第二章-凿岩方法课件.ppt

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1、第一节 概述n 破碎岩石的方法很多，归纳起来可分为机械破岩方法和新式破岩方法两大类。而目前比较成熟且真正适用于凿岩工作的基本方法是物理作用范畴的机械破岩法。n 新式破岩法主要有：热力破岩法、水力破岩、激光破岩、超声波破岩、电磁破岩、水电效应破岩和电子束破岩 n 在坑道掘进中，凿岩方法按其对破碎岩石的不同方式分为冲击式、回转式、冲击回转式等三种。采矿技术发展到现在，凿岩技术也得到突飞猛进的采矿技术发展到现在，凿岩技术也得到突飞猛进的发展。目前，真正适用于凿岩工程的基本方法是发展。目前，真正适用于凿岩工程的基本方法是机机械破碎法械破碎法。根据破碎作用的方式不同，机械破碎凿岩方法可分根据破碎作用的方

2、式不同，机械破碎凿岩方法可分为为冲击式凿岩、回转式凿岩及回转冲击式凿岩、回转式凿岩及回转- -冲击式凿岩冲击式凿岩。冲击式凿岩主要应用于冲击式凿岩主要应用于坚硬和磨蚀性大坚硬和磨蚀性大的岩石，回的岩石，回转式凿岩主要适用于转式凿岩主要适用于软岩及磨蚀小的岩石软岩及磨蚀小的岩石。回转。回转- -冲击式凿岩兼有两者的优点，冲击式凿岩兼有两者的优点，适用范围较广泛适用范围较广泛。对于金属地下矿山来说，主要是用对于金属地下矿山来说，主要是用冲击式凿岩冲击式凿岩。 第一节 概述n凿岩系统n凿岩过程n 现代凿岩的基本问题 一、冲击式凿岩法手锤冲击凿岩的基本动作：冲击、转钎、排粉冲击式凿岩法也不外乎这三个基

3、本动作。其过程（原理）如图 图-冲击式凿岩破碎岩石原理 冲击式凿岩法主要是利用作用在钎头上的冲击力，使钎头的刀刃切入岩石，将岩石破碎。每冲击一次后，下一次冲击前钎子转动一定角度，使钎刃在第二次冲击岩石时，调换一个位置，从而顺序逐层地破碎岩石。 1、冲击式凿岩法工作原理一、冲击式凿岩 2、保证钻进的必要条件是：（1）钎头冲击岩石时，单位接触面积上的冲击力必须大于岩石的动载抗压入强度，并能辅助剪切掉两次冲击凿痕所夹的扇形面积；（2）钎头材料的强度必须大于岩石的强度，并具有足够的韧度，以避免钎头过早损坏。3、冲击式凿岩法的特点（1）岩石抗冲击强度大大小于静载下抗压强度，在坚硬岩石中破碎效果好；（）钻

4、眼时，所需轴向推力小，钎头磨损和消耗在磨擦上的功小；（3）在软岩中形成的凿痕体积小，从凿痕内排出岩粉困难，钻眼效率低；（4）岩石破碎过程不连续，冲击频率低时钻眼速度慢；此外，风动凿岩机工作时震动噪音大，粉尘较高。 根据上述特点，冲击式钻眼法主要应用于坚硬和磨蚀性岩石中钻眼。 二、回转式凿岩法1、保证钻进的两个必要条件：（1）轴向推力必须大于岩石的抗压强度。（2）回转力矩所产生的切削力必须大于岩石的抗剪切强度。 图-回转式凿岩破碎岩石过程 回转式钻眼法是在钎头上加以轴向推力P1，使钎刃切入岩石，同时给钎头以回转力矩P2，使钎刃不断切削眼底岩石，如图3-2所示，同时它利用螺旋形钎杆将破碎的岩屑或岩

