钻孔机械绪论课件

1、 在这个世界上，有许多高深的理论其在这个世界上，有许多高深的理论其实就发源于我们司空见惯的日常生活里。实就发源于我们司空见惯的日常生活里。 任何理论，如果不用于解决实际问题，任何理论，如果不用于解决实际问题，这种理论再好也是没有实际意义的。这种理论再好也是没有实际意义的。武汉理工大学武汉理工大学 机电工程学院机电工程学院 第一章第一章 绪论绪论 岩石的物理机械性质岩石的物理机械性质 岩石的破碎过程岩石的破碎过程 钻孔机械的种类钻孔机械的种类 钻孔机械的工作对象是岩石，为了合理地选用和钻孔机械的工作对象是岩石，为了合理地选用和设计制造新型钻孔机械以及探求高效率低能耗的岩石设计制造新型钻孔机械以及

2、探求高效率低能耗的岩石破碎方法，必须对岩石的物理机械性质有所了解。破碎方法，必须对岩石的物理机械性质有所了解。岩石的物理机械性质岩石的物理机械性质岩石的破碎过程岩石的破碎过程容重容重单位体积原生岩石的重量。单位体积原生岩石的重量。松散性松散性强度强度硬度硬度整体岩石被破碎后，其容积增大的性能。破碎前后整体岩石被破碎后，其容积增大的性能。破碎前后岩石容积之比，称为岩石的松散系数岩石容积之比，称为岩石的松散系数(K)(K)。岩石抵抗机械破坏岩石抵抗机械破坏( (拉、压和剪切等拉、压和剪切等) )的能力。的能力。岩石抵抗尖锐工具侵入的性能。岩石抵抗尖锐工具侵入的性能。 岩石的机械强度受岩石的孔隙度、

3、异向性和不均匀性的影响岩石的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。一般岩石的极限抗压强度最大，抗拉强度仅为抗压而变化很大。一般岩石的极限抗压强度最大，抗拉强度仅为抗压强度的强度的1/101/101/501/50，抗剪强度为抗压强度的，抗剪强度为抗压强度的1/81/81/121/12。硬度越大则钻凿越困难。岩石的硬度取决于岩石的结构、组成硬度越大则钻凿越困难。岩石的硬度取决于岩石的结构、组成颗粒的硬度及形状和排列方式等。颗粒的硬度及形状和排列方式等。岩石暴露出自由面以后，不致塌陷的性能。岩石暴露出自由面以后，不致塌陷的性能。 弹性弹性脆性脆性研磨性研磨性稳定性稳定性当撤消所受

4、外力后，岩石恢复原来形状和体积的性能。当撤消所受外力后，岩石恢复原来形状和体积的性能。岩石在被破碎时不带残余变形的性能。岩石在被破碎时不带残余变形的性能。岩石磨损工具的性能。岩石磨损工具的性能。 弹性使岩石在遭受冲击力时，产生弹性变形而不易破碎。岩石弹性使岩石在遭受冲击力时，产生弹性变形而不易破碎。岩石的弹性越大则钻凿越困难。的弹性越大则钻凿越困难。 脆性较大的岩石消耗于岩石变形的功较小，岩石愈易于破碎，脆性较大的岩石消耗于岩石变形的功较小，岩石愈易于破碎，钻凿亦愈易于进行。钻凿亦愈易于进行。 它以在单位压力下工具移动单位长度后被磨损的体积来表示。它以在单位压力下工具移动单位长度后被磨损的体积

5、来表示。含坚硬颗粒多且孔隙较大的岩石，研磨性较大。含坚硬颗粒多且孔隙较大的岩石，研磨性较大。n岩石的坚固性通常以坚固性系数坚固性系数f表示。坚固性系数f可根据岩石的极限抗压强度的大小近似地确定：100f 为了更好地设计和使用钻孔机械及其凿岩工具为了更好地设计和使用钻孔机械及其凿岩工具（钻头），必须掌握和了解凿岩时岩石破坏的过程和（钻头），必须掌握和了解凿岩时岩石破坏的过程和规律。但迄今为止对于凿岩时岩石的破碎过程还不够规律。但迄今为止对于凿岩时岩石的破碎过程还不够了解，还没有公认且适用的破碎理论。了解，还没有公认且适用的破碎理论。 钻凿岩石的机械方法钻凿岩石的机械方法冲击作用冲击作用旋转冲击旋

