第2章--凿岩钻孔机械与凿岩方法

2014/5/8中国矿业大学力建学院1第2章凿岩钻孔机械与凿岩方法爆破工程师的能力，不是只会对孔网参数的计算，更多体现在爆破的施工组织，而爆破施工组织的重要环节是钻、爆、挖、运。钻机、装药机、铲装机、运输机械是进行工程爆破作业的主旋律。。。凿岩机具对工程爆破的质量和效率至关重要！2014/5/8中国矿业大学力建学院2本章主要内容：1）凿岩方法2）凿岩机械的分类与使用条件3）钻眼机械配套设备4）爆破施工机械的选型和配套2014/5/8中国矿业大学力建学院3第1节凿岩方法一、炮孔类型二、凿岩（孔）方法炮孔施工是爆破作业的首要工序。根据炮孔直径和深度变化，将其分为三类：浅孔:孔径Φ50mm，孔深L=3～5m；中深孔:孔径Φ＝50～70mm，孔深L=5～15m深孔:孔径Φ≥80mm，孔深L＞12～15m。1）冲击式钻孔法2）旋转式钻孔法3）旋转冲击式钻孔法4）滚压式钻孔法2014/5/8中国矿业大学力建学院4三、几种常用凿岩方法的工作原理1）冲击式钻孔法钻眼过程：冲击→转动→排粉冲击力PD适用于硬岩的钻孔过程凿岩机是冲击式钻孔法的代表机具冲击式凿岩过程2014/5/8中国矿业大学力建学院52）旋转式（回转切削）钻孔法》》钻眼过程钻眼过程::压入→回转切削→排粉压入→回转切削→排粉轴压轴压P+P+回转力回转力PcPc》》旋转钻孔法一般适用于：旋转钻孔法一般适用于：软弱岩层或软弱岩层或煤层煤层的钻孔过程的钻孔过程》》电钻电钻是旋转式钻孔法的代表机具。是旋转式钻孔法的代表机具。旋转式钻孔过程2014/5/8中国矿业大学力建学院63）旋转冲击式钻孔法》钻眼过程：压入→回转切削→冲击→排粉轴压轴压P+P+冲击力冲击力PPDD++回转力回转力PcPc》适用于大孔径硬岩的钻孔过程》潜孔钻机是旋转冲击式钻孔法的代表机具。旋转冲击凿岩过程2014/5/8中国矿业大学力建学院74）滚压（旋转碾压）式钻孔法》钻眼过程：压入→回转（牙齿的压入和冲击）→排粉轴压P+牙轮振动冲击p》适用于大孔径硬岩的钻孔过程》牙轮钻机是滚压式钻眼法的代表机具。滚压式凿岩过程2014/5/8中国矿业大学力建学院8第2节凿岩（钻孔）机械工程爆破的首要工序是钻眼，凿岩离不开凿岩机具。发展：从1813年始，凿岩机在动力系统上实现了三步大飞跃：蒸汽--压气--液力驱动。包括：凿岩机械和工具2014/5/8中国矿业大学力建学院91、钻孔机械分类按凿岩原理分：•冲击回转式：冲击机构对钎杆频繁加压冲击，使钎杆在孔内往复、回转运动形成钻孔。（如风动、液压凿岩机、潜孔钻机）•旋转碾压式：轴压作用于钎具，钎头自身旋转碾压破碎岩石形成钻孔。（如牙轮钻）•回转切削式：回转力矩作用下，切削岩石形成炮孔。一般用于软岩。（如煤电钻）按原始驱动力分：•气动、液压、电动、内燃机、水压和气液联动六种类型。2014/5/8中国矿业大学力建学院10凿岩机牙轮钻机潜孔钻机凿岩钻车地下钻孔露天钻孔固定支架水上作业平台漂浮式钻孔爆破作业平台支腿升降式水上钻孔作业平台水下钻孔风动凿岩机液压凿岩机内燃凿岩机电动凿岩机按工程类型分2014/5/8中国矿业大学力建学院112.常用凿岩钻机及其配件爆破工程实践中常用的凿岩钻机包括：1）气动凿岩机2）液压凿岩机3）凿岩钻（台）车：露天、地下4）潜孔钻机5）牙轮钻机6）水下钻孔设备2014/5/8中国矿业大学力建学院12■气动凿岩机及钻具气动凿岩机械：以支撑方式分类，主要有：手持式、气腿式、向上式、导轨式凿岩机。A手持式凿岩机：冲击功、扭矩小，凿速低，劳动强度大；钻孔深：2-3m为宜，最大可达7m；适宜钻凿垂直或下向斜孔，一般用于小台阶和小型地下硐室爆破钻孔。手持式凿岩机2014/5/8中国矿业大学力建学院13B气腿式凿岩机与手持式凿岩机比较：劳动强度较低，钻孔参数相类似，凿岩速度高。可钻凿中硬以上岩石f=8～10，钎头多采用一字形，直径为Φ38～42mm。