工程爆破施工机械-凿岩机.ppt

第13章 爆破施工机械,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 是我们爆破的主旋律。,本次课程学习目标,1、掌握各类施工设备的性能2、必须掌握的钻机的特点及适用条件3、了解各类施工机械的构成,13.1 钻孔机械及配套机具,13.1 钻孔机械分类按凿岩原理分类（1）冲击回转式（2）旋转碾压式（3）回转切削式,13.1.2 按原始驱动动力分类 气（风）动 液压 电动 内燃机 水压 气液联动 六种类型。,13.1.3 按工程用途分类 露天钻孔机械 地下钻孔机械 水下钻孔机械。露天钻孔机械主要有凿钻机、牙轮钻机、潜孔钻机和凿钻钻车；地下钻孔机械主要有凿钻机、潜孔机械、牙轮钻机、隧道掘金钻车和采矿凿岩钻车；水下钻孔机械主要有固定支架水上作业平台、漂浮式钻孔爆破作业船与作业平台、支腿升降式水上钻孔作业平台,一 气动凿岩机及钻具,气动凿岩机是目前国内凿岩应用最广、数量最多的凿岩工具。但由于其能量利用率极低。凿岩速度慢、噪声很大、有被液压凿岩机逐渐取代的趋势 1.21 气动凿岩机械 A 手持式凿岩机 B 气腿式凿岩机 C 向上式凿岩机 D 导轨式凿岩机,手持式：直径20-40mm；深度小于5m；气压0.4-0.6MPa;气腿式:直径32-45mm;深度小于6m；气压0.4-0.6MPa;导轨式：直径34-80mm;深度5-8m；最大达30m;气压,气动凿岩机的主要指标,手持钻机的效率（m/台班）,钻孔的准确性,固有偏差：钻孔偏差做为定量的因素通常被忽视，在实际的爆破作业中是非常关键的因素,目前在隧道开挖爆破中几乎没有要求。,经过试验研究具有最小手持钻机的钻孔偏差如下表所示,根据现场试验:优秀的钻工一般能达到2.6cm/m 普通的钻工一般能达到35cm/m 没有要求的钻孔偏差率5cm/m,结合隧道浅孔爆破钻孔 技术的要求,一、隧道爆破的质量控制,1、隧道爆破欠挖的规定：应严格控制欠挖。当岩石比较完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出（每1m2内不大于0.1m2）侵入衬砌。但其隆起量不得大于5cm。拱脚、墙脚以上1m内严禁欠挖。（对整体式衬砌应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm，对喷锚式衬砌不应大于5cm）,1m,1m,5cm,拱脚欠挖现象,边墙脚欠挖现象,局部欠挖高度限制,1m,1m,0.1m2,S/S10%,围岩类别,开挖部位,2、隧道超挖量的规定,公路隧道允许的超挖量（cm）,边墙超挖量,底板超挖量,拱顶超挖,3、炮孔痕迹保存率（残留有痕迹的炮眼数）/（周边眼总数）100 JTJ:硬岩80；中硬70；软岩50 TB:硬岩80；中硬60；4、两次爆破的衔接台阶尺寸不大于15cm;,5、开挖轮廓圆顺，开挖面平整；6、爆破进尺达到设计要求，爆破出的块度满足装渣的要求；7、当在浅埋、软岩、临近建筑物等特殊情况地段爆破时，应采用仪器检测围岩爆破扰动范围和振速，并采取措施减小爆破对围岩的扰动程度；8、爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数。根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬程度及爆后石渣的块度，及时修正孔距、用药量、特别是周边眼的药量；根据爆破振动速度监测结果，调整但段起爆药量及雷管段数。,9、隧道底部高程应符合设计要求，且满足以下要求：（1）隧道底部允许平均超挖值为10cm,局部突出每平方米内不应大于0.1m2,侵入断面不大于5cm;（2）水沟应与边墙基础同时开挖，且一次成型。边墙基础高程应符合设计要求，每一次开挖循环用仪器检查一次。,二、钻孔控制要点,1、测量放线测量人员定出隧道中心线和开挖轮廓线，用红油漆按钻爆设计图画出炮眼位置，经检测符合设计要求后方可钻孔。2、钻孔的要点1）钻孔过程中，设专人负责指挥钻孔位置和角度，提高钻孔质量;2）炮眼的深度和角度符合设计，掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm;,3）辅助眼眼口排距、行距误差不大于10cm;周边眼眼口位置误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓15cm.4）当开挖面凸凹较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼的和辅助眼眼底在同一平面上。