矿山机械(二)露天矿钻孔设备

1、矿山机械矿山机械 第一章第一章 露天钻孔设备露天钻孔设备1.3 牙轮钻机1.4 露天潜孔钻机1.3牙轮钻机牙轮钻机n采用电力或内燃驱动，履带行走、顶部回转、连续加压、压缩空气排渣、装备干式或湿式除尘系统，以牙轮钻头为凿岩工具的自行式钻机。1.3牙轮钻机牙轮钻机n基本原理基本原理q牙轮钻机钻孔时，依靠加压、牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对钻头回转机构通过钻杆，对钻头提供足够大的轴压力和回转提供足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头在岩石上同扭矩，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用。静压力和冲击动压力作用。牙轮在孔底滚动中连续地挤牙轮

2、在孔底滚动中连续地挤压、切削冲击破碎岩石，有压、切削冲击破碎岩石，有一定压力和流量流速的压缩一定压力和流量流速的压缩空气经钻杆内腔从钻头喷嘴空气经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆喷出，将岩渣从孔底沿钻杆和孔壁的环形空间不断地吹和孔壁的环形空间不断地吹至孔外，直至形成所需孔深至孔外，直至形成所需孔深的钻孔。的钻孔。1.3牙轮钻机牙轮钻机1.3牙轮钻机牙轮钻机n结构特征结构特征q钻具钻具n牙轮钻头、钻杆、稳杆器牙轮钻头、钻杆、稳杆器q钻架钻架q回转机构回转机构q主传动机构主传动机构q行走机构行走机构q排渣系统排渣系统q除尘系统除尘系统q液压系统液压系统q气控系统气控系统q干油润滑系统干油

3、润滑系统q动力及配置动力及配置1.3牙轮钻机牙轮钻机1.3牙轮钻机牙轮钻机n用途q多用于大型露天矿山，以钻孔孔径大、穿孔效率高等优点成为大、中型露天矿目前普遍使用的穿孔设备 。1.3牙轮钻机牙轮钻机n国外牙轮钻机主要生产厂家1.3牙轮钻机牙轮钻机n选型原则q牙轮钻机是露天矿技术先进的钻孔设备，适用与各种硬度矿岩的钻孔作业，设计大中型矿山大中型矿山钻孔设备首先要考虑选用牙轮钻机。q中硬以上硬度中硬以上硬度的矿岩采用牙轮钻机钻孔优于其他钻孔设备。q满足年钻孔量的同时，还要保证设计生产要求的钻孔直径、孔深、倾角及其他参数。1.3牙轮钻机牙轮钻机n选型原则q根据矿区自然地理条件选择设备和配套部件。如高

4、海拔、高寒、炎热气候地区对主要设备配套部件、空压机、变压器、除尘、液压及电控系统等都有特殊要求。q动力条件。动力源往往决定选用钻机的类别，大中型矿山一般选用电动。q美国牙轮钻机一般是工作可靠，寿命长，但价格昂贵，零部件供货周期长，是否选用应进行综合分析后确定。1.3牙轮钻机牙轮钻机n选型指标q钻机效率可通过计算方法或参考类似生产矿山直接选取。n台班生产能力n钻进速度n废孔率q设备数量的确定q牙轮钻头消耗量1.3牙轮钻机牙轮钻机n台班生产能力式中：Lb牙轮钻机台班生产能力，m； v牙轮钻机的机械钻进速度，cm/min； Tb班工作时间，h； 工作时间利用系数，0.40.51.3牙轮钻机牙轮钻机n

