第02章 凿岩技术与设备

第二章凿岩技术与设备本章提要井巷工程一般采用钻眼爆破法掘进，第一道工序就是采用钻眼机具钻凿炮眼。本章内容主要围绕钻凿炮眼的机具，主要介绍炮眼的钻凿原理和常用的钻眼机具。煤矿炮眼的钻凿机具常以压风作为动力，本章最后介绍了空气压缩机的基本知识及其压风的供应和输送。开挖方法（1）钻眼爆破法:（2）机械掘进法Drillingandblasting:normalblasting,smoothblasting,preslittingMachineboring:full-facetunnelboringmachine(TBM),roadheader.钻爆法施工：冲击式（硬岩），旋转式（煤、软岩）掘进工序：钻眼——装药联线——放炮通风——装岩运输——支护工具设备：凿岩机——炸药——局部扇风机——装岩机——锚、喷、网、架煤电钻——雷管、放炮器——风筒——矿车电机车、矿车浅孔：深度小于2.5m，直径小于42mm；中深孔：深度2.5~4m，直径小于50mm；深孔：深度大于4m，直径大于50mm。本章内容第一节破岩原理与设备第二节凿岩机构造与工作原理第三节钻眼工具第四节空气压缩机及压风供应本章主要参考书1.高尔新主编.《爆破工程》.徐州：中国矿业大学出版社.1999年7月.定价：27.00元.p5～292.汪旭光编.《爆破手册》.冶金工业出版社.2010年10月.定价：180。第一节破岩原理与设备一.冲击式破岩原理1.冲击式破岩钻眼原理：冲击（冲击功）—旋转—排粉适用于硬岩代表机具：凿岩机冲击力2.旋转式破岩钻眼原理：压入（轴压）——旋转切削——排粉适用于软弱岩层或煤层代表机具：煤电钻轴压力回转力矩冲击式破岩旋转式破岩适用于坚硬岩石轴压力小噪音大功效低环卫差软岩和煤轴压力大噪音小功效高环卫良好两种破岩方法比较二、常用的凿岩设备（凿岩、动力、支架方式）手持式机重20kg以下风动凿岩机气腿式机重30kg以下导轨式机重35～80kg向上式机重40～45kg电动凿岩机气腿式机重25~30kg导轨式机重30kg以下液压凿岩机导轨式机重130～360kg内燃凿岩机机重30kg以下煤电钻手持式机重18kg，功率1.2kw岩石电钻导轨式机重35~40kg功率1.2kw液压钻导轨式旋转冲击式、热能钻孔、微波钻孔、激光钻孔、水射流钻孔、氟氧化学反应钻孔等。伞形钻架凿岩台车第二节凿岩机的构造与工作原理风动凿岩机可分为低频、中频和高频。冲击频率在2000次/min以下为低频，2000～2500次/min为中频，超过2500次/min为高频。国产气腿凿岩机，除YTP－26等少数为高频外，均为低、中频凿岩机。手持式凿岩机目前使用很少。气腿式凿岩机因重量和手持式差不多，但有气腿支撑，可减轻体力劳动，在岩巷掘进中应用较广。一、凿岩机的构造与工作原理气腿式风动凿岩机、液压凿岩机、煤电钻为代表㈠风动凿岩机的构造⑴柄体1：进气进水管道、操作阀、气腿的调压阀和换向阀、水针。⑵缸体2：阀柜D、配气阀C、棘轮和旋转棒B、活塞F、消音罩。⑶机头3：锤G、转动套I、钎卡和外壳。141—凿岩机主机；2—钎子；3—水管；4—压气软管；5—气腿；6—注油器㈡工作原理1.冲击机构2.转钎机构3.排粉机构4.润滑机构1.冲击机构：气缸+活塞+配气装置冲程（活塞完成往复运动），活塞做冲程运动，冲击钎尾。C-滑阀，6-滑阀前腔，气缸后腔，7-活塞，8-排气口，11-回程气道㈡工作原理排气口活塞前端面配气阀片回程排气口2.旋转机构：内棘轮+螺旋棒+活塞+转动套冲程——活塞直线运动，带动旋转棒旋转回程——旋转棒迫使活塞旋转，带动转动套、钎杆旋转。3.排粉系统：注水排粉系统－开钻供水、停钻停水：由气道2进入注水阀右端面，克服弹簧6的阻力，阀左移，开启水路。湿式排粉—压力水，水压比风压低0.1~0.2MPa强力吹扫炮眼系统4.润滑系统：注油器，3~5ml/min悬挂式：悬挂在风管弯头处，容油量较小；落地式：放在离凿岩机不远的进风管中部，容油量较大㈢推进机构与架钻设备1.气腿：推进+架支支设角30°～50°2.掘进凿岩台车：钻臂架支3.伞钻：凿岩台车国产CGJ-2型凿岩台车，配备两台YT－24凿岩机，轨轮式风动马达丝杠推进，直流电动机驱动轨轮行走One-boomrigThree-boomrig伞钻㈣凿岩机的使用⑴及时加油⑵合适的轴推力（克服反冲）⑶压气压力，大于0.5MPa⑷水压低于风压，供水不中断⑸钎子质量好《工业企业噪声卫生标准》规定85分贝为每天接触噪声8小时的允许界限，接触噪声的时间每减小一半，可增加3分贝，但最强不得超过115分贝。