第2章_矿岩松碎((采矿学)(下)武汉工程大学余德运

第二章矿岩松碎工作1•矿岩松碎方法2•钻孔方法及设备3•爆破器材4•矿岩爆破技术1矿岩松碎方法机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法机械松碎法水力松碎法机械松碎法机械松碎法√机械松碎法√机械松碎法√机械松碎法√机械松碎法√机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法第二章矿岩松碎工作机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂破岩激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法2在孔中注满水6将引爆拉绳连接好机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩1矿岩松碎方法机械破岩热力破岩高能燃烧剂破岩高压水射流破岩膨胀剂工程激光破岩水击波破岩矿岩松碎方法爆破破岩破解大块、孤石偏软矿岩石材开采石材开采、特殊要求的√1矿岩松碎方法√验孔装药、联线爆破爆破破岩流程修路修筑作业平台布孔测量标高、设计孔深钻孔2钻孔方法及设备一、穿孔方法2穿孔方法及设备近年来，国内外一些专家还在探索新的穿孔方式：激光凿岩、超声波凿岩、化学凿岩、高压水射流凿岩等。但是，相应的凿岩设备仍处在试验研制阶段，尚未在实际生产中广泛使用。每冲击一次后钻头转动一个角度每冲击过程中钻头连续旋转冲击式穿孔机械：YT26、YT28手持式凿岩机7655气腿式凿岩机冲击式穿孔机械：7655气腿式凿岩机支架式潜孔钻机旋转冲击式旋转马达冲击器支架式潜孔钻机旋转马达冲击器履带式风动分离式潜孔钻机旋转冲击式履带式风动分离式潜孔钻机整体式全液压潜孔钻机旋转冲击式旋转式穿孔机械：旋转冲式穿孔机械：潜孔钻机二、潜孔钻机目前我国中小型露天矿山广泛使用潜孔钻机。潜孔钻机可用于各种硬度的矿岩。钻孔直径一般为90～250mm，孔深30m以内，在特殊要求情况下，最小孔径可达70mm。露天矿潜孔钻机按其重量和钻孔直径分为三种类型：轻型潜孔钻机，重量较轻，钻孔直径≤110mm;中型潜孔钻机，重量约为10～15t，孔径为150～170mm;重型潜孔钻机，重量约在30t以上，孔径为≥200mm。潜孔钻机的特点是价格便宜，工作噪音小，钻孔速度较快。由于钻进时轴压小，钻杆不易弯曲，穿孔方位的精度较高。但当孔径大于200mm时，与牙轮钻机相比，穿孔速度慢，动力消耗多30～40%，作业成本高。（1）引言牙轮钻机于20世纪50年代由美国最先研制成功，并很快投入露天矿山使用，70年代开始引进我国。牙轮钻机具有穿孔作业效率高、作业成本低、机械化程度高、适用于在各种硬度的矿岩中穿孔的优点，已成为当今世界露天矿应用最广泛的穿孔设备。现在我国已经具备强大的研制能力，大型露天矿山己大量使用牙轮钻机。三、牙轮钻机滚压式穿孔机械：牙轮钻机滚压式穿孔机械：牙轮钻机钻头是直接破碎岩石的工作部件，其作用：在推进和回转机构的驱动下，以压碎及部分剪切方式破碎岩石。牙轮钻头由牙爪、牙轮、轴承等部件组成。典型的三牙轮钻头的外形1）穿孔效率高：比潜孔钻机高2～3倍，比冲击式钻机高3～5倍；2）钻机作业率高：比潜孔钻机高15～45%，比冲击式钻机高50～110%；3）工人劳动生产率高：比潜孔钻机高2～3倍，比冲击式钻机高3～4倍；4）穿孔成本低：比潜孔钻机低15～25%，比冲击式钻机低10～30%。国内外的应用实践表明，牙轮钻机具有明显的优点：牙轮钻机的主要缺点：机身重，设备昂贵。在牙轮钻机的穿孔成本中，钻头费用约占40～50%。因此，加强对钻头的研究，提高钻头质量，延长钻头的使用寿命，是进一步提高牙轮钻机穿孔效率，降低穿孔成本的重要途径。