工程科技第三章钻眼机具课件

第三章钻眼机具冲击式凿岩机械、工具旋转式钻眼工具第三章钻眼机具冲击式凿岩机械、工具2022/12/192第三章钻眼机具井巷掘进破岩常用的方法有机械破岩与钻眼爆破破岩两种。使用最普遍的仍是钻眼爆破破岩。钻眼机械按使用的动力不同可分为：气动凿岩机、电动凿岩机、液压和内燃凿岩机。按破岩机理可分为：冲击式、旋转式和旋转冲击式三类。井巷掘进在岩石上钻眼，主要采用冲击式气动凿岩机；在煤和软岩中钻眼则主要采用旋转式煤电钻。2022/12/162第三章钻眼机具井巷掘进破岩常用的方2022/12/193冲击式凿岩机械，按安设与推进方式可分为：手持式、气腿式、向上式和导轨式四种。手持式凿岩机可以钻凿任意方向的炮眼，需要人力支撑与推进，劳动强度大，仅在立井掘进中仍有使用。气腿式凿岩机的机身下有一个气腿，起支撑与推进作用，主要用来钻凿水平和倾斜的炮眼。由于操作灵活，适应性强，使用最为广泛。定型产品有YT-23型(原7655型)和YT—24型等。国产气动凿岩机的主要技术特征见表3-1。向上式(伸缩式)凿岩机的尾部固定有一个可伸缩的气腿，它既是支架又是推进器。主要用于掘进反井、煤仓及钻顶板锚杆眼时采用。它可以自下向上钻凿与水平成60°~90°角的炮眼。导轨式凿岩机由于质量大，冲击力大，需要与凿岩台车(钻车)或凿岩柱架配套使用。可钻凿水平及各种方向的炮眼。§3.1冲击式凿岩机械2022/12/163冲击式凿岩机械，按安设与推进方式可分为2022/12/194§3.1冲击式凿岩机械2022/12/164§3.1冲击式凿岩机械2022/12/195§3.1冲击式凿岩机械一、冲击式凿岩机破岩原理凿岩机是利用压气推动机体内的活塞前后移动打击钎子完成钻眼工作的。它的破岩原理(钻孔形成过程)如图3-1所示。钎刃在冲击力F的作用下凿入岩石，凿出深度为A的沟槽I-I，然后将钎子转动一角度β，再次冲击，此时不但凿出沟槽Ⅱ-Ⅱ，而且两条沟槽之间的岩石，也被冲击时产生的水平力H剪切掉。为使钎刃始终作用在新的岩面上，必须及时排除岩石碎屑。冲击、转杆、排粉，往复循环地持续进行，便可凿出圆形炮眼。2022/12/165§3.1冲击式凿岩机械一、冲击式凿2022/12/196§3.1冲击式凿岩机械二、气动凿岩机气动凿岩机类型虽多，但其结构大同小异。现以YT—23型凿岩机为例，说明其构造和动作原理。