6、转冲击旋转作用旋转作用 钻头施加一个垂直于岩石表钻头施加一个垂直于岩石表面冲击力，在这个冲击力作用下，面冲击力，在这个冲击力作用下，使钻头切入并破碎岩石。使钻头切入并破碎岩石。 破碎岩石的过程，就是在岩石破碎岩石的过程，就是在岩石表面下形成破碎漏斗的过程。表面下形成破碎漏斗的过程。在岩石中形成破碎漏斗的顺序在岩石中形成破碎漏斗的顺序 图图13 钻液压力对破碎钻液压力对破碎漏斗形成机理的影响漏斗形成机理的影响 孔底的流体压力会严重影响漏斗的形成机理孔底的流体压力会严重影响漏斗的形成机理流体压力低时流体压力低时，漏斗以脆性破坏方式漏斗以脆性破坏方式形成，岩石碎屑从漏斗形成，岩石碎屑从漏斗溅出溅出(

7、 (图图13a)13a)。流体压力高时流体压力高时，钻液使碎屑保留在漏斗内，钻液使碎屑保留在漏斗内，当钻头钻入岩石时产生一系列平行的裂隙。当钻头钻入岩石时产生一系列平行的裂隙。这种高流体压力减小了破碎漏斗的尺寸，这种高流体压力减小了破碎漏斗的尺寸，使钻头下面的碎屑反复被粉碎。使钻头下面的碎屑反复被粉碎。 ( (图图13b)13b)。图图14 石灰岩的作用力石灰岩的作用力钻进深度曲线钻进深度曲线 在高压状态下，在高压状态下，由于液体使切由于液体使切屑保留在破碎屑保留在破碎漏斗内，其作漏斗内，其作用力用力钻进深钻进深度曲线是平滑度曲线是平滑的。在这种场的。在这种场合下，破碎区合下，破碎区沿沿ABA

8、B形成，而形成，而沿沿BCBC则形成一则形成一系列的平行裂系列的平行裂隙。隙。 破碎区沿破碎区沿ABAB形成，在形成，在B B处形成碎片。处形成碎片。BCBC段是指碎片从漏斗向外溅出，段是指碎片从漏斗向外溅出，从而使钻头下面的破碎岩石区塌从而使钻头下面的破碎岩石区塌落，以及作用力减小。落，以及作用力减小。重复重复、过程，会过程，会在在D D、E E处形成碎片。处形成碎片。EFEF是表示当是表示当作用力撤消作用力撤消后发生的某后发生的某种弹性回跳。种弹性回跳。每当碎片形成一次，其作每当碎片形成一次，其作用力用力钻进深度曲线就振钻进深度曲线就振荡一次。荡一次。 同时向钻头施加一个扭转力和一个固定的

9、轴向力。同时向钻头施加一个扭转力和一个固定的轴向力。钻头呈螺旋线形向前运动，并破碎其前方的岩石。钻头呈螺旋线形向前运动，并破碎其前方的岩石。 多刃旋转切削钻头的切削作用是一个不连续的过程。多刃旋转切削钻头的切削作用是一个不连续的过程。旋转式凿岩的三个特点旋转式凿岩的三个特点 如图示，在形成大碎片以后，钻头继续向前移动，不断破碎岩石和如图示，在形成大碎片以后，钻头继续向前移动，不断破碎岩石和形成小碎片，直至钻头足以形成小碎片，直至钻头足以“咬掉咬掉”岩石，从而再一次形成大碎片为止。岩石，从而再一次形成大碎片为止。如此重复不断地切削破碎岩石。如此重复不断地切削破碎岩石。会造成什么问题？会造成什么问

10、题？三、旋转冲击式凿岩三、旋转冲击式凿岩 在机械凿岩方法中，还有在机械凿岩方法中，还有旋转冲击式凿岩。它的特点是旋转冲击式凿岩。它的特点是在对钻头施加一个旋转力之外，在对钻头施加一个旋转力之外，还间歇地向钻头给以轴向冲击还间歇地向钻头给以轴向冲击力，使钻头与岩石表面成一定力，使钻头与岩石表面成一定的倾角向岩石内钻进。的倾角向岩石内钻进。旋转冲击式凿岩方法的破碎过程旋转冲击式凿岩方法的破碎过程及其参数计算将于第五章阐述。及其参数计算将于第五章阐述。 主要是按照破碎岩石的过程和原理来进行分类主要是按照破碎岩石的过程和原理来进行分类根据机械破碎岩石的方法根据机械破碎岩石的方法 按照特殊钻机的破岩原理

