第三章凿岩及其机具

第三章凿岩及其机具 • 凿岩的基本方法是机械破碎法 • 分类 • 　　按照破碎作用的方式不同，机械破碎凿岩方法可分为： • 　　冲击式凿岩，金属矿山多用； • 　　回转式凿岩，适用于软岩及磨蚀小的岩石； • 　　回转－冲击式凿岩，兼有前两者的优点，适用范围广泛。 • 主要内容： • 第一节　冲击式凿岩理论 • 　　第二节　凿岩机械 • 　　第三节　凿岩机的主要机构及动作原理 • 　　第四节　凿岩机凿岩效率 • 　　第五节　凿岩机具 • 　　第六节　凿岩台车和台架 • 　　第七节　潜孔钻机 • 　　第八节　牙轮钻机

第一节冲击式凿岩理论 一、冲击式凿岩的基本现象　　岩石在冲击式载荷作用下，破坏过程有三个基本规律：　　（1）呈跃进式破坏　　（2）产生承压核　　（3）形成破碎漏斗　　在刀具侵入岩石发生跃进式破坏的时候，分离出较大的破碎体，在岩石上形成漏斗状的崩碎坑，称之为破碎漏斗。漏斗的顶角一般在120 °－150°。

第一节冲击式凿岩理论（续） 二、冲击功的影响　　评价凿岩工作的主要指标是凿岩速度和效率，两者与比功耗a密切相关。比功耗指的是破碎单位体积岩石所需要的功。　　冲击功A是破碎效果的基本因素，是冲击式凿岩机械的主要工作参数之一。　　实验结果表明：　　（1）存在临界冲击功　　（2）存在稳定区　　凿岩时，必须使冲击功大于临界冲击功，此时的凿岩速度与冲击功成正比。

第一节冲击式凿岩理论（续） 三、冲击频率的影响　　冲击频率达到临界值以前，凿岩与冲击频率成正比；冲击频率超过临界值后，凿岩速度与冲击频率成反比。　　原因：外载荷从零达到最大需要时间，冲击频率过大时，冲击载荷无法达到最大。　　冲击频率临界值可达10000次/min以上。而目前使用的风动凿岩机冲击频率最高仅达3500次/min。

第一节冲击式凿岩理论（续） 四、转角的影响　　在凿岩过程中，两次相邻冲击之间钎头所转动的角度过大或过小，都会影响凿岩速度，转角存在最优值，一般介于22°－30 °之间。

第二节凿岩机械 • 　　凿岩机根据动力的不同，可分为风动、液压、电动、内燃凿岩机。 • 　　地下矿山的开采中，使用最多的是风动凿岩机。与其它三种凿岩机相比，风动凿岩机有以下优点： • 　结构简单 • 　安全可靠 • 　坚固耐用 • 　修理简便

第二节凿岩机械（续） 一、凿岩机械型号编制方法　　原机械部于1976所颁布了“凿岩机械型号编制方法”，其标准代号为JB1590-75，如YT-23（原7655型）。 YT － 23 主要参数代号（机器质量kg）特性代号（－）类、组、型代号（气腿式风动凿岩机）

第二节凿岩机械（续） • 二、冲击式凿岩的基本动作 • 　冲击 • 　转钎 • 　排粉

第二节凿岩机械（续） • 三、风动凿岩机的一般构造（图） • YT－23型气腿风动凿岩机的组成： • 　凿岩机 • 　气腿 • 　风管（包括注油器） • 　水管 • 　钎子

第三节凿岩机主要机构及动作原理 • 　　一、冲击配气机构的动作原理 • 　　主要部件： • 　气缸 • 　活塞 • 　配气装置 • 　排气系统 • 主要动作： • 　工作冲程 • 　返回冲程

第三节凿岩机主要机构及动作原理（续） • 　　二、转杆机构 • 　　根据回转力矩传递方式的不同，将凿岩机的转杆机构分为： • 　内回转 • 　外回转 • 1、内回转转钎 • 　　一般采用内棘轮机构在活塞回程阶段实现钎子的回转。 • 2、内棘轮转钎机构冲程时，螺旋棒转动，活塞不转；回程时，螺旋棒不能转动，活塞转动。常用凿岩机每次转角15°－30 °，转速为150－200r/min。

第三节凿岩机主要机构及动作原理（续） 　　三、岩粉与排粉方法　　排粉：凿岩过程中，炮眼底部的岩石不断受到钎头冲击破碎成岩粉，必须及时将它排除，才能继续钻进。凿岩过程中产生的粉尘，对人体健康影响极大（矽肺病），所以常采用湿式凿岩。　　中心式供水排粉方法。 A先通气，B再进水。