5）钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，对不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后方可装药；6）周边眼在断面轮廓上开孔，严格控制外插角，外斜率不得大于5cm/m，以尽可能使前后排炮接茬处台阶减小。,3、清孔装药（1）清孔可采用直径25mm钢管输入高压风吹出炮孔内的残渣和泥浆；（2）炮孔按规定装药量装药，炮口用炮泥堵塞，长度不小于20cm。（3）周边孔装药量较小，采用小直径药卷间隔装药，用竹片固定药卷，用导爆索、非电毫秒雷管起爆，当裂隙水较多时采用防水炸药。,二、钻孔的准确性,1、固有偏差：钻孔偏差做为定量的因素通常被忽视，在实际的隧道爆破作业中是非常关键的因素,目前在隧道开挖爆破中几乎没有要求。,经过试验研究具有最小手持钻机的钻孔偏差如下表所示,根据现场试验:优秀的钻工一般能达到2.6cm/m 普通的钻工一般能达到35cm/m 没有要求的钻孔偏差率5cm/m,减小钻孔偏差的途经：1、Rc2、Rd采用刚性钻杆；减小钻杆的长度。,Rc,开孔偏差,H,R,方向偏差,1、减小进尺的因素：（1）钻孔偏差；（2）孔深未打到设计规定断面深度；（3）孔径不合适；（4）装药集中度不够；（5）钻孔台架不能保证按设计钻孔的要求；（6）炸药品质差；（7）没有堵塞。,三、隧道爆破掘进进尺控制,0,计划进尺,实际进尺,斜眼掏槽钻孔偏差引起的进尺减小的原理图,1,2,3,4,W1,W1,W2,W2,B,进尺:L=（0.450.5）B,60,C,设计进尺,实际进尺,3、隧道最大进尺的确定 根据试验结果分析，如上图所示。采用斜眼掏槽技术，一般小型隧道进尺是宽度60；大型隧道进尺是宽度45。4、炮眼的最大抵抗线、炮眼的数目和位置应根据炮眼底部的直径、所用炸药的类型及其装药密度、岩石性质和钻孔偏差等确定。,0,12,4,8,16,20,2,4,6,循环进尺m,循环的周数（周）,3.5m,5m,B=11m的隧道循环进尺变化图,0 2 4 6 8 10 12 14 16,1,2,3,4,5,6,7,8,0.7B,0.6B,0.5B,0.4B,一般进尺,V形和扇形掏槽,V形和扇形掏槽最大进尺与隧道宽度B的函数关系,进尺深度m,隧道宽度B（m）,四、边界的控制,1、掌子面平整度控制：周边眼与辅助眼的眼底应在同一垂直面上，掏槽炮孔眼应加深10cm。2、周边孔岩隧道开挖轮廓线布置，保证开挖断面符合设计要求。注意孔口偏差、外插角斜率不大于5cm/m,隧道光面爆破参数,说明：1、适用于孔深1.04.0m、炮眼直径4050mm，药卷直径2025mm2、当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成型较高时，周边眼间距E应取小值；3、一般情况EW值，软岩取较小的E值时，W适当取大值；4、E/W 软岩取小值，硬岩和断面小时取大值。5、表中q按2号岩石炸药计算，其它炸药可换算。,B,C,实际进尺,10cm,3,5cm/m,底眼不超过轮廓线15cm,10.7m,3.5m,同时使用秒差、半秒差、微差雷管（29个段位）,弱爆破振动控制爆破技术措施,螺旋掏槽技术（降振、深度大）,0 20 40 60 80 100 120 140 m2,100+1,150+1,100+1,50+1,0,孔径：3138mm,孔径：3543mm,周边眼,炮孔数,隧道断面面积,高速公路隧道爆破参数表(断面51m2),五、炮孔堵塞的作用,炮孔的压力,p,t,炮孔压力作用时间,a:有堵塞曲线,b:无堵塞曲线,炮眼堵塞的作用：（1）炮孔堵塞大大增加了炸药在炮孔中的作用时间，加大岩石破碎作用力；（2）保证设计孔网参数准确；（3）提高炸药的装药密度；（4）减少飞石、冲击波作用、减少有毒气体生成量。,六、炸药的威力问题,炸药与岩石匹配问题，往往被隧道爆破掘进单位所忽视。坚硬岩石选用高爆速、高爆压的炸药爆速在4500m/s以上；中等坚硬岩石选用中等爆速和威力的炸药，爆速在3500m/s左右；软岩石爆破，选用低爆速炸药，爆速在3200m/s左右。煤层地段选用煤矿许用炸药。光面爆破，选择爆速2000m/s的直径20mm25mm的专用药卷。,七、炮孔与临空面的关系,垂直炮孔,倾斜炮孔布置,隧道掏槽爆破的机理,埋深,岩石表面,药包埋深与效果,漏斗,临界,内部,C.W.