各型凿岩机的噪声约为105分贝（在空旷地方空打测得）。井下的噪声85%是排气噪声，消音罩约降低5~7分贝二.液压凿岩机1.构造⑴冲击机构：油缸+活塞+配油装置（油压在10MPa以上）⑵旋转机构：独立外回转机构液压马达带动齿轮⑶排粉系统：侧向供水排粉2.优缺点⑴钻速高（纯钻速2~3倍）⑵可调整（功率可调整，钻凿较深和直径较大的孔）⑶自润滑⑷可钻硬岩、大直径深眼⑸环卫好（噪音低10~15分贝，90分贝以下，没有油雾水气）。三.旋转式钻眼机械煤电钻⑴适用条件：煤及f＜3的岩层。⑵构造：散热风扇+开关手柄+电动机+减速器+钎套筒电压127v，功率1.2~2.0kW（多为1.2kW），转速2700转/分。外壳为铝合金铸造，密封防爆。⑶轴推力：人力推顶。[适用范围]本系列煤电钻适用于煤矿井下及其周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的环境中，在交流50Hz，电压为127V的供电网络中，在回采及掘进工作面对中硬和硬煤层钻眼之用。[产品特点]1、结构紧凑，型式多样，有普通型、强力型、湿式型等。2、扭矩大，适合中硬和硬煤层钻眼。ZM系列矿用隔爆型手持式煤电钻3.岩石电钻组成：电动机、减速箱、牵引装置、机壳和供水装置必须有推进装置适用条件：适用于在f=4～6的岩石中钻眼。第三节钻眼工具一、凿岩机的钎子1.整体钎子：2.组合钎子一字形：速度快、制造和修磨简单、磨损快、易夹钎。十字形：速度慢、孔圆，制造和修磨复杂，用料多。⑴钎头球齿形：硬岩钻眼材料钎头体：合金钢，55SiMnMo、40MnMoV。钎刃：钨钴类合金。a)镶KO型硬质合金片;b)镶K1型硬质合金片标准直径十字形钎头钎头结构参数①刃角，110o②隙角，3o③弧形钎刃，180mm曲率半径④钎头直径，38~43mm⑤排粉沟中心孔：⑵钎杆中空六角形B22、B25；中空圆形D32、D38（重型导轨式凿岩机）材料：ZK8Cr、ZK55SiMnMo⑶钎头和钎杆的连接：锥形连接，锥角度为7°，插入深度24~38mm（留有过渡缝隙6～8mm）能量传递效率和钎杆、钎头寿命麻花钎子⑴钻头、方槽、尾孔、麻花钻杆、钻杆尾部⑵麻花钻杆：菱形或矩形，T7或T8钢传递轴压和扭矩，螺纹方向与钻头方向一致，螺旋沟槽排粉，螺距一般为70～80mm。二.电钻钎子：第四节空气压缩机及压风供应空气压缩机亦称压风机，是矿山四大固定设备之一（通、压、排、提升）。通过空气压缩机，可将自由空气压缩到所需要的压力而成为压缩空气，用以驱动风动机具，如风钻、风镐、抓岩机、风水泵、空气锤、铆钉机、锻钎机等。在矿山岩巷开拓中广泛应用的喷混凝土技术，也是用压缩空气做喷射动力的。此外，矿山还经常用压缩空气进行清理水仓，驱动副井上、下口的风动操车设备和主井上、下口风动装、卸载设备。因此，必须设置多台空气压缩机组成的压缩机站，以满足对压气的需求。用空气压缩机产生的压缩空气作原动力，与使用电力相比较有如下优点：（1）在有瓦斯的矿井中，可以避免因电动机具产生的电火花而引起的瓦斯爆炸；（2）不会因为过载而损坏机具。适用于钻削坚硬岩石的冲击式和负载变化很大的风动工具；（3）压缩空气可进行能量储存，不凝结，输送方便；（4）压缩空气以及风动机具排出的空气，不污染环境，并有助于井下的通风。尽管空压机和风动机具的效率较低，风动机具工作时的震动和噪声较大，但是，有上述优点，因而空压机仍然广泛地应用于煤矿生产中。一、空气压缩机及其附属装置空气压缩机站的设备包括以下四部分：（1）空气压缩机：除空压机外，还包括中间冷却器、油润滑系统等装置。（2）拖动装置：一般采用电动机，并附有启动和保护设备。（3）附属装置：包括储气罐、空气滤清器、冷却水系统。（4）压缩空气管网：包括管路、管路附件及油水分离器。1.冷却系统2可靠的进气阀3油气分离器4卓越主机5可靠的保压阀6精细油过滤器7方便操作面板8智能控制系统空气滤清器二、压缩空气的基本生产过程四台5L－40/8空气压缩机站的布置水泵水池风包过滤器电控设备电动机压缩机本章思考题1．根据破岩原理，钻眼方法分为哪几类？其代表机具各是什么？2．YT－23的工作系统由哪几部分组成？3．凿岩机的架支机构有哪些？各适用于什么条件？4．与风动凿岩机相比，液压凿岩机有什么优点？5．常用的钎头、钻头形状有哪些？其使用条件是什么?6．在煤矿中为什么要采用压缩空气为动力？7．简述煤电钻的构造？