11、按照特殊钻机的破岩原理 冲击转动式冲击转动式旋转冲击式旋转冲击式多刃切削钻头多刃切削钻头金刚石钻头金刚石钻头各种凿岩机各种凿岩机潜孔钻机潜孔钻机钢绳冲击式钻机钢绳冲击式钻机牙轮钻机牙轮钻机旋转式钻机旋转式钻机机械凿岩机械凿岩 热力剥落热力剥落 熔融气化熔融气化 化学凿岩化学凿岩 腐蚀、浸蚀、腐蚀、浸蚀、爆破、挤压、爆破、挤压、钻粒、火花、钻粒、火花、火花冲击火花冲击和超声波和超声波 火钻、电分解、火钻、电分解、高频电流、高频电流、电感应和微波电感应和微波 原子核反应、原子核反应、熔融、熔融、电弧、等离子、电弧、等离子、电子束和激光电子束和激光 氟腐蚀氟腐蚀 HAND-HELD ROCK DRI

12、LLS FEATURES：Suitable for either drilling downward or inclined blastholes in medium-hard or hard rock, or for second blasting operation.Centrally grouped control, nimble starting, stable running and easy maintenance. HAND-HELD/AIR-LEG ROCK DRILLS FEATURES：Suitable for operation on medium-hard and ha

13、rd rock with hand-held or air-leg.Grouped control mechanism, quick to start up, with air on, water on, air off, water off mechanism, convenient to handle and easy to maintain and repair.Energy-saving and efficient, long service life of parts, parts highly interchangeable and reliable performance. YT

14、24.TA25.YT28气腿式凿岩机 DRIFTER DRILLS YGZ100.YGZ170导轨式独立回转式凿岩机导轨式独立回转式凿岩机 型号YGZ100YGZ170重量(kg)100170长*宽*高890*316*310974*326*427冲击耗气量(L/s)108130回转耗气量(L/s)83100凿孔直径(mm)50-8065-100凿孔深度(m)2530特点：YGZ170与CL15钻车配套,主要用于露天矿山及水电.交通等工程,特别适用于中硬或坚硬岩石上钻凿多方位炮孔.YGZ100与FJY27钻架配套.采用了特殊的无阀式配气机构和高效率回转减速机构的设计.安装了消声装置和回转驱动气马

15、达与其合理的配置 YYG系列液压凿岩机系列液压凿岩机 YYG150和和YYG110型（原型（原SCOP1238、SCOP1032）液压凿岩机）液压凿岩机是引进瑞典是引进瑞典ATLAS COPCO（阿特拉斯（阿特拉斯科普科）公司液压凿岩机成科普科）公司液压凿岩机成套生产技术制造的。这两种类型的液压凿岩机，经过国内外众多用户套生产技术制造的。这两种类型的液压凿岩机，经过国内外众多用户使用，证明使用可靠、性能优良，是近代凿岩机具的最新成就。使用，证明使用可靠、性能优良，是近代凿岩机具的最新成就。YYG系列液压凿岩机：系列液压凿岩机：主要用于主要与钻车配主要用于主要与钻车配套，用于各种矿山巷道套，用于

16、各种矿山巷道掘进中的凿岩作业，也掘进中的凿岩作业，也广泛应用于铁路、水利广泛应用于铁路、水利建筑和国防石方工程中。建筑和国防石方工程中。重量(kg)114长*宽*高(mm)1680*620*2500柱架最高高度(m)2.7柱架最低高度(m)2.5耗气量(L/s)27推进长度(m)1推进力(N)1470气管内径(mm)25注油器机型FY500服务于地下工程，可完成垂直面内多方位炮孔的凿岩作业。服务于地下工程，可完成垂直面内多方位炮孔的凿岩作业。FJZ25A型凿岩柱架与型凿岩柱架与YG40凿岩机配套。凿岩机配套。重量重量(kg)500长长*宽宽*高高(mm)2200*976*1500柱架最高高度柱

17、架最高高度(m)1.8柱架最低高度柱架最低高度(m)0.7耗气量耗气量(L/s)275(含凿岩机含凿岩机)推进长度推进长度(m)1.5推进力推进力(N)14700气管内径气管内径(mm)38注油器机型注油器机型FY500适用于钻凿全方位岩锚孔适用于钻凿全方位岩锚孔.预裂孔及石方工程中预裂孔及石方工程中的中深爆破孔。与的中深爆破孔。与YGZ100型凿岩机配套型凿岩机配套 。DOUBLE-COLUMN DRILL RIGS 型号型号FJY25AFJY27重量重量(kg)620750长长*宽宽*高高(mm)1725*940*20501725*1675*2050气顶最高高度气顶最高高度(m)35003

