《矿山机械设备》讲稿

1《矿山机械与设备》教案导论学习内容及学习目标第一章概论第二章凿岩机及凿岩工具第三章凿岩钻车第四章潜孔钻机第五章牙轮钻机第六章装载机械第七章矿山运输机械第八章矿井提升设备第九章提升设备的运动学与动力学第十章矿井提升机的电力拖动装置与制动装置第十一章多绳摩擦提升主讲：胡运金班级：矿物资源07级矿山机械与设备导论教学目标：⑴通过露天矿山和地下矿山的开采工艺过程了解矿山常用的机械设备⑵明白本课程学习内容和学习目标⑶了解影响矿山机械与设备的岩石软科学性质学时分配：3学时教学重点和难点：重点：矿山工程中常用的机械设备类型难点：无教学方法：讲授案例多媒体教学内容一、矿山工程常用的机械与设备通过模型图片、视频，了解无奇不有矿山和地下矿山开采的工艺过程及其常用机械与设备类型。钻孔机械掘进机械运搬设备提升设备流体设备支护设备其他设备二、《矿山机械与设备》课程学习内容和目标2学习内容：⑴矿山常用机械设备的类型⑵矿山机械设备的组成、工作原理⑶矿山机械设备的造选型⑷矿山机械设备的应用主要学习目标：熟悉主要矿山机械设备组成、结构、工作原理熟悉各种机械设备的选型，掌握主要机械设备的造型计算了解种类机械设备的特点及其应用三、岩矿的物理机械性质㈠岩(矿)的主要物理机械性质1、容重：单位体积原生岩石的重量2、松散性：整体岩石被破碎后，其容积增大的性能，常用岩石的松散系数K表示。K指岩石破碎前、后容积之比。3、强度：岩石抵抗机械破坏（拉、压、剪）的能力。岩石机械强度受岩石的孔隙度、异向性和不均匀性的影响而变化很大，一般情况下，抗拉强度（1/10~1/50）抗剪强度（1/8-1/12）抗压强度4、硬度：指岩石抵抗尖锐工具侵入的性能。它取决于岩石的结构、组成颗粒的硬度及形状和排列方式等。硬度越大，钻凿越困难。5、弹性：即当撤销所受外力后，岩石恢复原来形状和体积的性能。弹性越大，钻凿越困难。6、脆性：岩石被破碎时不带残余变形的性能。脆性越大，钻凿越容易。7、耐磨性：岩石磨损工具的性能。耐磨性越大，钻凿越困难8、稳定性：岩石暴露出自由面后，不致塌陷的性能。凿岩时岩石的破碎是多种因素综合作用的结果。在上述诸多因素中，岩石的硬度、强度和脆性是主要的因素，又可将它们概括为岩石的坚固性。㈡岩石分级岩石的坚固性常以坚固系数f表示。100ff不仅是综合反映岩石破碎难易程度的指标，而且，也是选用破碎方法和钻孔机械的主要依据。根据f值，将岩石进行分级，称为普氏分级法。3第一篇钻掘机械第一章凿岩机械教学目标：⑴熟悉凿岩机械的类型⑵掌握风动凿岩机工作机构的组成及其工作原理⑶熟悉各种凿岩机械的特点及其应用场合和条件⑷熟悉与凿岩机配套使用的凿岩工具学时分配：9学时教学重点：各种凿岩机工作机构的组成、工作原理和性能特点及其应用条件教学难点：风动凿岩机主要参数的分析与计算气阀结构及原理教学方法：讲授多媒体教学内容第一节岩石的破碎过程钻凿岩石的机械方法有冲击作用、旋转作用和旋转冲击联合作用等三种方式，如图所示。一、冲击式凿岩过程向钻头施加一个垂直于岩石表面的冲击力，在此冲击力作用下，使钻头切入并破碎岩石。二、旋转式凿岩过程向钻头施加一个扭转力和一个固定的轴向力，钻头以螺旋线形向前运动，并破碎岩石。三、旋转冲击式凿岩过程向钻头施加一个扭转力和一个间歇的轴向力，使钻头与岩石表面成一定的倾角向岩石内钻进。第二节钻孔机械种类一、根据破碎岩石的过程不同，可将钻孔机械分为：1、旋转式钻机：如多刃切削钻头钻机、金刚石钻头机等，主要用于在中等硬度以外的岩石或煤矿中钻孔。2、冲击旋转式钻机：如凿岩机、潜孔钻机、钢绳冲击式钻机等，主要用于在中等硬度以上的岩石中钻孔。3、旋转冲击式钻机：如牙轮钻机，主要用于在中等硬度以上的岩石中钻孔。二、根据钻机使用场地不同，又可分为井下钻机和露天钻机。4三、根据钻孔深度不同，可分为深孔钻机和浅孔钻机。此外，还机械凿岩、热力剥落凿岩、熔融气化凿岩和化学凿岩等。第二章凿岩机及凿岩工具第一节凿岩机械凿岩机械分为凿岩机和钻机两类，钻机又有露天钻机和井下钻机之分。