图7.俄罗斯圣彼得堡矿业学院的高温“钻头”在现场进行钻进试验的情况图7.俄罗斯圣彼得堡矿业学院的高温“钻头”在现场进行钻进试验的情况热力穿孔：（1）热熔钻进原理热熔钻进的实质是通过电加热器产生的高温(大于1300°C)使井底岩土处于熔融状态，经过挤密或取心使钻孔延伸。产生高温的钻具为接触式加热器，其结构示意图如图4所示，用特殊材料制成的不同形状热熔法“钻头”如图5所示。图4中电极1与外壳3形成一个回路；通电后石墨元件6便发红产生高温，高温热能集中于孔底使孔底岩土熔融成热熔体；热熔体从孔底挤出，经成孔环5刮平修正，冷却后便在孔壁形成致密高强度的玻璃层。加热器的中心通入氦气以防止石墨元件氧化。绝缘体4是起隔热、隔电作用。图5.不同形状的热熔法“钻头”图6.加热器熔融岩石的机理1—液相层；2—硬化层；3—软化层图4.接触式加热器示意图1—电极；2—锁紧螺母；3—外壳；4—绝缘体；5—成孔环；6—石墨元件图5.不同形状的热熔法“钻头”图6.加热器熔融岩石的机理1—液相层；2—硬化层；3—软化层（2）热熔钻进的优越性与一般的机械能碎岩钻进方法相比，热熔钻进具有以下优点：1、可利用承重电缆或软管电缆实现无钻杆钻进，从而节省了庞大的钻进设备；2、孔底能量传递效率大大提高，减少了材料消耗，简化了钻进工艺，提高了成孔速度，降低了劳动强度；3、在松软、弱胶结和不稳定地层钻进时，依靠形成高强的不透水玻璃状或陶土状硬壳，可代替套管加固孔壁，简化了钻孔结构，大幅度降低套管及堵漏材料的消耗。（3）热熔钻进的应用领域1、用于开采孔和勘探孔钻进。简化了钻孔结构，可不用套管和止水材料。2、水井钻进。热熔钻进行水井钻进时，会自然形成井壁管。钻进含水层时，钻具外部形成一个蒸汽绝热层，可防止地层中水进入孔内。成井时，可使含水层井壁热熔或用其他方法穿透含水层。3、钻进冻土层，冰层等。4、用于基础工程施工钻进。利用热熔法施工无噪音，无震动，并可利用挤密作用提高地基土的承载力。5、可用于地下管线的铺设、古建筑物地基的加固和边坡治理。由于软地层在加热时会发生相变使其机械性质提高几倍，形成的玻璃质孔壁非常稳定，故可在岩土中形成沿着空间任何方向延仲的通道。从而拓宽了这种钻孔的应用领域，尤其是在复杂地质条件下，在疏松，弱粘结性的地层中钻进这种孔。根据国内外发展趋势看，通常按露天矿的规模大小选择适宜的穿孔设备，一般认为：特大型、大型露天矿，宜采用钻孔直径D≥310mm的牙轮钻机；中型露天矿，可采用钻孔直径D=150～250mm的牙轮钻机或潜孔钻机；小型露天矿，则应采用钻孔直径D≤150mm的潜孔钻机或露天凿岩台车。四、穿孔设备的选择（1）牙轮钻机的使用台数确定露天矿所需牙轮钻机的数量取决于矿山的设计年采剥总量、钻机的设计年穿孔效率与每米炮孔的爆破量，具体可按下式计算:式中N—所需钻机的数量，台;Q—矿山设计年采剥总量，t/a;L—每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a;q—每米炮孔的爆破量，t/m;e—废孔率，%。eqLQN1实际露天矿需要穿孔设备的数量可按下式计算。钻机工作台数N：钻机在册台数N′：式中：K1—成孔率，0.9～0.95;K2—产量不均衡系数，1.1～1.15;Q—矿山每年需要钻孔爆破的矿岩总量，t/a;A—钻机实际台班生产能力，m/台.班;B—每米钻孔爆破量，t/m;n—每天工作班数;m—钻机年工作天数;K3—钻机作业率，牙轮钻机为0.65～0.75，潜孔钻机为0.45～0.65。