爆破漏斗试验与V/Q-曲线,0.4,0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0,35 30 20 10,V/Q,V/Q-曲线,Ly/Le,Ly-最佳埋深、Le-临界埋深,n=r/w,爆破作用指数的概念：n=r/w是漏斗半径与最小抵抗线的比值，是描述爆破松动程度的概念。爆破松动程度的划分：n=1 标准抛掷；1n0.75减弱抛掷或加强松动；n0.75,标准漏斗抛掷单耗的确定（掏槽孔药量的计算）,K值的确定：（1）试验确定法；（2）检侧岩石硬度值，查表法（3）经验确定。,八、不耦合装药与光面,小孔径药卷,空气间隔法,导爆索串,不耦合装药与光面效果,正向起爆,反向起爆,反向起爆：提高爆炸应力波的作用；曾长了爆破作用时间；增大炮孔的底部作用。,九、起爆雷管的位置,十、提高隧道爆破质量的途经,1、必须有比较符合实际的爆破设计图 目前隧道掘进实施性爆破设计方案与实际钻爆队脱节的。爆破设计的人员几乎不参与爆破作业。更没有可持续优化改进的爆破技术方案。,2、建立钻孔和光面验收的奖惩机制 是否按设计原则划线布孔、钻孔的精度和数量保证、验孔环节、验收爆破质量环节。建立钻孔质量和光面的奖励机制，奖励到班组、钻工。3、钻孔台架设计合理，能保证钻孔的位置 现场很多台架设计不合理，钻不了必须钻的孔。,4、打孔数量不够和钻孔精度低是普遍现象；现场几乎没有管理；“5米”炮杆打3米眼，一杆支到底，怎样保证精度；5、周边孔的光面装药结构的保证，小药卷装药法或间隔不耦合装药线装药法。7、掏槽、掘进、周边孔微差的控制，50100毫秒间隔；8、炸药爆速控制，硬岩爆速大的炸药，软岩选爆速偏低的炸药。9、隧道钻爆法信息化施工方法的应用。,1、冲击转动式成孔原理,利用锤头周期性地给钎头以一个轴向力，在此轴向力冲击力的作用下，钎头凿入岩石一个深度，其破碎的岩石面积为。为了形成一个圆形的炮孔，钎子每冲击一次之后，还须回转一个角度，然后再进行新的冲击，相应的破碎面积为。如此重复运动，即形成一个具有一定深度的钻孔。,在两次冲击之间留下来的扇形岩瘤，将借钎头切削刃上所产生的水平分力T剪碎。,此外，为保证钎子持续有效地进行凿岩作业，还必须把凿岩过程中形成的粉尘从炮孔中及时地排出。,2、凿岩工具,凿岩工具图片,柱齿型钎头,十字型钎头,一字型钎头,3、气动凿岩机,7655牌和YT27型气腿式凿岩机主要用于各类矿山、铁路、水利建设和国防石方工程中的凿岩作业。,手持式气腿式伸缩式导轨式,76 行程mm55 缸经mmYT23,24,25(重量),气动凿岩机产品图片,气动凿岩机产品图片,凿岩机的气腿图片,（1）气腿式凿岩机工作原理,（2）气动凿岩机的主要组成机构,气动凿岩机的主要组成机构,冲击配气机构,转钎机构,推进机构,排粉系统,润滑系统,操纵机构,Pneumatic Rock Drill,13.1.4 气动凿岩机钻具 浅孔凿岩机的钻具包括钎头和钎杆，中深孔的钎具除钎头和钎杆以外，还有连接套和钎尾。A 钎头 B 钎杆 钎杆的作用是把钎尾传来的冲击能量、回转扭矩和冲洗介质传给钎头。C 接杆钎的连接套 连接套的作用是用于钎杆与钎杆、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。D 钎尾 钎尾的作用是插入凿岩机转动套筒内，将凿岩机的冲击能量、回转扭矩和冲击介质传递给钎杆和钎头。,13.1.5 液压凿岩机及钻具 液压凿岩机是20世纪70年代开始应用生产的新型凿岩机械，它是以高压油为全部驱动力。液压凿岩机具有输出功率大、钻孔速度快、能量消耗低、零件和钎具寿命长、钻孔精度高、液压控制完善等优点,二 潜孔钻机及钻具,1、潜孔钻机作业示意图,2、潜孔钻机凿岩原理及其特点,潜孔钻机可在中硬或中硬以上(f8)的岩石中钻孔。它与凿岩机一样，都有冲击、转动、排碴和推进的凿岩成孔过程，同属冲击转动式钻孔。如同外回转凿岩机一样，具有独立的回转机构和冲击机构，不同的是潜孔钻机的冲击机构冲击器装于钻杆的前端，潜入孔底，随钻孔的延伸而不断推进。潜孔钻机即因冲击器潜入孔底而得名。潜孔钻机不象凿岩机接杆钻进那样，能量损失随钎杆的加长而增加，因而能打深孔、大孔；应用于井下钻孔时，同凿岩机相比，由于冲击器深入孔内作业，工作面噪音大大降低；应用于露天钻孔时，同钢绳冲击式钻机相比，钻孔速度提高23倍，机械化程度较高，辅助作业时间少，提高了钻机作业率；潜孔钻机重量较轻，机动灵活，投资费用低，特别是能钻斜孔，有利于控制矿石的品位、增加边坡的稳定性、消除根底、提高爆破质量。按作业环境的不同，有井下潜孔钻机和露天潜孔钻机两大类型。