5、钻进速度q它与钻机性能、钻头形式、孔径、矿岩硬度等因素有关。q近似计算公式：式中：v钻机钻进速度，cm/min； P轴压，N；n钻头转速，r/min； D钻头直径，cm；f岩石坚固性系数。1.3牙轮钻机牙轮钻机n废孔率q选取废孔率，可采用类别法，也可参考下表进行选择。1.3牙轮钻机牙轮钻机n设备数量的确定式中：N所需设备数量，台；Q设计矿山年采剥总量，t； Q1每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a； q每米炮孔爆破量，t/m； e废孔率，%；1.3牙轮钻机牙轮钻机n每米炮孔爆破量q一般应按设计的矿（岩）石爆破孔网参数分别进行计算，有时也可参照下表选取：1.3牙轮钻机牙轮钻机n牙轮钻头消耗量q牙轮钻

6、头在各类矿山的使用寿命：1.3牙轮钻机牙轮钻机n牙轮钻头消耗量q寿命长短取决于钻头结构形式、材质、加工工艺、岩石硬度和操作水平等因素。消耗量可参照下表：单位：单位： （m/个）个）1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n潜孔钻机 由冲击器潜入冲击器潜入孔内，直接冲孔内，直接冲击钻头，而回击钻头，而回转机械在孔外转机械在孔外，带动钻杆旋转，向矿岩钻进的设备。1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n潜孔钻机可在中硬或中硬以上(f8)的岩石中钻孔。它与其他凿岩机械一样，都有冲击、转动、排碴和推进的凿岩成孔过程，同属冲击转动式冲击转动式钻孔钻孔。如同外回转凿岩机一样，具有独立的回转

7、机构和冲击机构，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。n潜孔钻机因冲击器潜入孔底而得名。1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n凿岩原理q回转供风机构带动钻具回转并向中空钻杆供给压气q冲击器冲击器冲击钻头进行凿岩q压气将岩碴排出孔外q推进机构将回转供风机构和钻具不断地向前推进。1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n潜孔钻机特点 1）不像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，且凿岩速度受孔能打深孔，大孔，且凿岩速度受孔深影响小深影响小。 2）以高压气体排出孔底的岩渣，很少有重复破碎很少有重复破碎现象现

8、象 。 3）孔壁光滑，孔径上下相等，一般不会出现弯孔不会出现弯孔。 4）潜孔钻机较轻，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，提高爆破质量提高爆破质量。1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n冲击器q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。q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。q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q国产冲击器主要有有阀冲击器和无阀冲击器两种类型1.4 露天潜孔钻机露天潜孔

9、钻机n有阀冲击器的构造n无阀冲击器的构造1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n有阀冲击器q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。内，压气从排气口排出，压气的能量没有被利用。n无阀冲击器q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压气耗量比有阀冲击器节省30%左右左右，并具具有较高的冲击频率和较大的冲击功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，加工工艺较复杂加工

10、工艺较复杂。1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n钻头q刃片型钻头q柱齿型钻头 常用柱齿型钻头（球齿型钻头）1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n潜孔钻机工作参数的确定q潜孔钻机的工作参数工作参数主要指钻具施于孔底的轴压力轴压力、钻具的回转速度回转速度、扭矩和排碴风量扭矩和排碴风量等。q合理地选择这些参数，不仅能获得最优的钻孔效率还能延长钻具的使用寿命。q合理的钻机工作参数与钻头直径、孔向、岩石坚固性、压气压力、冲击频率以及钻头结构型式等因素有关。q钻机的工作参数只能根据生产经验或用实验方法建立的经验公式来计算。1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n轴压力轴压力q潜孔凿岩主要是依靠钻具的冲击能量来破碎岩石

11、，钻具潜孔凿岩主要是依靠钻具的冲击能量来破碎岩石，钻具回转只是用来更换冲击位置，避免重复破碎。回转只是用来更换冲击位置，避免重复破碎。q因此，潜孔凿岩不需要很大的轴压力。轴压力过大，不仅易产生剧烈振动，还会加速硬质合金的磨损，甚至引起硬质合金崩角或断裂，使钻头过早损坏；轴压力过小，则钻头不能很好地与岩石接触，影响能量的传递效率，甚至使冲击器不能正常工作。DfPH)3530(合理的轴压力，N 钻孔直径，cm 岩石普氏硬度系数 1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n回转速度回转速度q钻头每冲击一次只能破碎一定范围的岩石。q当钻具转速过高时转速过高时，在二次凿痕之间，势必留下一部分未被冲击破碎的岩瘤，使

