爆破工程常用施工机械.ppt
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1、第2章 爆破工程常用施工机械,钻孔机具与施工装药设备与施工破碎和清运设备与施工,钻孔机具与施工,钻孔是实施爆破的第一步,在很大程度上影响着爆破施工的进度和经济效益,同时也是确定炮孔深度、炮孔直径和炮孔方向3个爆破参数的关键。浅眼:深度小于5米,直径在50mm以下的炮孔深孔:深度5米以上,直径大于50mm的炮孔。目前,钻孔主要借助钻孔机械和钻来实现。工作中钻凿浅孔常用凿岩机;钻凿深孔常用导轨式凿岩机(接杆)、潜孔钻机、钻车和牙轮钻机。,1、冲击式破岩原理,(1)首次冲击,在孔底形成凿痕A-A,钎头转到B-B位置;,图21凿岩机工作原理图,(2)二次冲击,在形成B-B凿痕的同时,剪碎了两个BOA范
2、围内的岩石,这是根据岩石抗剪强度比抗压强度小(1/81/12)得多的原理;,(3)当钎头转动和冲击5-6次后,完成了整个圆形面积的破碎,则形成了深度为h的进尺,再重复以上的过程。凿岩机的设计是按此工作原理进行设计的。,2、冲击式凿岩机主要组成部分,使压气来回于活塞的两侧,以达到1600 2000次/分的冲击频率;,2)转钎机构,1)配气机构,冲程时不转钎,回程时转钎;,3)排粉机构,水针、排水孔、吹扫风路;,4)推进机构,轴压力,使钎头贴紧孔底部;,5)操纵等机构,3、风动凿岩机,(1)风动凿岩机的主要技术参数,按使用动力来源可分为:风动凿岩机、液压凿岩机、内燃凿岩机和电动凿岩机。其中风动凿岩
3、机应用最广。,1)压缩空气的工作压力 0.40.6MPa,2)活塞冲击能气腿式凿岩机的冲击能为6080J,导轨式凿岩机为80250J,3)活塞冲击频率一般为2658Hz。,(2)风动凿岩机种类,按其支撑和推进工作方式,分为手持、气腿、向上、导轨式。,1)手持式凿岩机 手把持,人力推进,质量较轻,一般小于30kg。可钻凿任意方向的炮孔。主要用于钻凿水平、垂直或倾斜向下的炮孔。,常用于竖井掘进、破碎大块、浅眼爆破等。该种凿岩机的钻孔深度一般不大于3米。国产的Y30、Y26型凿岩机属于这种类型,部分国产手持式凿岩机的主要技术参数见表21。,Y26,YL18,Y19A,Y26,21国产手持式凿岩机的主
4、要技术参数表,2)气腿式凿岩机 气腿式凿岩机钻孔时凿岩机安装在气腿上,由气腿支撑和推进。气腿凿岩机适用于钻凿水平或倾斜炮孔,主要用于水平巷道,斜井掘进。机重小于30kg,钻孔直径一般为3442mm,钻孔深度25米。可钻凿中硬以上岩石。国产的有7655、YT23、YT26。部分国产气腿式凿岩机的主要技术参数见表22。,气腿式凿岩机,Yt29,Yt28,22国产气腿式凿岩机的主要技术参数表,22国产气腿式凿岩机的主要技术参数表(续),3)向上式凿岩机气腿支撑和推进,但气腿与主机在同一纵轴线上,并固结为一体,轴向伸缩。向上式凿岩机专用于钻凿向上方向6090炮孔,常用于天井掘进、竖井贯通等。主要型号有
5、YSP44、YSP45、YS35。国产向上式凿岩机的主要技术参数见表23。,YSP45,23国产向上式凿岩机的主要技术参数表,4)导轨式凿岩机,功率大,质量较大,一般50100kg范围,配备有导轨架和自动推进装置,推进速度和推力可任意调节。可钻凿水平、向上倾斜、向下倾斜的炮孔,炮孔参数510m,最深可达40m。主要用于平巷掘进,地下采场的钻孔作业。主要机型有YGP35、YG80、YGZ90等,国产导轨式风动凿岩机的主要技术参数见表24。,YGZ90,24国产导轨式凿岩机的主要技术参数表,4、液压凿岩机,液压凿岩机是以高压油为动力,驱动凿岩机的冲击机构和旋转机构,排粉常用压力水、压气或气水混合方
