第二章 钻孔方法与钻孔机具

第二章钻孔方法与钻孔机具爆破技术的改进或爆破效率的提高往往有赖于施工机具。打眼这项工作，在矿山中称之为凿岩或钻孔。一般来说，用凿岩机打眼叫做凿岩，而用钻机打眼叫做钻孔或穿孔。根据钻孔直径和钻孔深度可将钻孔方法分为浅孔钻孔、中深孔钻孔和深孔钻孔三种。根据破岩机理，可将钻孔方法分为冲击式、旋转式、旋转冲击式和滚压式四种。浅孔：孔径小于50mm，孔深不超过3~5m。浅孔又称为浅眼或炮眼。矿山中一般用于巷道掘进和井下采场爆破。中深孔：孔径为50~70mm，孔深为5~15m。深孔：孔径一般不小于80mm，孔深大于12~15m；分为露天深孔和地下深孔。露天深孔：孔径可达潜孔钻机150~200mm；牙轮钻机250~310mm，孔深可达十几米。地下深孔：孔径可达80~100mm，有时可达165mm。第一节冲击式凿岩机一、冲击式凿岩机的工作原理–手工打眼所需的工具有：铁锤、钢钎、一个大耳勺。–凿岩原理：–第一次冲击。首先凿一刻痕A-A’。–转一个角度再冲击，又凿一刻痕B-B’–并破碎阴影部分AOB，然后再转一角度再冲击又破碎一部分岩石，这样循环往复地进行下去，就逐渐地将岩石破碎，最后凿出一个炮孔。第一节冲击式凿岩机根据手工凿岩而制成的冲击式凿岩机必须有一下几部分：1．钢钎，或就叫钎子2．冲击机构，相当于铁锤，用于对钢钎的冲击3．旋转机构，相当于人的手，用来使钢钎旋转4．排粉机构，用高压空气将岩粉从孔底吹出，不用大耳勺5．导轨或气腿，用于支撑凿岩机，亦相当于人手6．另外还有润滑机构，（机器）和操纵机构等。第一节冲击式凿岩机二、冲击式凿岩机的分类1．按动力来源可分为四种（1）风动凿岩机；（2）液压凿岩机；（3）内燃凿岩机；（4）电动凿岩机；2．风动凿岩机按推进方式和用途不同又分为（1）手持式凿岩机，如Y-30型；（2）气腿式凿岩机，YT-23，24~27，YTP-26；（3）伸缩式（上向式）凿岩机。YSP-45型（4）导轨式凿岩机。YG-40、YG-65、YG-80、YGZ-90第二节浅眼凿岩工具用于直接破碎岩石的钢钎，我们又称之为凿岩工具。常用的钢钎一般分为两种：整体钢钎和组合钢钎。整体钢钎：是将钎头和钎杆做成一体，这时钎杆又分为三部分：钎身、钎肩和钎尾。组合钢钎：钎头和钎杆是分离的。钎头安装在钎杆上，亦可拿下来。这时钎杆又分为四部分：钎身、钎肩、钎尾和钎梢。在凿岩时，为了钻凿一定深度的炮孔，通常选择若干根长度不一的钢钎组成一组，称为钢钎组。每两根相邻钢钎的长度差，硬岩时（f12）为300mm，中硬岩石（f＝6~12）400~500mm。软岩（f6）500~700mm。第二节浅眼凿岩工具一、钎头1．钎头的形状根据硬质合金片的形状和数量的不同，钎头分为以下四种：一字型，十字型，X字型以及柱齿合金钎头。第二节浅眼凿岩工具2．钎头的构造（1）刃角α：刃角小，凿岩速度快，但磨损快；刃角大，凿岩速度慢，但磨损慢；一般采用中硬以下岩石100°~110°；坚硬岩石110°~120°。（2）隙角β：作用减少钎头与炮孔壁间的摩擦阻力，避免钎头在孔内卡住。一般合金片钎头3°，柱齿状钎头在7°左右。（3）曲率半径：合金片的钎刃如果是平直的，刃的两端就容易破坏，所以要使钎刃带有一定的弧度。（4）初始直径：凿岩时由于炮孔的周边阻力较大，钎刃两端的磨损比中间快。第二节浅眼凿岩工具3．钎头材料钎头采用合金钢制造，它频繁受冲击，一个40mm的钎头在使用寿命内所受的冲击次数可达3×106次，破坏属于疲劳破坏硬质合金片的主要成分是碳化钨和金属钴，将碳化钨粉末和金属钴粉末按一定比例配制均匀，在压力机上适当加压使其成型，在80~130℃条件下干燥，再在氢氧炉中加热到1400~1500℃焙烧2小时。冷却就形成钨-钴硬质合金片。第二节浅眼凿岩工具二、钎杆前面讲到，钎杆由钎梢、钎身、钎肩和钎尾四部分组成钎杆的断面形状是六角中空钢。当然也有圆形中空钢，但常用的还是六角中空钢，外面是六边形，中间有一圆孔。六边形内切圆直径为22和25.4mm两种。圆形有直径为32、38mm。中心孔直径5~7mm。用于制造钎杆的钢材叫做钎钢，目前已推广使用非镍铬的低合金钢ZK55SiMnMo，ZK35SiMnMoV，平均使用寿命可达150~250m。第二节浅眼凿岩工具三、钎头与钎杆的连接浅眼凿岩主要采用锥形连接，钎梢做成锥形，钎裤也做成锥形，钎梢插入裤体中正好相吻合。深孔凿岩第一节接杆式凿岩第二节潜孔凿岩第三节牙轮钻进第四节凿岩效率第一节接杆式凿岩深孔凿岩有三种方式：接杆式凿岩、潜孔式凿岩和牙轮钻进。一、接杆式凿岩的特点（1）采用导轨式凿岩机；（2）随着炮孔加深陆续接长钎杆；（3）凿岩机安装在台车或台架上，炮孔不易偏斜。