YT-23型凿岩机外形如图3-2所示。主机由柄体、缸体和机头三个部件组成，利用两根螺杆固装在一起。柄体又名后盖，它由柄体、把手、水针、操纵阀、水阀、换向阀、调压阀等部件组成。操纵阀控制机器运转；调压阀掌握气腿的推力；换向阀控制气腿的减压放气。机身由缸体和缸体内的棘轮、螺旋棒(来复捧)、阀柜、阀、阀套、活塞、导向套、消音罩等组成。依靠这些部件，实现配气、冲击和转钎动作。机头部分由机头、转动套、钎尾套和钎卡等组成，它起着传递扭矩和卡钎的作用。2022/12/166§3.1冲击式凿岩机械二、气动凿岩2022/12/197§3.1冲击式凿岩机械三、电动凿岩机和液压凿岩机气动凿岩机需要装备功率较大的空气压缩机和敷设较长的管路，能量利用率和传送效率较低。凿岩机工作时，机体振动大，噪声高(100~130dB)，油水雾造成能见度差。近20年来，国内外都在研制、生产和试用电动凿岩机和液压凿岩机。(一)电动凿岩机电动凿岩机是以电为动力，为了把电动机的回转运动转换为往复冲击运动，常采用的结构形式有偏心块式与活塞压气式两种。电动机为矿用隔爆水冷式，可用于煤矿井下。电动凿岩机的技术特征见表3-2。(二)液压凿岩机液压凿岩机的钻速高，一般可比气动凿岩机钻速提高2倍多；没有排气，消除了排气噪声，消除了水雾油雾，工作环境得到改善；采用高压油为动力，所有运动部件都浸在油液中工作，润滑条件好。它可以钻较深和直径较大的炮眼。2022/12/167§3.1冲击式凿岩机械三、电动凿岩2022/12/198§3.1冲击式凿岩机械液压凿岩机与气动凿岩机一样，也由冲击机构、转钎机构及排粉机构等组成。液压凿岩机可用压气、水或气水混合物进行排粉，为了提高凿岩速度，多采用压力高、流量大的冲洗水排粉。供水方式有中心供水与旁侧供水两种。中心供水时，活塞中空；旁侧供水时，钎尾有径向水孔。液压凿岩机多为高频重型导轨式凿岩设备，一般要和凿岩台车配套使用，利用台车上的导轨和推进机构实现推进。2022/12/168§3.1冲击式凿岩机械液压凿岩2022/12/199§3.1冲击式凿岩机械四、提高凿岩效率的措施提高凿岩效率是凿岩工作的中心问题。其主要措施如下：

(1)合理选择与正确使用凿岩机。司机操作要熟练，并要加强保养与维修凿岩机，保证凿岩机正常运转。

(2)保证气压。工作面气压应不低于0.5MPa。实践表明，气压提高或降低0.1MPa，相应的钻速就能提高或降低30％左右。因此，必须尽量减少管路损失，防止压气漏损，进气胶管不要过长，同时要合理确定凿岩机工作台数。气压过高不好，它会引起凿岩机剧烈振动，使零部件磨损加快，耗气量增大。

(3)合适的轴向推力。轴推力不足，钎头不能有效地接触和破碎岩石，同时还会使机体振动，容易损坏钎子和机件；轴推力过大，增加了钎子回转阻力，降低回转速度和冲击功，甚至引起停钻。在一定条件下，各类凿岩机均有相应的最优轴推力，轴推力大小主要取决于凿岩机的气缸直径和使用气压。若气缸直径大、气压高，则所需施加的轴推力大。(4)正确确定眼径和眼深。炮眼直径和深度加大，钻速必然下降，气腿式凿岩机适合的炮眼直径为38~46mm，眼深不宜超过5m。(5)改善劳动组织，提高凿岩的工时利用率，减小辅助作业时间。(6)快速排除故障。在凿岩过程中，不可避免地会出现故障，及时消除故障是保证钻眼工作顺利进行和提高凿岩工时利用率的重要措施，因而必须熟悉各种故障产生原因和掌握其处理方法。2022/12/169§3.1冲击式凿岩机械四、提高凿岩2022/12/1910§3.1冲击式凿岩机械应注意掌握故障的分类、现象、原因与处理方法。2022/12/1610§3.1冲击式凿岩机械应注意掌握2022/12/1911§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1611§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1912§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1612§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1913§3.2冲击式凿岩工具冲击式钻眼工具，又称钎子。它由钎头、钎杆、钎尾和钎肩组成。钎子有整体钎子与活头钎子两种。前者由于钎刃强度低、不耐用、损耗大力口工及搬运工作量繁重等缺点，已很少使用。广泛使用的是活头钎子(图3-3)。2022/12/1613§3.2冲击式凿岩工具冲击式钻2022/12/1914§3.2冲击式凿岩工具一、钎头钎头是直接破碎岩石的部分。它的形状、结构、材质以及加工工艺等是否合理，都直接影响着凿岩效率和本身的磨损。钎头要求锋利、坚韧耐磨、排粉顺利、制造及修磨简便，而且成本要低。