第三节凿岩机主要机构及动作原理（续） • 　　四、润滑与润滑机构 • 　　（一）润滑 • 　　作用：减少摩擦、防止生锈、保持间隙的密封。 • 　　润滑剂应具有的性质： • 粘度适宜 • 　形成乳剂 • 　高油腊强度 • 　较高的化学稳定性、无毒和无腐蚀性　　（二）润滑机构

第三节凿岩机主要机构及动作原理（续） • 　　五、推进与支撑机构 • 　　（1）气腿构造 • 由横臂、架体、活塞、外管、伸缩管、气管、顶叉和把手等组成。 • 　　（2）气腿工作原理 • 气腿工作是依靠调压阀和换向阀控制的。 • 调压阀是用来调节气腿轴推力；换向阀的作用是控制气腿的换向动作。 • 　气腿伸出 • 　气腿快速缩回

第三节凿岩机主要机构及动作原理（续） 　　调压阀的结构

第三节凿岩机主要机构及动作原理（续） 　　向上式凿岩机的钻眼方向与地面垂直或基本垂直，所以其气腿推进机构可直接固定在凿岩机尾部。其推进工作原理与气腿凿岩机相似。

第四节凿岩机凿岩效率 　　一、凿岩生产率　　凿岩生产率一般以单位时间内凿出炮眼长度来表示。当采用凿岩台车时，每人每班凿岩生产率L可按下式计算： L＝TKvn 式中　T－－每人、班的工作时间，min/（人•班）； K－－凿岩时间的利用系数，0.5-0.8； v－－技术（纯）凿岩速度，m/min； n－－每名凿岩工同时操纵凿岩机的台数。提高凿岩生产率的关键是增加凿岩机台数，增加凿岩时间，减少辅助时间。

第四节凿岩机凿岩效率（续） 　　二、影响凿岩机纯凿岩速度的因素分析　　大体上可分为凿岩机工作参数、凿岩工作条件、凿岩工具等三个方面。（一）轴推力　　最优轴推力（二）风压 v=Kp(p-p0)1.2见表3－3 （三）钎头直径与穿孔直径 v/v0=(d0/d)n 凿岩指数n=1.0－2.5 （四）钎杆长度和炮孔深度

第四节凿岩机凿岩效率（续） • 　　三、提高凿岩生产率的途径 • 　增加纯凿岩时间 • 　改善凿岩机的设计 • 　使用凿岩台车，逐渐推广应用液压凿岩机 • 　健全凿岩机的维护、维修制度，保证凿岩机的正常运转 • 　提高钎钢质量，研制高效率、高寿命的钎头 • 　加强凿岩技术的研究与开发

第五节凿岩机具 • 　　凿岩分类。按孔深和孔径的不同，分为： • 　浅孔凿岩，孔深小于3－5m、孔径为30－46mm • 　中深孔凿岩，孔深为5－15m、孔径为50－70mm • 　深孔凿岩，孔深大于15m、孔径大于90mm 。浅孔凿岩机具又称为钎子。

第五节凿岩机具（续） 　　一、钎头　　（一）钎头形状　一字形、十字形和柱齿合金钎头　　（二）钎头构造　主要参数有：刃角、隙角、曲率半径、初始直径、排粉槽和吹洗孔　　（三）钎头材料　合金钢

第五节凿岩机具（续） • 　　二、钎杆 • 中空六角形 • 　非镍铬低碳合金钢和其他新材料 • 　平均寿命150－250m • 　破坏形式：钎杆折断、钎尾堆顶和钎肩磨损 • 　钎尾常用形式，右图所示

第五节凿岩机具（续） • 　　三、钎头与钎杆的连接 • 　　常采用锥形连接。 • ISO1718－1974国际标准： • 　锥角7° • 　锥孔深度48－54mm • 　钎梢插深为38mm左右

第六节凿岩台车和台架 　　凿岩台车是机械化程度较高的钻孔设备，配合使用导轨式凿岩机，提供推进、定位、行走等功能。凿岩台车分掘进台车、采矿台车和锚杆台车。

第六节凿岩台车和台架（续）

第七节潜孔钻机 （一）工作原理　　潜孔钻机的工作原理和普通冲击转式风动凿岩机一样。潜孔钻机是由于冲击机构潜入也底而得名。　　潜孔钻机是一种大孔径深孔钻孔设备，分为露天和地下两种。（二）潜孔钻机的优缺点　　露天开采中，潜孔钻机与牙轮钻机相比，具有结构简单，使用方便，成本低，不受孔深限制，可以钻凿斜孔等优点，但钻孔次序不，没有牙轮钻机高。（三）使用情况　　目前国内中小型露天矿山基本上使用潜孔钻机，大型露天矿山作为辅助钻孔设备。大型地下深孔采矿方法多数采用潜孔钻机，少数采用牙轮钻机。

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