露天潜孔钻机，按钻孔直径和重量的大小，有轻型、中型和重型三种。,井下潜孔钻机,井下潜孔钻机,井下潜孔钻机,井下潜孔钻机,露天潜孔钻机,3、钻具,潜孔钻机的钻具包括钻杆、冲击器和钻头。钻杆的两端有联接螺纹，一端与回转供风机构相联接，另一端联接冲击器。冲击器的前端安装钻头。钻孔时，回转供风机构带动钻具回转并向中空钻杆供给压气，冲击器冲击钻头进行凿岩，压气将岩碴排出孔外，推进机构将回转供风机构和钻具不断地向前推进。,（1）钻杆,钻杆的作用是把冲击器送至孔底，传递扭矩和轴压力，并通过其中心孔向冲击器输送压气。井下潜孔钻机的钻杆较短，长度一般为8001300mm，钻完一个深孔需要几十根钻杆。露天潜孔钻机一般只有二根钻杆，接杆可钻1518m深的孔。钻杆承受着冲击振动、扭矩及轴压力等复杂载荷的作用，并且由孔壁和钻杆之间排出的岩碴对其表面产生喷砂性的磨蚀作用。因此，要求钻杆有足够的强度、刚度和冲击韧性。钻杆一般采用中空厚壁无缝钢管。钻杆直径的大小，应满足排碴的要求。由于供风量是一定的，排出岩碴的回风速度就取决于孔壁与钻杆之间的环形断面积的大小。对于一定直径的钻孔，钻杆外径越大，回风速度越大。一般要求回风速度为2535m/s.。,钻杆,用无缝钢管制做.传递扭矩承受轴压中空通风,(2)冲击器 Drill Hammer,冲击器是潜孔钻机的心脏部件，它的质量优劣，直接影响着钻孔速度和钻孔成本。对冲击器的基本要求是：性能参数好，钻孔效率高：结构简单，便于制造、使用和维修；零部件工作可靠，使用寿命长：能在各种岩层，如含水层里正常工作。国产冲击器主要有有阀冲击器和无阀冲击器两种类型，它们的技术特征列于表41。,(3)钻头,在钻孔过程中，钻头上端承受活塞的冲击，下端打击在岩石上，同时还承受着轴压、扭矩和岩碴的磨蚀作用，受力状态极其复杂。,影响钻头工作性能和使用寿命的因素很多，包括钻头的结构设计和钻头体材质的选择；硬质合金的质量、形状、固齿工艺以及钻头使用和修磨制度等等。,因此，要求钻头材料具有较高的动载荷强度和优良的耐磨性；结构上应利于压气进入孔底以冷却钻头和排除岩碴；形状简单，易于制造；钻头重量与活塞重量之比应尽可能接近于 1，以提高冲击能量的传递效率。,受力状态,要求,影响因素,钻头是传递冲击能量，直接破碎岩石的具。,柱齿钻头,在钻头工作面上用机械的方法压入头部为球形的硬质合金柱，故又称之为球齿形钻头。柱齿钻头便于根据受力状况合理地布置合金柱。边缘部分速度快、阻力大，可以镶嵌较多的合金柱，使每个齿负担凿岩面积大致相等，有利于提高钻进速度和钻头寿命；钻头体通常做成整体式，便于加工和使用，与分体式相比，能提高能量传递效率；钻头与冲击器之间多采用花键联接，传递的扭矩大、受力均匀、磨损小、寿命长。,柱齿钻头图片,J-200B型钻头,为了使钻头端面上所有柱齿达到均匀磨损并防止卡钻，J-200B型钻头头部加工成近似球体，边齿的倾角设计成45，使边齿突出较多，有利于提高钻头寿命;此外，还在钻头体周边上铣了一些小缺口，从减少钻头与孔壁的接触面积，减少摩擦，防止卡钻。,JW型柱齿潜孔钻头,MODEL JW DTH BUTTON BITS,计算机辅助的设计，设计精度高；活塞是唯一运动件，结构简单，维修方便；无阀配气结构，使用寿命长；耗风量小，钻进效率高；选用优质材料，先进工艺加工而成，质量可靠。,冲击器型号 Drill Hammer Models,四 冲击器性能参数及其分析,冲击功、冲击频率和耗气量是表征冲击器性能优劣的三个主要参数，它们的计算方法与气动凿岩机相应参数的计算类似。,冲击功越大，冲击频率越高，冲击功率就越大。冲击功率综合反映了冲击器具有做功能力的大小。但是，冲击功率大，钻孔效率不一定就高。,破碎每一种岩石都存在一个单位功耗最低的最优冲击功范围。,活塞冲击速度有一最优的范围，过低或过高都会增加单位功耗。,注意理解,根据应力波理论，活塞和钻头的疲劳破坏，主要取决于最大应力(即应力波的峰值)，而随着活塞冲击速度的提高，应力峰值也增大。,受到钻头硬质合金柱强度的限制；在钻头直径一定的情况下，不同的冲击功破碎单位体积岩石所消耗的冲击功单位功耗是不同的，而且差别很大。,五 潜孔钻机工作参数的确定,潜孔钻机的工作参数主要指钻具施于孔底的轴压力、钻具的回转速度、扭矩和排碴风量等。合理地选择这些参数，不仅能获得最优的钻孔效率还能延长钻具的使用寿命。合理的钻机工作参数与钻头直径、孔向、岩石坚固性、压气压力、冲击频率以及钻头结构型式等因素有关，迄今尚未掌握其规律。因此，钻机的工作参数只能根据生产经验或用实验方法建立的经验公式来计算。