5、粉自动排出，这样连续不断的动作，钻出了炮眼。 2、回转式凿岩法工作原理3、回转式钻眼法的特点 1、呈连续剪切破碎，钻进纯工作时间长，能量利用率较高； 2、回转式钻机工作中振动、噪音和粉尘较低； 3、必须静力压入岩石，所需轴推力大，导致钻头与岩石摩擦阻力增加，钻头磨损增大；轴推力增大亦导致设备笨重。 根据上述特点，回转式钻眼法常用于软岩和磨蚀性不大的岩石。三、冲击回转式凿岩法 此种方法是介于回转式和冲击式之间的凿岩法，当对岩石受冲击时，钎子同时回转，因而钻进速度很高。 在回转冲击式凿岩法中，钻头除承受较大的轴向静压力和回转力矩外，并承受定时的冲击载荷。因此，合金钎头磨损非常历害，需要有很好的凿岩

6、工具。 第二节 凿岩机械一、凿岩机械的分类凿岩机械凿岩机凿岩辅助设备风 动 液 压 内 燃 电 动支撑、推进、行走机构其它辅助设备气腿、液腿钻 架台 车注油器集尘器磨钎器水 箱 风动凿岩机分类手持式凿岩机导轨式凿岩机第二节 凿岩机械二、凿岩机械型号编制方法 凿岩机械的型号一般由类、组、型代号与主参数代号两部分组成。主参数代号特性代号类、组、型代号例如 YT P 26 （YTP26） 气腿式 高频 重量（kg)1、凿岩机由哪几个主要部件组成。 柄体、把手、缸体、机头等主要部件2、凿岩机的内部构造三、风动冲击式凿岩机7891-缸体； 2-钎杆；3-进水管；4-进气管；5-气腿； 6-注油器；7-柄

7、体； 8-机头；9-把手；1柄体；2缸体；3机头；4螺杆；5操纵阀；6棘轮；7配气阀；8螺旋棒；9活塞；10导向套；11转动套；12钎套；13水针；14钎卡；15把手；16消音罩；17螺旋母 气腿凿岩机构造图冲击机构，转钎机构、排粉机构、润滑机构，推进和支撑机构，消声机构等.3、凿岩机机构组成(1)冲击配气机构 A、其简单工作原理是： 依靠配气阀的交替变换位置，适时改变进气方向，将压气分配到缸的前腔与后腔，推动活塞做高速往复运动。并以一定的动能冲击钎尾。 环状阀配气机构工作原理：环状阀配气装置动作原理图A1-操纵阀气道，2-柄体气室，3-棘轮孔道，4-阀柜孔道，5-环形气室，6-阀套孔道，7-

8、回程孔道，8-环形气室工 作 冲 程环状阀配气装置动作原理图B1-操纵阀气道，2-柄体气室，3-棘轮孔道，4-阀柜孔道，5-环形气室，6-阀套孔道，7-回程孔道，8-环形气室返 回 冲 程（2）转钎机构nA、转钎机构的分类：n根据钎杆回转力矩传递方式的不同，凿岩机的转钎机构可以分为外回转和内回转两大类。外回转亦称独立回转，其转钎机构由独立发动机带动。内回转凿岩机则是靠活塞往返运动带动钎杆作间歇式转动。nB、组成：棘轮1、棘爪2、螺旋棒3、活塞4（其大头一端装有螺旋母）转动套5、钎尾套6等组成。nC、转钎机构的工作原理冲程动作回程动作n 转钎机构n1、棘轮；2-棘爪；3、螺旋棒；4-活塞；5、转

9、动套；6-钎尾套；7-钎杆根据所钻凿的孔深和孔径的不同，分为：浅孔凿岩 孔深小于35m、孔径为3046mm中深孔凿岩 孔深为515m、孔径为5070mm深孔凿岩 孔深大于15m、孔径大于90mm4、凿岩工具 钎头直接破碎岩石的，钎子的主要组成部分。钎刃部位都焊有硬质合金片。钎刃的排列有一字形、十字形、丁字形等，钎头也就根据钎刃的排列方式来命名。一字形钎头制造、修磨简单，在浅眼凿岩中用得比较广泛。多刃形钎头 (如十字形、丁字形等)凿出的炮眼眼底较平、孔形较圆，不易夹钎，而且钎头的耐磨性较好。因此在裂隙多的岩石中凿岩为了避免夹钎，或在坚硬岩石中凿岩为了减少钎头的磨损，多采用多刃形钎头。钎杆钎杆的尾