凿岩机是用于在中硬以上的岩石中，钻凿直径为20～100毫米、深度在20米以内炮孔的机械，按其动力不同可分为风动、内燃、液压和电力凿岩机一、凿岩机的工作原理：各种凿岩机的动作原理都是冲击转动式。即利用压差作用迫使活塞在缸体内用作高速往复运动，并冲击钎尾。如图所示。二、凿岩机的分类及各类凿岩机的工作原理、使用条件按照冲击钎尾和转动钎头所用的驱动力不同，划分有风动、电动、内燃、液压等类型凿岩机。1、气动凿岩机：以压缩空气为驱动力。使用广泛。①种类：手持式凿岩机（Y-3、Y-26）、气腿式凿岩机（YT-24、7655、YT-26、YT-28、YTP-26型）、伸缩式（上向式）凿岩机（YSP-45、01-45型）、导轨式（柱架式）凿岩机（YG-40、YG-65、YG80、YGZ-90型）。如图所示。②主要组成机构及工作原理：☆冲击配气机构：由配气机构、气缸、活塞和气路等组成，其作用是将压缩空气依次输送到气缸的后腔和前腔中，推动活塞作往复运动，从而获得活塞对钎尾的连续冲击动作。如图所示。☆转钎机构：常用的转钎机构有内回转和外回转两大类。内回转式是当活塞往复运动时，借助棘轮机构使钎杆作间歇转动，如图所示。外回转式是由独立的发动机带动钎杆作连续转动。☆排粉系统：排粉方式有凿岩时注水冲洗加吹风和停止冲击强力吹扫两种。其作用是将凿岩过程中产生的岩粉及时排出孔外。☆凿岩机的支承及推进机构：以气腿为主。如图所示。其作用一是支承凿岩机重量；二是克服凿岩机工作时的后座力，使活塞冲击钎尾时钎刃能抵住孔底，以提高凿岩效率。☆操作机构：由操纵手柄组成（控制凿岩操纵阀、气腿的调压阀及换向阀），如图所示。调压阀：用于无极地调节气腿的轴推力，以适应凿岩机各种不同条件下作业时对轴推力的要求。换向阀：用于改变调压阀内腔进气方向，从而使气腿伸缩。润滑系统：一般都在进气管路上连接一个自动注油器，实现自动润滑。52、液压凿岩机：以高压油为驱动力，由冲击器和转钎机构组成。如图所示。冲击器采用活塞双腔回油，滑阀配油的工作原理；转钎机构采用摆线液压马达驱动，一极齿轮减速后带动钎杆回转。如图所示。3、电动凿岩机：以电动机的旋转运动为驱动力。①分类：离心冲击锤式和曲柄连杆活塞式。②结构及工作原理：☆离心冲击锤式凿岩机：如图所示。☆曲柄连杆活塞式凿岩机：如图所示。4、内燃凿岩机：以小功率内燃机为驱动力。如图所示。三、各类凿岩机的优缺点及其技术特征1、液压凿岩机：※优点：①动力消耗少，能量利率高；②凿岩机性能和凿岩速度较高；③润滑条件好，零部件寿命高；④可一人多机操作，台班工效高。※缺点：①机器零部件制造和装配精度严格；②维护保养技术和成本费用高；③环境因素会影响其性能及凿岩速度。※液压凿岩机技术特征：P32页表2～３所示。２、电动凿岩机：※优点：①动力单一；②成本低；③机械效率高。※缺点：①冲击力和冲击频率较低；②零件易损坏。※电动凿岩机技术特征：P33页表2～2-4所示。3、内燃凿岩机：※优点：本身带有动力机械，使用灵活，适用于野外或没有其它能源的地方作业。※内燃凿岩机技术特征：P35页表2～2-5所示。四、选择凿岩机应考虑的因素：以风动凿岩机为例，应主要考虑下列因素：1、作业场所（平地、天井、竖井和广场等）；2、钻孔的方向、孔径和深度；63、矿岩坚硬程度；五、影响风动凿岩机凿岩效率的主要因素：1、凿岩机的性能参数(冲击功、冲击频率、扭矩和转角等)；2、凿岩机的工作条件(岩石坚固性、风压和轴推力等)；3、凿岩工具(钎头直径、结构、形状和钎杆长度等)；第二节凿岩工具钎子：向岩石传递凿岩机冲击和回转能量的工具。常用的有整体式钎子和组合式钎子两大类。一、钎头：一字形、十字形、Ⅱ字形和T字形等，如图所示。☆一字形钎头：宜用于较软岩石或节理不发育的半硬岩石或小直径钻孔。☆十字形钎头：宜用于硬岩石或大孔径浅孔。对于大孔径深孔，需在十字形钎头上镶嵌一字形超前刃，钎头尖角的大小与岩石硬度有关。二、钎杆：断面有六角形、圆形和矩形等。