,1、轴压力,潜孔凿岩主要是依靠钻具的冲击能量来破碎岩石，钻具回转只是用来更换冲击位置，避免重复破碎。因此，潜孔凿岩不需要很大的轴压力。轴压力过大，不仅易产生剧烈振动，还会加速硬质合金的磨损，甚至引起硬质合金崩角或断裂，使钻头过早损坏；轴压力过小，则钻头不能很好地与岩石接触，影响能量的传递效率，甚至使冲击器不能正常工作。,潜孔钻机的合理轴压力可用下列经验公式计算,合理的轴压力，N,钻孔直径，cm,岩石普氏硬度系数,调压力的计算,潜孔钻机钻孔时，钻进部件(含回转供风机构、钻具)自重施于孔底的有效轴压力，与钻凿某种岩石所需要的合理轴压力是不相等的，所以在潜孔钻机上设置了调压装置，以便调整施于钻具上的作用力，使凿岩作业在合理的轴压力下进行。,调压装置施于钻具上的调压力按下式计算,孔向与水平面的夹角，(),钻进部件(回转供风机构和钻具)的质量，kg,摩擦系数，钢对钢为0.15，钢对岩石为0.35，取平均值p=0.25,冲击器的反跳力，其值为活塞在每一个工作循环中使气缸返回到初始位置所需要的最小轴推力，N,加压钻进,无调压钻进,减压钻进,2、钻具的回转速度,钻头每冲击一次只能破碎一定范围的岩石。当钻具转速过高时，在二次凿痕之间，势必留下一部分未被冲击破碎的岩瘤，使得回转阻力矩增大，钻机振动加剧，钻头端面及径向上的硬质合金迅速磨损，不仅降低了钻孔速度，甚至造成夹钻事故；当转速过低时，则可能产生重复破碎现象，没有充分利用钻头的冲击能量，钻速降低。,钻具的最优转数应当根据钻头两次冲击之间能破碎的最大孔底扇形面积的最大转角来确定。然而，这个合理的转角与钻头直径、岩石物理机械性质、冲击功、冲击频率、轴压力、钻头刃数和形状、以及硬质合金片(柱)的磨损程度等因素有关。,一般说来，当钻孔直径愈小、岩石硬度愈低、冲击功愈大、冲击频率愈高、轴压力愈大、钻头刃数愈多、硬质合金片(柱)愈锋利的情况下，钻具转速可以高些。反之，转速应低些。,合理转速,3、钻具扭矩,钻孔作业时，钻具需克服的回转阻力矩,由于轴压力作用在钻具工作面上产生的摩擦阻力矩，钻刃剪切两次冲击间遗留下来的岩瘤时所受的阻力矩，钻具与孔壁之间的摩擦阻力矩，,因裂隙、浮石引起夹钻的阻力矩。,钻具回转扭矩的大小与孔径的大小、岩石坚固性、钻头形状、轴压力和回转速度的大小诸因素有关。,力矩系数，KM=0.81.2，一般取KM=l.0,数理统计公式计算,4、排碴风量,排碴风量的大小对钻孔速度和钻头的使用寿命影响很大。实践表明：增大排碴风量，可以更有效地清除孔底岩碴，避免大颗粒岩碴的重复破碎，降低不必要的能量消耗，从而提高了钻进速度；增大排碴风量，能够有效地冷却钻头，并减少钻头的磨损，延长了钻头的使用寿命；此外，排碴干净，可以增加有效的孔深，减小超钻深度，提高了钻孔的利用率。但是，风量过大会增加空压机的容量和能耗，还会加速钻杆的磨损。,合理的排碴风量，决定于在钻杆和孔壁之间的环形空间内有足够大的回风速度，以便及时地将孔底岩碴排出孔外。这个回风速度必须大于最大颗粒岩碴在孔内空气中的悬浮速度(即临界沉降速度)。根据国外的经验，认为回风速度大约为25.4m/s，最低不能小于15.3m/s。对于比重较大的某些铁矿，悬浮速度较大，有的甚至超过45.7m/s。,一般可用下面的公式来计算岩碴的悬浮速度,合理的排碴风量按下式计算,钻杆外径，m,钻孔直径，m,考虑漏风的系数，k=1.11.5,合理的排碴风量，m3/min,岩石密度，kg/m3,岩碴的最大粒度，mm,岩碴的悬浮速度，m/s,1.4 凿岩钻车 凿岩钻车是将凿岩机构、推进装置、定位装置等安装在机械底盘或钻架上进行凿岩作业的设备。露天凿岩钻车一般安装一台凿岩设备，地下凿岩钻车可安装一台或多台凿岩设备，实现快速、高效凿岩。国外凿岩钻车上广泛使用液压凿岩机。,CLQ15履带式钻车 TC102履带式钻车,KQW系列方向摆角露天潜孔钻,KQT系列轮胎式露天潜孔钻机,KQL大孔径履带式露天潜孔钻机,干式除尘系统,湿式除尘系统,露天潜孔钻机,KQ-200型露天潜孔钻机,KQ-200型露天潜孔钻机,4.5 井下潜孔钻机,井下潜孔钻机用于井下钻孔作业。在无底柱分段崩落采矿法中，用于钻扇形爆破深孔；在掘进天井、通风井时，用于钻吊灌穿绳孔；在掘进平巷或各种碉室时，用于钻中深爆破孔。国产井下潜孔钻机的技术特征列于表4-3。,井下潜孔钻机的用途,QZJ-100B型井下潜孔钻机,回转供风机构由风马达12、减速箱11和风接头、钻杆接头等组成。,推进调压机构由推进气缸7、滑板10支架13、滑架14组成。用螺栓将回转供风机构和支架联接在滑板上。钻具以一定轴压作用于孔底，实现凿岩推进。