(一)钎头的类型钎头的形状较多，现场常用的有一字形和十字形，近年来镶硬质合金齿的球齿钎头已开始使用。一字形钎头冲击力集中，一次凿入岩石的深度大，凿速较快，制造和修磨工艺简单，应用广泛。缺点是在凿裂隙性的岩石时易夹钎，直径磨损较快。有时凿出的炮眼不圆。十字形钎头克服了一字形钎头的缺点，但凿速较低，而且合金片的用量大，制造与修磨工艺复杂。球齿钎头是在钎头体上镶嵌几颗球形或锥球形硬质合金齿而成，其优点是：合理布置球齿，能使冲击能量在眼底均匀分布，凿岩速度较快；开眼容易、不易夹钎、炮眼圆；重复破岩少，岩屑呈粗颗粒状，粉尘少；耐磨等。球齿钎头适用于磨蚀性较高的硬脆岩层中凿眼。

2022/12/1614§3.2冲击式凿岩工具一、钎头2022/12/1915§3.2冲击式凿岩工具(二)钎头结构与几何参数

(1)刃角。即钎头两个刃面的夹角，一般为110°。刃角小，钻速快，但易磨钝和碎裂；刃角大，不利于破碎岩石，钻速慢。通常用于坚硬岩石时，刃角可大些，防止崩刃及减轻磨损。为避免冲击时钎刃两端承受弯曲应力而掉角，一字形的钎刃不做成平直的，而做成曲率半径约为180mm的弧形。同理，球齿钎头的周边齿一般向外倾斜30°~50°。

(2)隙角。即钎头体两侧面的倾角。它可以减少钎头与孔壁的磨擦，能避免卡钎。隙角过小，容易卡住钎头；隙角过大，钎头会产生崩角，且直径易磨小。一般隙角为3°，球齿钎头隙角在7°左右。

(3)钎头直径。为保证药卷顺利装入炮眼，钎头直径一般为38~43mm。

(4)排粉沟和吹洗孔。排粉沟一般布置在钎头的顶部和侧面。吹洗孔可布置在钎头巾心或两侧，以便吹洗岩粉。

(三)硬质合金片的选择钎头体上镶焊的是钨钻类硬质合金，是将碳化钨粉末与钻粉按一定比例配合，压制成形后经高温烧结而成的。这种钨钻合金具有碳化钨的高硬度、高抗压强度，又具有钴的良好韧性。常用硬质合金片的主要特征见表3—4。2022/12/1615§3.2冲击式凿岩工具(二)钎头结2022/12/1916§3.2冲击式凿岩工具

冲击式凿岩机常用的牌号为YG—8C、YG—11C、YG—11、YG—15。Y表示“硬”质合金拼音子头，G表示钴：后面的数字为合金中含钴的百分数。C表示“粗“晶粒合金。合金硬度和耐磨性随钻的含量而改变，含钻越少则越硬越耐磨，韧性降低；含钻量大，则韧性好，硬度及耐磨性降低；含钴量相同时，粉末颗粒越细越耐磨，但也越脆；晶粒粗则韧性好。2022/12/1616§3.2冲击式凿岩工具2022/12/1917§3.2冲击式凿岩工具(四)钎头与钎杆的连接钎头与钎杆的连接方法有两种：螺纹连接和锥形连接。前者加工较复杂、安装、拆卸不便，已很少使用。采用较多的是锥形接头(图3-4)，它依靠锥体间的摩擦力楔紧，一般锥体角为1°30′~3°30′，锥形顶角为3°~7°。前端应留有6~8mm的间隙，以免损坏钎头。2022/12/1617§3.2冲击式凿岩工具(四)钎头2022/12/1918§3.2冲击式凿岩工具二、钎杆