钎杆在凿岩过程中承受轴向压应力、扭转应力和弯曲应力。其中，弯曲应力和弯曲疲劳是主要应力和主要破断因素，目前常用钎杆钢为35硅锰钼钒和55硅锰钼两种材料。三、钎尾：其结构有三种，如图所示。1、带钎肩的六角形断面钎尾：用于气腿式凿岩机。2、带凸台的圆形断面钎尾：用于导轨式凿岩机。3、无钎肩的六角形断面钎尾：用于伸缩式凿岩机。四、钎头与钎杆的连接方式：螺旋连接和锥销连接，如图所示。第三章凿岩台车教学目标：⑴熟悉凿岩机械的类型⑵掌握风动凿岩机工作机构的组成及其工作原理⑶熟悉各种凿岩机械的特点及其应用场合和条件⑷熟悉与凿岩机配套使用的凿岩工具学时分配：9学时教学重点：各种凿岩机工作机构的组成、工作原理和性能特点及其应用条件教学难点：风动凿岩机主要参数的分析与计算气阀结构及原理教学方法：讲授多媒体第一节凿岩钻车类型及其特点和使用条件7凿岩钻车是将凿岩机连同自动推进器一起安装在钻臂或钻架上，并配以行走机构的一种设备。它的使用，标志着采掘机械化程度的提高。一凿岩钻车种类1、按其用途分为：平巷掘进钻车、采矿钻车、锚杆钻车和露天开采凿岩钻车。2、按其行走机械分为：轨轮式、轮胎式和履带式。3、按其架设凿岩机台数分为：单机钻车、双机钻车和多机钻车。※各类凿岩钻车的主要特点及其适用性如下：★露天钻车的主要特点：多为单机，轮胎或履带式行走机构。适用于中小型露天采矿场、土建工程等作业场所。★掘进钻车的主要特点：单机、双机和多机都有，轨轮、轮胎和履带式行走机构。适用于平巷掘进、遂道、涵洞和地下工程等作业场所。★采矿钻车的主要特点：单机或双机，多为轮胎式行走机构。适用于采矿场、大型硐室等作业场所。★锚杆钻车的主要特点：为单机，轮胎式行走机构。适用于钻锚杆孔和安装锚杆用。第二节凿岩钻车的基本原理一、平巷掘进凿岩钻车1凿岩钻车应具备的运动条件：①凿岩机能在全断面内进行作业，即按炮眼布置的要求确定孔位。②凿岩机沿炮孔轴线前进或后退，即凿岩机的推进运动。③推进器与工作面成任意角度，以便钻凿一定角度的炮眼。④推进器的补偿运动。⑤每一凿岩循环应将凿岩台车撤离或送进工作面，即台车的行走运动。2、凿岩钻车的组车及工作原理为了完成上述运动，凿岩钻车的主要组成部分应包括：凿岩机及其推进器、支臂及其变幅机构、车架及其行走机构、供水及液压操纵系统等。※工作原理：3、钻车的选择在选择钻车时，应考虑设备的技术、经济指标的合理性和先进性。（1）经济指标包括设备的投资、能源消耗、材料消耗、设备维修及管理、设备折旧等费用。（2）技术指标包括设备的先进性和对凿岩爆破工艺要求的适应性，具体包括：①凿岩速度快，工作稳定可靠、结构简单、便于操作和维修；②满足各种凿岩爆破工艺对钻孔布置和深度的要求，以及巷道断面尺寸和运输方式等方面的要求。（3）凿岩钻车的生产率：每班生产按下式计算：L=KVTn×102式中，n—凿岩钻车上同时工作的凿岩机数，8T—每班纯工作时间V—技术钻进速度K—凿岩机的时间处用系数，可查表确定。4、凿岩机类型及台数的确定一般地，首先选定凿岩机类型，再据此选定钻臂数和推进器类型。多数凿岩钻车都是配套设计和制造的。比如CGJ－2型钻车使用7655型凿岩机，CGJ－2Y型钻车使用YYG80－1型液压凿岩机等。凿岩钻车上可安装凿岩机的台数n，主要根据工作面尺寸和所需钻孔总深度确定。即：n=100L/KKVT=100Zh/KVT式中，L—所需钻孔的总深度，L=Zh。Z—所需钻孔数。h—每班所钻孔的平均深度。二、采矿凿岩钻车在采用无底柱分段崩落采矿法的某些金属矿山中，使用CTC－700T和CTC－214型采场钻车钻凿中深孔。对于薄矿脉、小巷道的金属矿山，使用CTC－140和SGC－1B型采场钻车钻凿浅孔。1、CTC—214型采矿凿岩钻车的结构和工作原理：如图所示2、CTC—700型采矿凿岩钻车的结构和工作原理：如图所示3、国产采矿凿岩钻车技术特征：P55页表3-4所示。三、凿岩钻车发展近况1、自动化凿岩：在钻车上安装有自动控制系统