潜孔钻机

第4章潜孔钻机一个以乘坐外国轿车、使用外国电器为骄傲的民族决不是一个伟大的民族；一个没有先进制造业的国家不可能是一个强大的国家。第一节概述一、潜孔钻机发展概况为了适应井下大量崩矿的采矿方法，要求钻孔设备能钻出4～40m甚至更深的孔。气腿凿岩机已不能满足此要求。重型导轨式凿岩机虽经接杠能钻较深的孔，但随着钻孔的加深，钎杠质量加大，能量传递效率降低，钻进速度逐渐下降。潜孔钻机的特点活塞打击钎杆的能量损失不随钻孔的延伸而加大。我国五十年代从苏联引进潜孔钻机。六十年代自行设计并定型生产了YQ-150A型露天潜孔钻机。潜孔凿岩的实质，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。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二、潜孔钻机凿岩原理及其特点潜孔钻机可以在中硬或中硬以上（f≥8）的岩石中钻孔。它与凿岩机一样，都有冲击、转动、排渣和推进的凿岩成孔过程，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而得名。潜孔钻机作业示意图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2~3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。潜孔钻机的特点：能量损失不随钎杆的加长而增加；工作面噪音大大降低；机械化程度较高，辅助作业时间少，提高了钻机作业率。第二节钻具潜孔钻机的钻具包括钻杆、冲击器、钻头。一、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。钻杆承受着冲击振动、扭矩和轴压力等复杂载荷的作用，并且承受着由孔壁和钻杆之间排出的岩渣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臂无缝钢管。钻杆直径的大小应满足排渣的要求。钻杆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。井下潜孔钻机的钻杆较短，长度一般为800～1300mm，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15～18m深的孔。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25～35m/s.。钻杆用无缝钢管制做.传递扭矩承受轴压中空通风二冲击器DrillHammer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4—1。冲击器⑴有阀冲击器的构造冲击器通过活塞的运动把压气的压力能转变为破碎岩石的机械能⑴有阀冲击器的构造冲击器通过接头1上的螺纹与钻杆联接。接头1上镶有硬质合金柱，用以防止因上部掉入物料而卡磨冲击器，减少外缸10与孔壁的摩擦，延长冲击器使用寿命。配气机构由阀盖6、阀片7、阀座8等组成。活塞9是一个中空棒锤形圆柱体。气缸由内缸11和外缸10组成。内外缸之间的环形空间是气缸前腔的进气道。外缸联接安装着冲击器的所有机件。衬套12位于卡钎套15的顶端，活塞运动时，其前端部分可在衬套里滑动。卡钎套15通过螺纹与外缸联接在一起，并依靠其内壁上的花键带动钻头23转动。钻头23是整体式球面柱齿钻头。钻头尾部可在卡钎套内上下滑动。为了防止钻头在提升或下放时脱落，用圆键17把钻头与卡钎套连在一起，并用柱销13和钢丝16阻挡圆键，防止钻头掉入孔内。碟簧4的作用是补偿接触零件的轴向磨损，保证零件压紧，防止高、低压腔连通以致影响冲击器性能，它在工作时还起到减振的作用。⑴有阀冲击器的构造为了使冲击器能在含水层里正常作业，J—200B型冲击器设有防水装置。防水装置由密封圈19、止逆塞20和弹簧21组成。工作时在压气的作用下，弹簧处于压缩状态，止逆塞前移，压气便可进入冲击器。当停止供气时，止逆塞在弹簧作用下自动关闭进气口。冲击器内的气体被封闭，阻止了钻孔中的涌水及泥沙倒灌入冲击器。在阀盖与阀座之间设置了可更换的节流塞5，以便根据岩石的比重和风压的大小更换此节流塞，用适当直径的节流孔来调节耗气量和风压，保证有足够大的回风速度，使孔底排碴干净。⑴有阀冲击器的构造在钻孔过程中，有时要在提升或下放钻具的同时给冲击器输送压气，用以喷吹孔底积存的岩碴或处理夹钻。此时，如果冲击器继续冲击，势必空打钻头，这就容易损坏卡钎套等零件，这种现象称为空打现象。冲击器都设计有防空打结构。当提升或下放钻具时，钻头依靠自重下落，其尾部卡在圆键上，活塞也随之处于下限位置，这时内缸壁上的进气孔⑥被活塞堵死，露出孔⑤，活塞前端的缩颈部分与衬套的内孔之间形成的环形空间使前腔与孔底沟通，前腔气体排至孔底。由孔⑤进入后腔的压气经活塞中心孔直吹孔底，活塞停止运动，因而消除了空打现象。通常把孔⑤称为防空打孔。