气腿式凿岩机气腿式凿岩机2014/5/8中国矿业大学力建学院14C向上式凿岩机适宜打向上60～90度炮孔；钻孔深2～5m，孔径36～48mYSP45为例，其技术参数：①工作风压保持在0.4～0.6MPa。②活塞的冲击频率为43Hz。③转钎扭矩为30N·m。④耗气量为75L／s。⑤质量为45kg。向上式凿岩机(主视图)2014/5/8中国矿业大学力建学院15D导轨式凿岩机适宜打向上60～90度炮孔。钻孔深度5～8m，孔径40～80m为宜。导轨式凿岩机(主视图)2014/5/8中国矿业大学力建学院16浅孔和中深孔凿岩工具主要包括：钎头、钎杆钎头种类和特点：按硬质合金形状分为：刃片、球齿式。•刃片：单刃片：一字形；多刃片：三刃形、十字形、X字形。•柱齿式钎头，按柱齿数区分。2014/5/8中国矿业大学力建学院17作用：把钎尾传来冲击能量、回转扭矩和冲洗介质传给钎头。分类及适用范围：按结构分为整体钎杆和非整体钎杆钎杆2014/5/8中国矿业大学力建学院18连接杆的连接套作用：用于钎杆与钎杆、钎杆与钎尾之间的连接，使凿岩钎具形成一个传递凿岩能量的整体。根据传递凿岩能量的特点可分为直通式和中止台式。钎尾作用：插入凿岩机的转动套筒内，将凿岩机的冲击能量、回转扭矩和冲洗介质传给钎杆和钎头。按照结构形式钎尾分为整体式和分体式两类。2014/5/8中国矿业大学力建学院19液压凿岩机及钻具20世纪70年代开始应用的新型凿岩机械，以高压油为全部驱动力。主要优点：液压控制完善、功率大、钻速快、能耗低、零件和钎具使用寿命长、钻孔精度高。2014/5/8中国矿业大学力建学院20凿岩钻车将凿岩、推进、定位等装置安装在机械底盘或钻架上进行凿岩作业的设备。露天凿岩钻车安装一台凿岩设备，地下凿岩钻车安装一台或多台凿岩设备，实现快速、高效凿岩目的。阿特拉斯（瑞典）科普柯三臂凿岩台车2014/5/8中国矿业大学力建学院21露天凿岩钻车分类：•按行走方式分为：履带、轮胎和轨轮式。•按驱动动力分为：气动凿岩、全液压凿岩、气液联合式。•按能否行走分为：自行式、非自行式露天凿岩钻车（台式架钻机）。2014/5/8中国矿业大学力建学院22露天凿岩钻车特点：与牙轮钻机、潜孔钻机相比，有以下特点:(1)(1)整机重量轻，装机功率小，机动性强整机重量轻，装机功率小，机动性强(2)(2)能钻凿多方位钻孔，调整钻机（架）位置迅速能钻凿多方位钻孔，调整钻机（架）位置迅速、、准确准确(3)(3)爬坡能力强，爬坡能力强，国产国产可达可达2525°，进口钻车可达°，进口钻车可达3030°°(4)(4)能耗仅为潜孔钻车能耗仅为潜孔钻车1/41/4，转速却为潜孔钻车，转速却为潜孔钻车22～～33倍倍。。2014/5/8中国矿业大学力建学院23适用范围：（（11））采石场、水电、交通等工程采石场、水电、交通等工程、中、中小型露天矿山小型露天矿山；；二次破二次破碎、边坡处理、清除根底碎、边坡处理、清除根底等等辅助钻孔设备辅助钻孔设备（（22）钻孔方位多，可用于钻凿各种方位的预裂爆破孔、修理）钻孔方位多，可用于钻凿各种方位的预裂爆破孔、修理边坡和锚索孔及灌浆孔等。边坡和锚索孔及灌浆孔等。（（33）爬坡能力强，机动灵活，可在复杂地形上钻孔。）爬坡能力强，机动灵活，可在复杂地形上钻孔。（（44）主要用于硬或中硬岩的钻孔作业。）主要用于硬或中硬岩的钻孔作业。（（55）气动）气动式式与气液联合式露天凿岩钻车，一般适用孔径小于与气液联合式露天凿岩钻车，一般适用孔径小于80mm80mm，孔深小于，孔深小于20m20m的炮孔。的炮孔。（（66）全液压露天凿岩台车，可达到孔径）全液压露天凿岩台车，可达到孔径150mm150mm、、孔深孔深50m50m。。2014/5/8中国矿业大学力建学院24地下凿岩台车分类：分类方法很多，按用途可分为：掘进钻车、采矿钻车、锚杆钻车等。主要介绍掘进钻车和采矿钻车。