12mnABKQKN3'KNN凿岩机钻头潜孔钻钻头牙轮钻钻头√凿岩机钻头潜孔钻钻头牙轮钻钻头√凿岩机钻头潜孔钻钻头牙轮钻钻头√中国制造的大型牙轮钻机型号YZ-35DYZ-55AKY-250BKY-310KY-250CKY-310KY-380孔径/mm250310-380250310250310380一次钻孔深/m18.5191817.51817.517.0轴压力/KN350600580490400500550钻进速度/m/min0-1.330-1.980-20-4.50-2.50-4.50-8.8装机容量/kw470560390394500405630机重/t95150105150105123125生产厂衡阳重型机械有限公司衡阳重机南昌凯马采矿有限机械分公司南昌凯马洛阳矿山机械厂洛矿洛矿§2.3爆破工作爆破是露天开采的重要工序，通过爆破，使矿岩破碎和松动，形成一定形状的爆堆，为后续的采装作业提供工作条件。因此，爆破工作质量、爆破效果的好坏，直接影响着后续采装作业的生产效率与采装作业成本。在露天开采的总生产成本中，爆破成本大约占15%～20%。§2.3.1概述本小节内容一露天开采的爆破方法二露天开采的深孔爆破方法三露天开采对爆破工作的要求(1)浅眼爆破法孔深5m，孔径50mm；单次爆破量小，小型矿山生产爆破，二次破碎(改炮)及处理根底等。(2)深孔爆破法孔深5m，孔径50mm；单次爆破量较大，露天矿生产中最常用。(3)硐室爆破法掘进专门的装药硐室；单次爆破量大，多用于露天矿基建或扩建时期，以及处理孤立山头（不形成最终边帮）。(4)药壶爆破法在孔底扩孔形成药壶，增大孔底装药量；另外还有外覆爆破（或称裸露爆破）法等，用于二次破碎(改炮)。一露天开采的爆破方法clWddL1Hhab(a)垂直深孔WHhL1l(b)倾斜深孔lWdL1Hhα(c)底部扩孔在规模开采的露天矿，最常用的爆破方法是台阶的深孔爆破法。台阶深孔爆破法，根据起爆顺序和起爆时间的不同，又分为：齐发爆破秒差延发爆破微差爆破其中以微差爆破使用最广。在实际的露天矿生产中，台阶采用深孔爆破后，一般会产生一些大块（长边尺寸超过规定尺寸的矿岩块），还要采用浅眼爆破、外覆爆破或碎石机进行二次破碎。二露天开采的深孔爆破方法为保证挖掘设备能连续作业，要求工作面每次爆破的矿岩量，至少能保证挖掘设备5～10昼夜的采装要求，各个区段最小长度要满足一次爆破量的要求。近年来，随着大型高效率穿孔设备和多排微差爆破的应用，每次爆破矿岩量已远远超过这一要求。（2）对爆破质量的要求A、大块率要低一般说，块度过小，将导致穿孔量、炸药单耗增加，爆破粉尘增多；如块度过大，又不利于挖掘机作业，效率低。三露天开采对爆破工作的要求（1）对爆破矿岩数量的要求从各工艺过程的作业要求分析，爆破中矿岩块度的最大边长应小于采、运、破碎等设备规格所限制的值。露天矿对爆破后矿岩块度的一般要求如下：按挖掘机铲斗容积E确定允许块度：按汽车斗容V确定允许块度：矿岩进破碎机时，按破碎机入口最小尺寸Bh确定允许块度：矿岩由胶带机运送时，按胶带机的带宽B确定允许块度：310)8.0~75.0(Eb3105.0VbhBb)8.0~75.0(0Bb)40.0~30.0(0超过采、运、破碎等设备所允许块度的矿岩块称为大块。大块总量与爆破总量的比率称为大块率。％爆区内的爆破量）爆区内的大块量（大块率＝100)(33mm露天矿正常生产爆破的大块率一般要小于5%。B、爆堆形状和尺寸适合采装的要求爆破后形成的松散矿岩堆，称为爆堆。Hbx爆堆宽度爆堆示意图爆堆的形状和尺寸对采装、运输工作有很大影响。见右图，如爆堆高度过大，会影响挖掘机的安全作业；过低，挖掘机不易装满铲斗，影响挖掘机效率；前冲距离X过大，增加了挖掘前的清理工作，妨碍运输线路，要求增加工作平盘宽度；X过小，说明矿岩的碎胀不够，破碎效果不佳。爆堆根底伞岩后冲所以，爆堆的高度、宽度和松散度，都要适合采装的要求。爆破后，台阶工作面的形状要规整，不允许出现根底、伞岩等凹凸不平的现象。C、尽量减少爆破后冲爆破后冲作用的结果，不但增加了台阶上部的清理工作，而且台阶上部新形成的裂隙，会影响下一循环的穿孔作业，甚至造成卡钻、塌帮以致形成废孔。同时，