6、式进行。其特点:(1)动力消耗低,能量利用率高。液压凿岩机能量利用率达30%40%,风压凿岩机为10%左右,且不需要压气设备和风管。(2)机械性能好,钻孔速度高。冲击油压一般比风压高几十倍,冲击功高,钻孔速度可以提高1倍以上。(3)振动和噪声低,不产生油雾。(4)参数可调节,能实现程序控制和自动控制。,表25液压凿岩机的主要技术参数,内燃凿岩机是以汽油为燃料的手持冲击式凿岩机。它由小型发动机、压气机、凿岩机三位一体组合而成的。携带方便,适用于作业地点分散、无电源或压气设备的小规模浅孔爆破施工。主要用于钻凿向下、水平、向上倾斜的炮孔。由于受汽油发动机工作发热的限制,不宜长时间工作。,5、内燃凿岩
7、机,表26国产内燃凿岩机的主要技术参数,电动凿岩机是以电能为动力的冲击式凿岩机。在工作中不需要压气机和供风管路,能量利用率高,设备投资少,工作时噪声低。但受结构的限制,只有轻型支腿式产品,冲击功率为2.53KW,在中等硬度的岩层上钻孔速度还不到气腿式凿岩机的一半,故障率较高,所以应用范围不广。,6、电动凿岩机,7、浅孔和中深孔凿岩钻具(钎子),(a)整体钎子,(b)活动钎子,1钎头;2钎梢;3钎射;4钎肩;5钎尾,钎子,整体钎子常用直径19mm、22mm和25mm的中空六角形钢制造,一端锻出钎尾,另一端锻出钎头,钎头顶部镶有硬质合金片。传递冲击能量损失小,凿岩效率高,拔钎阻力小,适用于钻凿36
8、38mm的小直径炮孔。其缺点是搬运修磨工作量大,某一部分损坏则整体报废。,钎头与钎杆可拆分,便于更换钎头,提高钎杆的利用率,同时也有得于钎头的专门研究,以适应不同性质岩石和凿岩机对钎头的需要。,钎头是直接破碎岩石的部分,其形状、材质、加工工艺是否合理,直接影响凿岩效率和本身的磨损。凿岩工作对钎头的要求:形状、结构合理,凿岩速度高,耐磨性强,有足够的机械强度,使用寿命长,排粉性能好,制造和维修方便,成本低。,(1)钎头形状,一钎 头,钎头依其镶嵌的硬质合金可分为片状和柱齿状两种。硬质合金片镶制的钎头有一字形、十字形和X形钎头等。钎头直径常为3843mm。,一字形,特点:制造和修磨简单。对岩性和机
9、型的适应能力较强,适用于坚硬、中硬和中硬以下的岩石;在节理裂隙发发育和韧性较大的岩石中,易卡钎,凿岩效果差。,一字形钎头外形图,十、X字形,特点:制造和修磨比较复杂,合金用量较多;适用于重型凿岩机钻凿坚韧、高磨蚀性的岩石,用于节理裂隙发育的岩石中效果较好,不易卡钎。多用于中深孔。,十、X字形钎头外形图,球齿形,特点:容易开门、不易卡钎,炮孔圆,岩屑颗粒粗,凿岩速度高,减少合金片消耗,广泛推广使用。适用于于磨蚀严重的硬脆性岩层。,柱齿形钎头,(2)、钎头构造,刃角刃角大小与钻速、耐磨有关,刃角小,转速高,但不耐磨,用于软岩;对于硬岩,取大值,但必须小于岩石的自然破碎角(110),一般=100。,
10、图2-4 一字形钎头,隙角,钎头体两侧面的倾角(图2-4)。为了减少钎头与炮孔壁间的摩擦阻力和避免钎头在孔内卡住拔不出来,钎头必须有隙角。过大,易于磨损或崩角;过小,易卡钎,对合金片钎头=35。,片状钎头的钎刃若是平直的,在冲击载荷作用下,直刃的两端因承受弯曲应力而崩落,因此钎刃都带点弧度,以便使作用下钎刃上的反力指向弧心,不形成弯矩R保证合金片两端不产生应力集中和弯矩,R=180200mm。(图2-7),钎刃的曲率半径R,图2-7 平直刃与弧形刃的受力图,取决于钎头终径和炸药药卷直径。,钎头直径,D钎头直径D2钎头终径n钎头修磨次数,一般1015次;A每次修磨钎头直径减少量,根据钎头几何结构