2014/5/8中国矿业大学力建学院25地下凿岩钻车主要特点：1)凿岩角度、孔深、孔位精确；可钻凿较大直径的中深孔，深孔；可提供最优的轴推力；凿岩效率高。2)可远离工作面一人操纵多台凿岩机，明显改善工作条件。3)凿岩机与钻臂配套使用可实现凿岩机械化和自动化。缺点：是设备投入较大，维修保养操作要求较高。2014/5/8中国矿业大学力建学院26适用范围：掘进钻车主要用于：矿山巷道、硐室掘进；铁路、公路、水工隧洞等工程的开挖；钻凿开矿炮孔、锚杆孔等。国内多为双机或单机作业，一般钻孔直径不大于115mm。钻孔深度大于20m时，效率显著降低。2014/5/8中国矿业大学力建学院27■竖井凿岩机（也称：伞形钻架或伞钻）》竖井凿岩机是为建井施工穿凿竖井研制的专用设备，适用井直径范围大，操作灵活、定位精确、安全可靠。》伞钻设备以压缩空气为动力，采用液压传动，使钻架所有动作实现机械化。》伞钻的配套机具是高效气动凿岩机，长推进行程，加之采用平行移动机构，使钻凿炮孔精度和效率相应提高，大大节省了辅助工作时间，提高了工作效率。》钎头直径ø38-ø55，推进行程3.5m-4.3m，凿孔深度4.5-5.5m2014/5/8中国矿业大学力建学院28伞钻主要由导轨式独立凿岩机、中央立柱、支撑臂、摆动臂、推进器、液压系水气系统组成国产竖井钻机主要有：1）张家口宣化的SJZ系列：sjz5.5、sjz5.6、sjz6.7、sjz6.9、sjz6.10；2）山东济宁的FJD系列4臂、6臂和9臂伞钻：适应井径4.5-6m的FJD5C-42、FJD5C-48、FJD5C-55；适应井径6-8m的FJD6C-42、FJD6C-48、FJD6C-55；适应井径7-8的FJD9C-42、FJD9C-48、FJD9C-55；2009年，中煤五公司三处在山西文水用FJD6臂伞钻创造了月进尺202m的立井施工全国纪录。2014/5/8中国矿业大学力建学院29潜孔钻机及钻具冲击器潜入孔内冲击凿岩的一种钻孔设备。通常把凿岩机构、推进装置、定位装置等安装在机械底盘或钻架上进行钻孔作业。特点：是一种大孔径深孔钻孔设备；冲击器潜入孔内，噪声低，钻孔偏差小、精度高；国产潜孔钻机类型多、品种全，广泛应用地下采矿和土石方开挖爆破工程中。2014/5/8中国矿业大学力建学院30(1)回转供风机构潜孔钻机机械结构(2)提升推进机构(3)接卸杆机构(4)钻架起落机构(5)行走机构5个机构组成：国产潜孔钻机：KQY90、KSZ100、KQD100、KQL120、KQL150、CM220、CM351、CM120、CTQ500等国内使用潜孔冲击器主要有：J-80B、J-100B、J-150B、J170B、QCZ-80、QCZ-150、QCZ-170、QCZ-250、W-150和W-200等。其技术数据可查阅有关资料。2014/5/8中国矿业大学力建学院31潜孔钻头：有刃片和柱齿两类。•刃片钻头由于焊接质量不易保证，硬质合金片常有破碎或脱落，使用寿命低。•因此目前普遍采用柱齿型潜孔钻头，其规格可查阅有关资料。2014/5/8中国矿业大学力建学院32优点：①钻孔速度快，生产效率高。②钻孔直径大，钻凿的炮孔深。可钻孔径250～455mm范围；孔深17～50m。③适应范围广泛，应用前景好。牙轮钻机可以钻凿软、硬各类岩石，多用于大型矿山。井下和露天都有专门型号系列产品。④噪声低，对环境污染少，自动化程度高，作业条件好。牙轮钻机及钻具2014/5/8中国矿业大学力建学院33①井下牙轮钻机：孔径加大，轴压增高，设备笨重，搬运困难。因此，受作业空间限制，钻孔规格不能太大，直径在118～170mm之间；同时受牙轮钻轴承尺寸限制，小于200mm直径的牙轮钻头寿命低。②露天牙轮钻机：根据高轴压性能要求，露天矿采用增加设备自重，提高钻速的高效钻机。按其孔径大小，又分为轻型、中型、重型牙轮钻机。牙轮钻机的类型按工作地点分类：2014/5/8中国矿业大学力建学院34根据回转