(一)钎杆的作用与受力分析钎杆是传递冲击功与间转力矩的细长杆体。冲击时又由于横向振动产生弯曲应力。在每分钟高达2000多次的重复冲击力的作用下，钎杆承受着冲击疲劳应力、弯曲应力、扭转应力等，因此很容易产生疲劳破坏。钎子的破坏，常从某一薄弱的横断面上(如淬火时产生的微小裂纹，中心孔不圆正，钢材中偶有粗大晶粒等)形成疲劳核心开始，工作中又不断扩大，这是导致断钎的根源。因此，必须注意严格选择材料。(二)钎杆的选择钎杆横断面形状常有中空六角形与空圆形两种，以中空六角形B22、B25使用最多，中空圆形D32、D38多用于重型导轨式凿岩机上。我国过去使用的钎钢是中空碳7(ZKT7)和中空碳8(ZKI8)等碳素工具钢，疲劳强度低，易产生裂缝、折断，寿命短。近十多年来，开始推广使用中空合金钢，钢种有：中空8铬(ZK8Cr)、中空55硅锰钢(ZK55SiMnMo)等。这些合金钢具有强度高、抗疲劳性能好、耐磨蚀等优点。其价格较贵，但使用寿命要比碳素工具钢腐3~5倍、因此使用很多。钎杆的材料选择见表3-5。2022/12/1618§3.2冲击式凿岩工具二、钎杆(二2022/12/1919§3.2冲击式凿岩工具2022/12/1619§3.2冲击式凿岩工具2022/12/1920§3.2冲击式凿岩工具三、钎尾和钎肩钎尾是直接承受活塞冲击和扭转的部分。钎肩则用来限制钎尾插入机体的长度，并使钎卡能卡住钎杆不致从钎尾套中脱落。钎尾和钎肩的形式、规格如图3—5所示。六角形钎杆用环形钎肩，圆形钎杆用耳形钎肩，向上式凿岩机用的钎子没有钎肩，机头内有限定钎尾长度的砧柱。钎尾的长度必须准确。过长会缩短活塞冲程，降低冲击功；过短使活塞冲击功无力，降低凿岩速度。气腿式凿岩机使用的钎尾长度为108mm，其偏差规定为±0.1mm，钎尾端面应垂直钎杆轴线并要平整。钎尾横断面尺寸应与钎尾正好配合，过紧卸装不便；过松容易磨损转动全，并只—易使钎杆产生横向振动与弯曲应力而折断。钎尾应在油中淬火，其硬度以稍低于活塞硬度为宜，过软容易被打堆；过硬则会损坏活塞。一般钎尾端面硬度应控制在HRC49—55。钎尾中心孔应子扩大并达到规定深度，以便水针顺利插入钎尾。2022/12/1620§3.2冲击式凿岩工具三、钎尾和钎2022/12/1921§3.3旋转式钻眼工具一、破岩原理旋转式钻眼破岩原理如图3-6所示。钎刃在轴向压力p的作用下侵入岩石，同时钎刃不停地旋转，旋转力矩M推动钎刃向前切削岩石。在p和M的共同作用下，孔底岩石连续沿螺旋线破坏，切削下来的岩石碎屑，沿着钎杆的螺旋沟排出或用压力水排除。2022/12/1621§3.3旋转式钻眼工具一、破岩原理2022/12/1922§3.3旋转式钻眼工具二、钻眼机械旋转式钻眼机械有电动、气功、液压驱动三种。液压钻机尚处于试验研究阶段。大量使用的是电钻。电钻技使用条件和推进方式，分为手持式煤电钻和支架式岩石电钻两种。