12、得回转阻力矩增大，钻机振动加剧，钻头端面及径向上的硬质合金迅速磨损，不仅降低了钻孔速度，甚至造成夹钻事故；q当转速过低时转速过低时，则可能产生重复破碎现象，没有充分利用钻头的冲击能量，钻速降低。 95. 078. 016500Dn合理转速1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n扭矩扭矩q钻孔作业时，钻具需克服的回转阻力矩钻孔作业时，钻具需克服的回转阻力矩q钻具回转扭矩的大小与孔径的大小、岩石坚固性、钻头形状、轴压力和回转速度的大小诸因素有关。 5 . 82DKMM力矩系数，KM=0.81.4，一般取KM=l.0数理统计公式计算 1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n排碴风量排碴风量q排碴风量的大小对钻孔

13、速度和钻头的使用寿命影响很大。q增大排碴风量，有效清除孔底岩碴，避免大颗粒岩碴的重复破碎，降低不必要的能量消耗，从而提高了钻进速度；能够有效地冷却钻头，并减少钻头的磨损，延长了钻头的使用寿命；此外，排碴干净，可以增加有效的孔深，减小超钻深度，提高钻孔的利用率。q风量过大会增加空压机的容量和能耗，加速钻杆的磨损q合理的排碴风量，决定于在钻杆和孔壁之间的环形空间内有足够大的回风速度。这个回风速度必须大于最大颗粒岩碴在孔内空气中的悬浮速度(即临界沉降速度)。一般可用下面的公式来计算岩碴的悬浮速度10007 . 4bv 合理的排碴风量按下式计算 vdDkQ)(60422钻杆外径，m 钻孔直径 ，m 考

14、虑漏风的系数，k=1.31.5 合理的排碴风量，m3/min 岩石密度，kg/m3 岩碴的最大粒度，mm 岩碴的悬浮速度，m/s 1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n钻具的结构选择钻具的结构选择 q钻头钻头n原则：合理的钻头能够获得较大的钻进速度和合理的成本。n 坚硬岩石凿岩比功较大，每个柱齿和钻头体都承受较大的载荷，要求钻头体和柱齿具有较高的强度；n 在可钻性比较好的软岩中钻进时，凿岩速度较快，相对排渣量较大，这就要求钻头就有较高的排渣能力，最好选用三翼型或四翼型；n 在节理比较发育的破碎带中钻进时，为减少偏斜，最好选择导向性较好的中间凹陷型或凸出型钻头；n 在含粘土的岩层凿岩时，中间排渣孔常

15、常被堵死，最好选用侧排渣钻头；n 在韧性比较好的岩石中钻孔时，最好选用楔形齿钻头； 1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n钻具的结构选择钻具的结构选择 q冲击器冲击器n冲击器的选择必须依据工作气压、钻孔尺寸和岩石特性等参数n 根据工作压气的压力等级合理选择相应等级的冲击器；n 根据钻孔直径选择相应型号冲击器；n 根据岩石坚固性选择相应冲击器。软岩建议使用高频低能型冲击器，硬岩建议使用高能低频型冲击器；1.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n选型q钻机效率n潜孔钻机的生产能力，采用计算或参考类似生产矿山的指标选取。n台班生产能力台班生产能力 Vb= 0.6vTb 式中：Lb钻机台班生产能力，m； v钻机的机械钻进速度，cm/min； Tb班工作时间，h； 工作时间利用系数，0.40.51.4 露天潜孔钻机露天潜孔钻机n选型q钻机效率n潜孔钻机钻进速度潜孔钻机钻进速度 式中：v -钻机钻进速度，cm/min； E -冲击功