二、钻具接杆式凿岩的钻具不仅包括钎杆和钎头，还有钎杆相互连接的连接套和专门受冲击器的冲击的钎尾。1．钎头和浅孔凿岩时的钎头是一样的。（1）采用超前刃钻头，超前刃起到定心和导向作用。（2）加大刃厚，使钎头滚动阻力增大，减少跳动。第一节接杆式凿岩第一节接杆式凿岩2．钎杆材料：主要采用30~35SiMnMoV合金钢。规格：内切圆直径为25.4mm中空六角型或直径32mm，中空圆形。长1m、1.2m、1.4m、~4.0m几种规格。在钎杆两端有左旋圆形螺纹，以便用于连接。3．钎尾作用：安装在凿岩机一端，受冲击作用。材料与钎杆的材料相同。一端锻压成与凿岩机回转套相配合的形状和尺寸，另一端为左旋螺纹。4．连接套筒钎杆与钎杆之间是通过连接套筒相连接的，在连接套筒内有与钎杆向配套的左旋螺纹。第一节接杆式凿岩一、潜孔凿岩潜孔钻机与凿岩机的不同就在于：（1）冲击器与钎头相连，潜入到炮孔中去，直接冲击岩石。（2）在孔外有回转机构和加压机构（加一轴推力）。潜孔钻机一般分为露天潜孔钻机和井下潜孔钻机两大类。–露天潜孔钻机一般有独立的行走装置，有轻型、中型和重型三种。•轻型：有80、KQ-100等，直径100mm左右，重量轻，体积小，移动灵活，适用于小型露天矿的钻机。•中型：直径130~180mm，有KQ-150、T-170，适用于中小露天矿。•重型：直径在180~250mm，有KQ-200、KQ-250，适用于大型露天矿。–井下潜孔钻机多为柱架式，炮孔直径80~130mm，机重150~360kg，常用的有：QZJ-80、QZJ-100、YQ-100、QZJ-100A、QZJ-100B等。第二节潜孔式凿岩二、潜孔钻机的基本原理潜孔钻机从结构上来讲有以下几部分组成。1．回转供风机构2．推进机构3．钎杆（钻杆）4．冲击机构5．钻头以潜孔钻机的破岩是冲击和与回转相结合，冲击是间断的而回转是连续的，但起主导作用的还是冲击作用。第二节潜孔式凿岩三、钻具钻具包括钻头和钻杆1．钻头按镶焊硬质合金形状分为刃片钻头、柱齿钻头、和混合型钻头。刃片钻头有一字型，Y型和十字形三种，前面有超前刃。柱齿钻头：在钻头上镶焊若干个合金柱，合金柱在孔底分布比较均匀，周边多，中间少。混合型钻头：中心镶硬质合金柱，周边镶硬质合金片，这类钻头一般适用于直径较大的炮孔。第二节潜孔式凿岩2．钻杆井下钻机的钻杆，其长度等于推进机构一次推进的行程，一般800~1300mm，有数根钻杆，其数量可根据炮孔深度来定。露天小型潜孔钻机也有数根钻杆，钻孔时连接使用。材料选用直径为50或60mm的薄壁钢管。露天大型潜孔钻机的钻杆共有两根，一根是主钻杆，一根是副钻杆，之间可用方螺纹相连接，每根长9米。材料采用中空厚壁无缝钢管制造。第二节潜孔式凿岩潜孔钻机与凿岩机相比，由于冲击器潜入孔内，所以具有以下优点：工作面的噪音大大降低。钻孔效率提高，钻孔速度不随炮孔的加深而减小，可以钻很深的孔，例如井下VCR采矿法以及打天井首先要钻中心孔，从上一个中段到下一个中段，达五六十米深。减轻了工人的体力劳动。第三节牙轮钻机一、牙轮钻机的组成牙轮钻机主要由回转供风机构、加压提升机构、行走机构、钻具以及接卸钻具机构等组成。二、牙轮钻头的凿岩原理1．牙轮钻头矿用的牙轮钻头是三牙轮钻头。第三节牙轮钻机2．牙轮的凿岩原理当牙轮钻机工作时，加压机构给加一轴向压力，使合金柱紧密接触岩石，回转机构回转时，三个牙轮随之旋转，在牙轮旋转的同时，牙轮上的合金柱交替接触岩石，当一个合金柱接触岩石时，有一个交点，牙轮的旋转中心在O的位置，再转一个角度，当两个合金柱同时接触岩石时，有两个触点，牙轮的旋转中心变到O’的位置，显然O’较O低，这样在O变到O’的过程中，牙轮随之振动一次，再变成一个触点时，牙轮在提高，变成两个交点时，牙轮在降低，牙轮又振动一次，如此循环往复，靠着牙轮的上下振动，使牙齿产生对孔底岩石的冲击作用，使岩石破坏。第四节凿岩效率工班效率表明工人的工作效率，一般是以每工班多少米来表示，不限设备数量，m/(工班）。台班效率表明了设备的工作效率，是以台班多少米来表示，不限人员，设备一班所凿的米数，m/（台班）。要想增加凿岩效率必须从以下几方面考虑：–T：每人每班工作时间是一定的，不允许增加工作时间；–K：时间利用系数，增加凿岩时间，提高工人素质，保证设备完好率；–V：改善设备性能，减少漏气，保证足够的风压，减少辅助时间；–N：增加设备数量，几乎不可能，每个人所操作的设备是固定的。所以要想提高凿岩效率，只能从两方面考虑1．增加纯凿岩时间，减少辅助时间，经常对设备维修，保持设备完好率；2．改进设备性能，提高纯凿岩速度。