(一)煤电钻煤电钻由电动机、减速器、手柄、散热风扇和外壳组成。电动机为三相交流异步笼型全封闭感应电动机，电压力127v，功率一般为1.2kW。减速器一般由二级外啮合圆柱齿轮构成。散热风扇装在机轴后端，与电动机同步运转。煤电钻的外壳用铸铝合金制成，要求严密隔爆，壳外设有轴向散热片，由风扇冷却。手柄上设有开关扳手，手柄包有绝缘橡胶，以防触电。为了降尘，制成中孔供水湿式煤电钻。MZ—12S型煤电钻是MZ—12型煤电钻的派生系列产品，该产品属矿用隔爆型。钻眼时，由供水开关控制，通入适量清水，经字心麻花钻杆，在钻杆端部的空心钻头处喷水，喷水后其平均粉尘浓度仅为干式钻眼时粉尘浓度的5％。煤电钻适用于煤层和f＜4的软岩中钻眼。国产煤电钻的技术特征见表3—6。2022/12/1622§3.3旋转式钻眼工具二、钻眼机械2022/12/1923§3.3旋转式钻眼工具2022/12/1623§3.3旋转式钻眼工具2022/12/1924§3.3旋转式钻眼工具（二)岩石电钻岩石电钻由于电机容量大，质量大，钻进时需要很大的轴推力，故必须有自动推进与支撑设备。岩石电钻安装在特制的导轨上，由电动机、减速箱、牵引装置、机壳和供水装置组成(图3—7)。电动机经减速后带动蜗轮蜗杆，通过摩擦离合器，带动链轮在链条上正反转动，从而带动岩石电钻沿导轨前后移动。2022/12/1624§3.3旋转式钻眼工具（二)岩石电2022/12/1925§3.3旋转式钻眼工具

岩石电钻采用六角中空钢钎，湿式钻眼，其破岩方式仍为旋转式。在坚硬的岩石中使用时，要求有很大的轴推力和旋转力矩，而且钻头极易磨损，故效率难以提高。在f＝4~6的岩石中钻眼比较适宜。岩石电钻的技术特征见表3—7。2022/12/1625§3.3旋转式钻眼工具岩2022/12/1926§3.3旋转式钻眼工具三、钻眼工具（一）钻头钻头是直接破岩的部分，工作时要承受很大的轴推力和扭力矩，故要求它坚固、耐磨，具有适当的几何形状尺寸；最常用的是两翼钻头，它由刃、钻头体部和连接部组成，构造钻刃部分镶有硬质合金片，通常采用YG—6型和YG—8型。钻头直径D取决于药卷直径，一般为38~45mm。钻头与钻杆用螺纹联接。2022/12/1626§3.3旋转式钻眼工具三、钻眼工具2022/12/1927§3.3旋转式钻眼工具(二)钻杆钻杆的作用是向钻头传递轴推力和旋转扭矩。煤电钻钻杆由菱形或矩形断面的碳素工具钢(T7、T8)扭制而成，俗称麻花钻杆(图3—8)。钻眼时，岩粉能自动沿钻杆上的螺旋沟槽排出。矩形断面的钻杆，强度较小，但排粉能力大，适用于煤层中钻眼。菱形断面的钻杆，虽然排粉能力低一些，但强度较大，放应用较多：钻杆前部的方槽与尾孔必须与钻头的尺寸相符合，钻头插入后用销钉固定。钻杆尾部的直径与长度应与电钻的钎套筒尺寸相吻合。当采用MZ—12S型中心孔供水湿式煤电钻时，要选用中空麻花钻杆和空心钻头。岩石电钻钻杆，要求强度高，能承受较大的轴推力和扭矩。湿式排粉一般都采用六角中空钢或中空圆钢制作。2022/12/1627§3.3旋转式钻眼工具(二)钻杆2022/12/1928§3.3旋转式钻眼工具四、影响旋转式钻眼速度的因素