调节气缸的进气压力，便可实现在合理轴压力下钻孔。,操纵阀21上有三个手把。左手把控制风马达，有正、反、停三个位置;中间手把控制推进气缸的往复运动，有进、退、停三个位置；右手把控制开动冲击器的气水混合物，有开、闭两个位置；供水量由水阀来控制。,凿岩支柱由上顶盘2、支柱3、横轴16、升降螺栓17、手摇绞车20等组成。使用时根据碉室高度调整升降螺柱，使支柱顶紧在顶板和底板上。横轴有三件，组合起来使用，以适应不同的孔向。升高或降低钻机则用手摇绞车来实现。,CTQ160 潜孔液压钻车,CTQ160 潜孔液压钻车与国际先进水平的大孔径潜孔液压钻车(瑞典阿特拉斯公司H261型钻车)处同等使用水平。,推进长度 1.2m 钻孔深度70m钻孔偏差 0.5m 回转头扭矩3000Nm最大钻孔直径 165mm 作业范围360全方位总功率 45KW,主要技术指标,推进器装有双液压夹头及卸钻杆液压板手，使接卸钻杆方便、快捷。,JZ-150型全液压潜孔钻机,该机适用于大中型矿山大直径深孔凿岩，也是铁路隧道，水利工程以及其它地下工程施工的最适宜设备。它 采用大扭矩液压马达直接驱动技术和全轮驱动的自行走机构，有大于25的超强爬坡能力，结构紧凑，机动灵活，可360全方位钻孔。主要部件为进口名厂产品，可完全替代进口钻机。,JZ-150型主要技术性能指标,钻孔直径：F16mmF254mm钻孔深度：100m空载推进速度：10m/min回转速度：o32rpm行走速度：o4.5km/h 无级可调推进力：044000N 连续可调回转扭矩(正转)：03400Nm 连续可调(反转)：o5600Nm爬坡能力：25钻孔角度：o360台班效率：40m/班偏斜率：1外形尺寸(长宽高)：43501580X2360mm总重量：5200kg,CTQ500履带式潜孔钻车,三 导轨式凿岩机,YGZ100.YGZ170导轨式独立回转式凿岩机,特点：YGZ170与CL15钻车配套,主要用于露天矿山及水电.交通等工程,特别适用于中硬或坚硬岩石上钻凿多方位炮孔.YGZ100与FJY27钻架配套.采用了特殊的无阀式配气机构和高效率回转减速机构的设计.安装了消声装置和回转驱动气马达与其合理的配置,DRIFTER DRILLS,导轨式凿岩机外观举例,导轨式凿岩机工作状态,FJZ25A单柱式钻架,重量(kg)114长*宽*高(mm)1680*620*2500柱架最高高度(m)2.7柱架最低高度(m)2.5耗气量(L/s)27推进长度(m)1推进力(N)1470气管内径(mm)25注油器机型 FY500,用于地下工程，可完成垂直面内多方位炮孔的凿岩作业。FJZ25A型凿岩柱架与YG40凿岩机配套,TC136双柱式钻架,重量(kg)500长*宽*高(mm)2200*976*1500柱架最高高度(m)1.8柱架最低高度(m)0.7耗气量(L/s)275(含凿岩机)推进长度(m)1.5推进力(N)14700气管内径(mm)38注油器机型 FY500,适用于钻凿全方位岩锚孔.预裂孔及石方工程中的中深爆破孔.TC136型双柱式钻机与YGZ100型凿岩机配套,FJY25A.FJY27圆盘式钻架,2.3 气动凿岩机性能参数分析,气动凿岩机主要性能参数,冲击功率,轴推力,冲击频率,转速和转矩,耗气量,气体压力缸内温度容积活塞速度加速度冲击回跳,探求凿岩机内部动力传递、转换过程的变化规律,影响因素,一 冲击功、冲击功率,式中，pi冲程时后腔中气压的平均压力；c1凿岩机冲程时的构造系数（见表）；p0管网压力。,冲程时，作用在活塞上的作用力为,冲击功为：,式中，S活塞的设计行程，cm；活塞行程系数，一般取0.850.90。,冲击功率为：,kW,式中，f活塞冲击频率，Hz。,二 冲击循环时间、冲击频率,冲击频率指活塞每分钟冲击钎尾的次数。,活塞运动的加速度,活塞冲程的时间,回程时间与气体压力、钎子质量、岩石性质以及活塞冲击钎尾时的反跳现象等有关，难以用计算方法求出。通常用冲程时间乘以系数K1来表示：,活塞回程的时间,活塞一个冲程循环的时间,活塞的冲击频率为：,冲程前活塞处于静止状态的时间,三 钎子转数,钎子转动由螺旋棒转钎机构实现，转数可以用活塞回程时转动的角度来计算。,活塞移动距离,螺杆棒导角,活塞行程系数,弧长,弧长与螺杆棒转动角的关系：,螺杆棒平均直径,钎子每分钟转数：,冲击频率,四 凿岩机转矩,凿岩机转矩取决于回程时气压对活塞的作用力P2和螺旋棒导角。,回程时，螺旋棒不能转动，P2 力必须克服各运动副间的阻力才能使活塞沿螺旋方向带动钎子转动。,阻力,转动圆周力,扭转力,扭矩,转矩影响凿岩机运行的稳定性,转矩过小，容易引起卡钎现象。