18、500耗气量耗气量*(L/s)209(含凿岩机含凿岩机)275(含凿岩机）含凿岩机）推进长度推进长度(m)1.21.5推进力推进力(N)300014700适用断面适用断面2.5*2.5-3*32.5*2.5-3*3钻架前后摆角钻架前后摆角()2020注油器容量注油器容量(L)55与YG80型凿岩机配套 与YGZ100型凿岩机配套 型号型号KQJ100KQJG165重量重量(kg)5201000长长*宽宽*高高(mm)2620*970*12003600*1000*1100耗气量耗气量(L/s)200300推进长度推进长度(m)1.051.5推进力推进力(N)92031000钻孔直径钻孔直径(mm

19、)80-115165钻孔深度钻孔深度(m)6570注油器容量注油器容量(L)55配用配用QC100、QC150冲击器冲击器 配用配用QC80、QC100冲击器冲击器 配置与高气压移动式空压机配套使用，效率将提高与高气压移动式空压机配套使用，效率将提高35倍。倍。特点凿孔直径范围凿孔直径范围85175毫米的特殊设计。毫米的特殊设计。具备复杂环境运行和作业的极具备复杂环境运行和作业的极 强的适应能力。强的适应能力。机械化作业程度机械化作业程度高的新型设计思路。高的新型设计思路。大功率集尘系统的有效配置。大功率集尘系统的有效配置。型号型号KQLG115KQLG165重量重量(kg)53006000长

20、长*宽宽*高高(mm)5650*2560*1985水平凿孔最高水平凿孔最高(mm)3100水平凿孔最低水平凿孔最低(横位横位mm)300爬坡能力爬坡能力()25行走速度行走速度(km/h)2离地间隙离地间隙(mm)300履带调平角度履带调平角度()10验收气压验收气压(MPa)0.63工作油压工作油压(MPa)10最大推拉力最大推拉力(N)1200031000推进行程推进行程(mm)3000补偿长度补偿长度(mm)1300集尘器型号集尘器型号(选购选购)FC100FC180回转器型号回转器型号HZ15QHZ30Q回转器转速回转器转速(r/min)0-50回转扭矩回转扭矩(Nm)17002400

21、钻杆直径钻杆直径(mm)76114钻孔深度钻孔深度(m)2070冲击器型号冲击器型号QCG80QCG150凿孔直径凿孔直径(mm)85-100/105-125155-175总耗气量总耗气量(L/s)330/1.2MPa580/2MPa430/1.05MPa380/0.8MPa 特点：特点：工作气压范围大工作气压范围大,用户可根据具体情况灵用户可根据具体情况灵活选用活选用.采用新型冲击器采用新型冲击器,耗气量低耗气量低,冲击功大冲击功大,凿速凿速快快.采用组合式履带采用组合式履带,大功率行走马达通过内大功率行走马达通过内藏式行星减速器分别驱动每条履带藏式行星减速器分别驱动每条履带,行走操行走操作

22、手柄控制盘式制动器作手柄控制盘式制动器,刹车性能可靠刹车性能可靠.钻臂钻臂.推进器变幅调位由各液压油缸执行推进器变幅调位由各液压油缸执行,操作轻巧灵敏操作轻巧灵敏,各油缸均有内装式液压锁和各油缸均有内装式液压锁和单向节流阀单向节流阀,以确保钻车作业中的稳定性和以确保钻车作业中的稳定性和安全性安全性.变幅调位幅度大变幅调位幅度大,公推进补偿行程达公推进补偿行程达1.3米米,通过改变钻臂座扇形板上销孔的联接通过改变钻臂座扇形板上销孔的联接,可扩可扩展钻臂的变幅范围展钻臂的变幅范围,实现在车体左侧或右侧实现在车体左侧或右侧扇形区域凿岩扇形区域凿岩,弥补了因地形限制所产生的弥补了因地形限制所产生的局限

23、性局限性. 型号型号TC101TC102重量重量*(kg)5300(不含集尘器不含集尘器)5330(不含集尘器不含集尘器)长长*宽宽*高高(mm)6000*2300*15006000*2300*1500水平凿孔最高水平凿孔最高(mm)33503350水平凿孔最低水平凿孔最低(下俯下俯6mm)320320爬坡能力爬坡能力()2626行走速度行走速度(km/h)22凿孔直径凿孔直径(mm)105-115105-115履带调平角度履带调平角度()12.512.5工作气压工作气压(MPa)0.630.63-2.1最大推拉力最大推拉力(kN)1313推进行程推进行程(mm)33003300补偿长度补偿长度(mm)13001300总耗气量总耗气量(L/s)280-3302