⑵有阀冲击器的工作原理当钻头未触及孔底时，钻头及活塞均处于下限位置，阀片7前后两侧的压力相等，依靠自重落在阀座8上。由中空钻杆输入的压气进入后接头，压缩弹簧，推开止逆塞后，分成两路。一路进入止逆塞孔①，经阀盖、节流塞、阀座、活塞和钻头各零件的中心孔直吹孔底；另一路经阀盖轴向孔②，通过阀片后侧面与阀盖之间的间隙进入孔④，再经内外缸之间的环形气道，从防空打孔⑤进入后腔，并排至孔底。⑵有阀冲击器的工作原理当钻头触及孔底后，钻头尾部顶起活塞，使活塞后端将防空打孔⑤堵死，露出前腔进气孔⑥，压气由此进入前腔，同时活塞前端密封面把前腔密封。于是，前腔压力升高，压气推动活塞回程，活塞由静止开始作加速运动。后腔气体由活塞中心孔排出。当活塞中心孔被阀座上的配气杆堵死后，后腔气体被压缩，压力逐渐升高。活塞继续向后运动，当活塞前端脱离衬套的密封面时，前腔气压从钻头中心孔排出。这时前腔压力逐渐降低，阀片后侧的压力也随之逐渐下降；⑵有阀冲击器的工作原理与此同时，由于前腔排气，阀片后侧的气流速度增大，也使阀片后侧的压力下降。活塞依靠惯性继续往后，后腔压力不断上升，作用在阀片前侧的压力也不断上升。当作用在阀片前侧的压力大于阀片后侧的压力时，阀片便向后移动，关闭阀盖上的孔④，打开阀座上的轴向孔③，阀片完成一次换向。从孔②来的压气改道经孔③进入气缸后腔。此时，活塞继续作减速运动，直至停止，回程结束。阀座上的两个小孔是为了提高后腔压力，避免活塞打击阀座，使活塞停止时有一定厚度的气垫。活塞回程结束后，由于后腔继续进气，后腔压力升高，推动活塞向前运动，冲程开始。前腔气体继续由钻头中心孔排出。当活塞前端密封面进入衬套时，前腔排气通路被关团，气体被压缩，压力上升。当活塞后端脱离阀座上的配气杆时，后腔开始排气，这时活塞仍以很高的速度向前运动，直至冲击钻头尾部，冲程结束。在活塞冲击钻头尾部之前，后腔压力逐渐降低，阀片前侧的压力亦随之下降;同时，由于后腔的排气作用，阀片前侧的气流速度加大，也使阀片前侧的压力降低。而前腔压力不断上升，阀片后侧压力亦不断增加。当阀片后侧压力大于前侧压力时，阀片即向前移动，盖住了后腔的进气通道，压气重新进到前腔，开始下一个工作循环。比较外回转比较内回转⑶无阀冲击器的工作原理冲程时，压气经由内、外缸之间的环形空间①、内缸径向孔③和活塞大头外表上的纵向沟槽②进入后腔，推动活塞作冲程运动。前腔气体经导向套内气道④和钻头中心孔排至孔底。当活塞大头后密封面将沟槽气道②关闭后，后腔停止进气，活塞依靠后腔气体的膨胀作功而继续向前运动。当活塞小头关闭及越过气道④时，前腔气体被压缩。当活塞大头前密封面脱离内缸壁时，压气进入前腔，此时活塞依靠惯性继续前进。当活塞脱离配气杆后，后腔气体经中心孔排至孔底，随后活塞小头打击钻头尾部，冲程结束。⑶无阀冲击器的工作原理⑶无阀冲击器的工作原理回程时，压气经由气道①、孔③以及活塞上纵向沟槽②与隔套构成的环形空间，从气道④进入前腔，推动活塞作回程运动。后腔气体经中心孔排出。当活塞大头前密封面进入内缸时，进入前腔的压气通道被切断，活塞在前腔气体膨胀作用下继续回程。当活塞进入配气杆时，后腔气体被压缩。当活塞小头越过气道④时，前腔气体经钻头中心孔排出。当活塞大头后密封面脱离内缸时，压气经气③和活塞上纵向沟槽②进入后腔，活塞继续减速，直至静止在上死点，接着开始下一个冲击循环。有阀冲击器和无阀冲击器的比较有阀冲击器的配气阀换向与气缸的排气压力有关。只有当排气口被开启，气缸内压力降到某一数值后阀才换向。所以，从活塞打开排气口开始，直到阀换向这段时间内，压气从排气口排出，压气的能量没有被利用。无阀冲击器则利用了压气的膨胀作功推动活塞运动。减少了能量消耗，压气耗量比有阀冲击器节省30%左右，并具有较高的冲击频率和较大的冲击功。但是，无阀冲击器的主要零件精度要求较高，加工工艺较复杂。J系列潜孔冲击器SERIESJDTHDRILLHAMMERS冲击功(kg·m)ImpactingWorking耗风量(m3/min)AirConsumption后接头螺纹BackAdapterThread冲击器型号DrillHammerModels三钻头在钻孔过程中，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，直接破碎岩石的工具。钻头按照壤嵌的硬质合金的形状，主要分为刃片型、柱齿型钻头。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。柱齿钻头图片柱齿钻头图片柱齿钻头图片柱齿钻头图片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MODELJWDTHBUTTONBITS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DrillHammerModels潜孔钻头1潜孔钻头2扩孔钻头偏心钻头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