,转矩设计过大，则增加凿岩机尺寸、重量。,摩擦角，,五 耗气量和耗水量,凿岩机单位时间消耗的自由空气的体积。,耗气量,气动凿岩机使用经济性指标之一。,考虑吹强风和气腿的耗气量时需增加15%左右。,耗水量,凿岩速度，cm/min,孔底面积，cm2,水与粉尘体积比，一般取1218,手持式、气腿式,35/min,上向式、导轨式,515/min,注意,需保证用水的压力适当、水量充足、水中无杂质！,耗气量修正系数，0.60.85,排气压力，取0.1MPa,六 凿岩机的轴推力,凿岩机的振动,凿岩机的后坐现象,一般凿岩机活塞冲程作用力P1大于回程作用力P2，因此，每一工作循环，凿岩机必然向后运动一段距离，这种现象称为凿岩机的后座现象。使之向后运动的力，称为后座力。,凿岩机工作时，压气交变地进入气缸的后腔和前腔，推动活塞往返运动。同样压气也作用在气缸的后盖或前盖上，使凿岩机后退或前进，因此，凿岩机产生振动。,最优轴推力,为了克服凿岩机的后座力，减小机器振动和保证钎刃经常与孔底岩石接触，保持较高的凿岩速度，在凿岩过程中，必须施加给凿岩机一定的轴推力。实践证明，施加于凿岩机的轴推力，应有一个合理值。过大或过小都将影响凿岩机的有效工作，亦即不能满足高凿岩速度和低钎刃磨损的基本要求。这个合理值即称之为最优轴推力。,当活塞以一定的能量冲击钎尾时，促使钎尾产生弹性变形和压缩应力。这个变形和应力以波的形式通过钎杆向钎头传递，在应力波达到钎头端面并将此波传递给岩石。钎头和孔底岩石的接触状况对能量的传递起着决定性作用，而决定钎头和岩石接触状况的是轴推力。,凿岩机理,六 凿岩机的轴推力,寻求最优轴推力的方法,理论分析探讨,近似的计算公式,大量试验研究,经验公式,分析和归纳,美国学者赫斯特鲁利德认为，当应力波传至钎头与岩石的界面时，为保证二者接触所需要的最优轴推力由下式确定,脉冲应力，是时间函数，MPa,钎杆截面积，cm2,表示钎杆上的脉冲应力作用到凿岩机系统的冲量，该值等于活塞冲击钎尾的动量。,冲击功与冲击速度的关系,我国根据实验研究总结的经验公式：,修正系数，1.52.3,2.4液压凿岩机,液压凿岩机是在气动凿岩机的基础上发展起来的。它们的共同特点，都是利用压差作用迫使活塞在缸体内作高速往复运动，在活塞冲程终了时冲击钎尾。液压凿岩机以高压油为驱动动力。,近年来，国内外对液压凿岩机作了大量的研制工作，并已取得了较好的效果。作为与液压凿岩钻车相配套的液压凿岩机发展尤为迅速。,下面简单介绍一些国产液压凿岩机产品。,DZYY22型全液压凿岩机,DZYY22型液压凿岩机是手持式凿岩机，适用于钻凿各种岩石。该机重量轻，操纵机构集中，启动灵活，工作平稳可靠，噪音低，效率高，寿命长，使用维修方便。此项目为地质矿产部“八五”攻关项目,DZYY22技术参数,机重(kg)24工作压力(MPa)10-12冲击频率(Hz)50转数(r/min)0-300 扭矩(Nm)30装机容量(kW)12,DZYG25液压凿岩机,DZYG25型液压凿岩机与钻车配套使用，使用于中硬和坚硬岩石上钻凿炮孔。,冲击机构,旋转机构,DZYG25技术参数,油压(MPa)14-18.5 额定冲击功率(kW)5.5 冲击频率(Hz)50,回转压力（最大）(MPa)10转数(r/min)0-300最大扭矩(Nm)120,DZYG28型全液压凿岩机,DZYG28型液压凿岩机是导轨式独立回转凿岩机，该机与钻车配套用于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔，输出功率可调三档,额定冲击功率(kW)7.5工作压力(MPa)15-24 冲击频率(Hz)40-53,回转压力（最大）(MPa)10转数(r/min)0-300最大扭矩(Nm)200,旋转机构,冲击机构,DZYG28技术参数,DZYG38B全液压凿岩机,DZYG38B型液压凿岩机是采用液压驱动、独立回转的凿岩机。与液压钻车配套使用，适用于中硬和坚硬岩石上钻凿任意方向炮孔。活塞行程和冲击频率可调，以适应不同硬度岩石，使用钎杆直径38或45毫米，主要用于深孔钻进及露天凿岩作业，钻孔直径为65-125毫米。该机是一种高效节能，可长期稳定工作的新型凿岩设备。稳定工作指标是6000延米不拆机检修，达到了瑞典AtlasCOP1238ME同等水平。