11、、材质和岩石的磨蚀性的不同,选取A0.150.30mm/次。,钎头终径为,Dy药卷直径,通常为3235mm;装药间隙,通常为药卷直径的5%10%,火花起爆时,取45mm;电力起爆时,取23mm。,排粉槽和吹洗孔排粉槽一般布置于钎头的顶部和侧部。吹洗孔是吹洗炮孔用的水和压气的通道。最好布置在中心位置,利用排粉,旁侧宜对称布置。,(3)、钎头材料,1)钎头体要求耐冲击,抗疲劳破坏,改用40Cr钢或2730Si,Mn,Mo,V钢制造,可减少断裂,涨裤现象。,2)硬质合金片,采用碳化钨-钴粉末用粉末冶金工艺生产。此合金性能具有高硬度,高耐磨性、高抗压强度,又有一定的韧性(钴),抗弯,抗拉强度高。多用Y
12、G系列(还有YJ系列),钴含量高,韧性高,抗冲击和抗弯强度高,硬度和耐磨性低,故必须根据岩性选用牌号,见表2-2(P26)。,在极韧岩石中和采用大功率凿岩机时,应侧重韧性,选用钴含量较高的合金;在中硬、坚硬、硬脆而磨蚀性大的岩石中,应侧重耐磨性,适用钴含量较低的合金。株洲硬质合金集团公司,研制了含Co10%并加入0.55TaC的粗粒合金,定名为YK25,后又相继开发出YK252、YK85,YG10A和YH95等含TaC合金。,3)、合金片形状,长片状(用于一字形钎头,用于硬岩);短片状(用于多刃钎头,适用于裂隙发育岩石);柱状(用于柱齿钎头,中硬以下的岩石)。,中小直径钎头类型和规格,(4)、
13、中小直径钎头类型和规格,二钎 杆,1、要求:抗冲击,抗弯曲疲劳,具有一定韧性,抗腐蚀,易加工,成本低;,2、断面形状:六角形(内切圆直径22mm,25.4mm);圆形(直径28,32mm)中心孔57mm;,3、材质:40MnMoV钢(55SiMnMo钢);,4、钎尾:有带圆环钎肩的六角形钎尾、带凸台钎肩圆形断面钎尾和无钎肩的六角形钎尾,分别用于手持式、导轨式,向上式(见图2-10)。要求钎尾淬火硬度小于活塞硬度,钎尾端面平整并与轴线垂直。,活动钎子的钎头和钎杆采用锥体连接或螺纹连接。锥体连接适用于轻型凿岩机、中型凿岩机,钻凿浅孔,钎头直径小于51mm,钎杆连接端锥体的锥角一般为7度,国外也有1
14、112度;螺纹连接适用于重型凿岩机,钻凿中、深孔,钎头直径大于51mm。,三钎头与钎杆的连接,用锥形连接(仅用于浅眼)。这种连接加工、使用简单,能量损失小,但角必须严格控制。锥顶角=37;余隙为68mm,图中B一般57mm,A=h=38mm。,研究冲击凿岩的应力波(波动)理论是研究活塞、钎杆、钎刃、岩石之间冲击载荷的传递问题,应力波的入射和反射;岩石的破碎规律;冲击载荷和凿入的深度之间关系等问题。,(1)钎子中的应力波(图2-12),1)应力波重复忽略能量损失不计,A点的应力波将在B点完全重复地发生;,2)滞后B点出现比A点滞后一定时间t1-t0,这时间由波速C确定。,图2-12 钎杆中的应力
15、波,3)钎杆内振动质点的应力和速度之间关系,(2)钎刃端面应力和质点速度,对于钎杆反射应力为r,反射质点速度为Vr,界面处应满足连续条件,自由端面,1)应力,根据应力波反射和透射理论,2)速度,结论:自由端面时,钎刃质点应力为0,而其运动速度为入射压波引起钎杆质点速度的两倍,方向为正,所以钻机空打时,钎头易掉。,固定端,1)应力:根据冲击波反射和透射理论,2)速度:,结论:固定端反射波应力大小与入射波相等地,符号相同;在固定端面上的合成应力为入射波的两倍。(钎头凿硬岩时易崩的原因)。,(3)应力波能量传递规律,当应力波到达钎刃与炮孔底部接触面时,凿岩能量传递过程将随钎头与岩石接触状况不同有所不
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