改变冲击能，以求在最优工况下工作。但由于其冲击器只有两档，故也只有两种冲击能。其钻车部分的开发也有待于进一步完善。因此，我国现有的液压钻车的自动化水平与国外相比还存在一定差距。但是我们有理由相信，经过广大掘进工程科研技术人员的共同努力，为满足我国国民经济建设的发展特别是大型基础工程建设发展的迫切需要，我国必须同时也能够早日研制出自己的自动钻进台车。