,技术参数机重(kg)150冲击机构压力(MPa)15.0-21.5 回转压力（最大）(MPa)11扭矩（最大）(N-M)500或700冲击频率(Hz)40-60回转速度(r/min)0-300安装功率(kW)45,YYG系列液压凿岩机,YYG150和YYG110型（原SCOP1238、SCOP1032）液压凿岩机是我国引进瑞典ATLAS COPCO（阿特拉斯科普科）公司液压凿岩机成套生产技术制造的。这两种类型的液压凿岩机，经过国内外众多用户使用，证明使用可靠、性能优良，是近代凿岩机具的最新成就。,YYG系列液压凿岩机：主要用于主要与钻车配套，用于各种矿山巷道掘进中的凿岩作业，也广泛应用于铁路、水利建筑和国防石方工程中。,一、液压凿岩机的结构和工作原理,各种类型液压凿岩机的结构、组成和工作原理基本相似。YYG80-1型液压凿岩机是由冲击器与外回转转钎机构组合而成(图2-21)。,冲击器采用活塞双腔回油、滑阀配油的工作原理。,转钎机构由液压马达14、小齿轮15和大齿轮5、转动套3等构成。大齿轮通过转动套带动钎尾转动。可传递扭矩150Nm，转钎速度为0一300r/min。可以 实现旋转冲击凿岩。,凿岩时，可通过水套向钻孔内供除尘用水。冲击功与转钎速度可根据岩石条件分别调节。,冲击器工作原理,冲程：高压油经油口P、阀腔H、G，油孔a进入缸体2后油室A，活塞1在高压油作用下，快速向前运动。缸体前油室M的油经油孔e、阀腔K、Q流回油箱。在冲程末端，油室A和冲程推阀孔b接通，高压油进入阀座4左油室E，推动阀芯3 向右移动，油流换向。与此同时，活塞高速冲击钎尾，冲程结束。,回程：高压油经油口P、阀腔H、K、回程进油口e进入缸体前油室M，推动活塞作回程运动。油室A的油经过孔a、G、N流回油箱。活塞回程至一定位置，进油口e和回程推阀孔d联通，回油路O与阀左端油室联通，阀体向左移动，油流换向，高压油经阀腔H、G、冲程进油口a进入缸体后部油室A。由于惯性的作用，活塞继续向后运动，直到速度为零时停止，回程结束。,二 液压凿岩机的优缺点,由于采用高压油作动力，故对机器零件制造和装配精度要求比较严格；维护保养技术和费用较高；液压油的质量要求高，滴损多；对管道、接头质量要求亦高；还必须对辅助设备、泵、仪表、控制器、电源等进行严格的维护保养，管理费用较高。并应设法控制温升以免在温度升高过多时引起油质的变化，从而影响机械性能和凿岩速度。,动力消耗少，能量利用率高。由于采用高压油作动力，其能量利用率可高达30 40%，而气动凿岩机一般仅为10%左右，故其动力消耗仅为后者的1/31/4。,凿岩机性能和凿岩速度，可大大提高。,液压凿岩机的运动件都是在液压油中工作，润滑条件好，零件寿命高。,采用全液压传动，可一人多机操作，台班工效高。,第三节 牙轮钻机,一、牙轮钻机的组成 牙轮钻机主要由回转供风机构、加压提升机构、行走机构、钻具以及接卸钻具机构等组成。二、牙轮钻头的凿岩原理 1牙轮钻头 矿用的牙轮钻头是三牙轮钻头。,2牙轮的凿岩原理 当牙轮钻机工作时，加压机构给加一轴向压力，使合金柱紧密接触岩石，回转机构回转时，三个牙轮随之旋转，在牙轮旋转的同时，牙轮上的合金柱交替接触岩石，当一个合金柱接触岩石时，有一个交点，牙轮的旋转中心在O的位置，再转一个角度，当两个合金柱同时接触岩石时，有两个触点，牙轮的旋转中心变到O1的位置，显然O1较O低，这样在O变到O1的过程中，牙轮随之振动一次，再变成一个触点时，牙轮在提高，变成两个交点时，牙轮在降低，牙轮又振动一次，如此循环往复，靠着牙轮的上下振动，使牙齿产生对孔底岩石的冲击作用，使岩石破坏。,凿岩效率,工班效率表明工人的工作效率，一般是以每工班多少米来表示，不限设备数量，m/(工班）。台班效率表明了设备的工作效率，是以台班多少米来表示，不限人员，设备已班所凿的米数，m/（台班）。,增加效率途径：T：每人每班工作时间是一定的，增加工作时间，不允许；K：时间利用系数，增加凿岩时间，提高工人素质，保证设备完好率；V：改善设备性能，减少漏气，保证足够的风压，减少辅助时间；N：增加设备数量，几乎不可能，每个人所操作的设备是固定的。所以要想提高凿岩效率，只能从两方面考虑1增加纯凿岩时间，减少辅助时间，经常对设备维修，保持设备完好率；2改进设备性能，提高纯凿岩速度。,牙轮钻机优点 牙轮钻机是使用于各类坚固性岩石技术先进的钻孔设备，多用于大型矿山，它又如下一些优点。（1）钻孔速度快，生产效率高。钻孔速度与钻具压力成比例增长，而增加钻具轴压并非困难，因此牙轮钻机的钻孔速度活的相当大的提高，比冲击式钻机高5倍多，比潜孔钻机高2倍。（2）钻孔直径大，钻凿的炮孔深。它可钻凿孔径达250455mm范围内的大型炮孔；其孔深通常为1750m，是高效大型采掘工程的主要配套设备。（3）适应范围广，应用前景好。牙轮钻机可以钻凿软