10、部叫钎尾，钎杆与钎尾之间有一个凸缘叫钎肩。活头钎子的钎头是可以拆卸的，钎头与钎杆可用锥形或螺纹连结。钎杆是用来传递冲击功和扭矩的。因此需要有足够的强度和抗腐蚀能力。浅眼凿岩中多用中空六角钢，深孔凿岩则多用圆形中空钎子钢。三、钎子冲击式凿岩工具通常称为钎子，它由钎头、钎杆和钎尾三部分组成 23 45 图-钎子1-钎头，2-钎杆，3-钎肩，4-钎尾，5-水孔钎子可分为整体钎子与活钎头钎子（合成钎子）两种钎子可分为整体钎子与活钎头钎子（合成钎子）两种 （一）钎头1、钎头的主要质量指标： 钻眼速度、使用寿命、硬质合金利用率。 其中钎头的使用寿命是综合反映钎头质量和技术水平的主要指标。2、钎头的结构和性

11、能参数和规格常用的钎头有一字型、十字型、球齿型等。其中一字型适用于坚固和比较完整致密的岩石。十字型钎头适用于坚硬或岩石破碎、磨蚀性大、裂隙层理发育的地层。D 一字形 十字形 球齿形(一)钎头性能参数刃角一般为900-1100之间 ；刃弧高度为4-5mm；隙角一般为30左右，隙角的作用是减小钎头与眼壁之间的摩擦；起始刃宽0.5mm-1mm之间。钎头的规格地质勘探中常用钎头的直径为36-42mm。(一)钎头3、钎头的材质钎头的钢体一般选用45号、55号碳素钢或40号锰钼钒合金钢等作原材料。钎头合金片则是由碳化钨和金属钴的粉末胶结而成。(一)钎头4、钎头的修磨合理的修磨制度是“勤磨少修”，每次修磨要

12、保持刃弧、刃角，也不要将钎头磨的太尖，要保留起始刃宽即0.5mm左右，只要修磨注意，一个合金钎头可修磨10-12次。修磨的砂轮最好采用绿色碳化硅，粒度为3646目，线速度为12-15m/s，修磨应采用湿磨。(二)钎杆它包括钎杆、钎肩、钎尾、钎销。钎杆的材质为钎钢。钎杆破损：在凿岩过程中，钎杆的损坏形式较多，如钎尾的堆项与炸顶、钎肩磨损以及折断。钎杆折断是钎杆的主要破坏形式。钎杆折断的类型：钎杆折断按其性状可分为疲劳折断和脆性折断两种。(二)钎杆1、疲劳折断：钎杆折断断口可以明显地分为两个区域。即疲劳断裂区和脆性断裂区。疲劳断裂区断口光滑呈细瓷状有光泽，脆性的断裂断口比较粗糙，呈现结晶状，为钎杆

13、最后瞬间冲击断裂的结果。2、脆性折断：其特点是断口全部为结晶状外观，没有疲劳破坏特征，发生脆性折断的主要原因是由于钎杆某处的缺陷以及锻造热处理不良原因所造成。（五）潜孔式深孔凿岩潜孔凿岩，就是在凿岩过程中使冲击器潜入孔内，以减小由于钎杆传递冲击功所造成的能量损失，从而减小孔深对凿岩效率的影响。潜孔凿岩的凿岩设备是潜孔钻机，我国地下矿山常用的有YQ-80，YQ-100及QZ-165等型号，在坚固性系数f=814的矿岩中钻凿孔径为80165mm的深孔，能获得较高的凿岩速度。潜孔钻机由回转机构、升降机构、推压机构、支承机构和冲击机构等部分组成。潜孔钻机是冲击回转式钻机，其内部结构与一般凿岩机不同，其配气和活塞往复机构是独立的，即冲击器。其前端直接联接钻头，后端联接钻杆。凿岩时冲击器潜入孔内，通过配气装置 (阀)，使冲击器内附活塞 (锤体)往复运动打击钎尾，使得钻头对孔底岩石产生冲击。冲击器在孔内的高速回转，则是由单独的回转机构，即由孔外的电动机或风动旋转装置，通过接在冲击器后端的钻杆来实现的。凿岩时产生的岩粉，由风水混合气体冲外洗排出孔外，混合气体是由排粉机构经钻杆中心注入冲击器的，再经冲击器缸体上的气槽进入孔底。