(一)轴推力与钻速的关系钻头在轴推力逐渐增大时，压入岩石的深度呈跳跃式增加，当压力小于某一临界值时，岩石只作弹性或塑性变形，并不破碎。因此，轴推力和钻速的关系也是跳跃式的。图3-9所不的曲线表不当钻速为650r／min时，在无烟煤中钻眼的轴推力与钻速的关系。在v—F曲线中，当F＜280N时，由于刃尖下的岩石只作弹性和塑性变形，钻头仅能将岩石表面破碎，故2J很小；当F＞280N时，岩石开始破碎，F虽然增大不多，刃尖切入岩石的深度却大大增加，因而2J急剧上升；当F达530N时，出现第一个v的最大值；F超过530N后，由于刃尖浸人岩石的深度并没有继续增加，而回转阻力却因F的增加而加大了，故p反而下降；直至F增加到900N以后，v才又随F的增加而上升，这是由于刃尖浸入岩石的深度又开始跃增的缘故；继续增加F值，将再次出现v的最大值，所以v-F、曲线是呈波浪式变化的。当然轴推力也不对任意增大，否则会使电钻过负荷。2022/12/1628§3.3旋转式钻眼工具四、影响旋转2022/12/1929§3.3旋转式钻眼工具(二〕转数对钻速的影响当轴推力一定时，在煤层中钻眼，钻头转数n和钻速v的关系如图3—10所示。从曲线中可见，对某一种岩石有一个最优转数、此时的钻速最大。超过最优转数，由于刃尖切割岩石时，岩石变形没有充裕的时间向前传递，而且切削下来的岩石碎屑也来不及排除，造成岩屑积滞重复破碎，故钻速反而下降。最优钻速的数值取决于岩石的坚固程度，岩石越坚硬最优转数值越小。2022/12/1629§3.3旋转式钻眼工具(二〕转数对2022/12/1930§3.3旋转式钻眼工具

(三)在不同轴推力和转速条件下，所消耗的功率和钻速的关系

在煤层中钻眼，当轴推力F不变时，电钻功率P和钻速v的关系如图3-11中实线所示；各条虚线表示转速不变时，P和v的关系。从图中可以看出，当n小于最优值时，增加F能使v增加很快而P增加不多；当n为最优值时，增加F则v增加甚微；当n大于最优值时，增加F将使v减小而P反而增大。所以在实际工作中，应选择最优的电钻转数，不要过分加大转数，轴推力也要适当地加大，否则既费力又耗能，钻速反而下降。2022/12/1630§3.3旋转式钻眼工具(三)在不2022/12/1931§3.3旋转式钻眼工具

思考题

1．冲击式凿岩的原理是什么?2．提高凿岩效率的措施有哪些?3．旋转式钻眼破岩原理是什么?4．影响旋转式钻眼速度的因素有哪些?并进行分析。2022/12/1631§3.3旋转式钻眼工具思考第三章钻眼机具冲击式凿岩机械、工具旋转式钻眼工具第三章钻眼机具冲击式凿岩机械、工具2022/12/1933第三章钻眼机具井巷掘进破岩常用的方法有机械破岩与钻眼爆破破岩两种。使用最普遍的仍是钻眼爆破破岩。钻眼机械按使用的动力不同可分为：气动凿岩机、电动凿岩机、液压和内燃凿岩机。按破岩机理可分为：冲击式、旋转式和旋转冲击式三类。井巷掘进在岩石上钻眼，主要采用冲击式气动凿岩机；在煤和软岩中钻眼则主要采用旋转式煤电钻。2022/12/162第三章钻眼机具井巷掘进破岩常用的方2022/12/1934冲击式凿岩机械，按安设与推进方式可分为：手持式、气腿式、向上式和导轨式四种。手持式凿岩机可以钻凿任意方向的炮眼，需要人力支撑与推进，劳动强度大，仅在立井掘进中仍有使用。气腿式凿岩机的机身下有一个气腿，起支撑与推进作用，主要用来钻凿水平和倾斜的炮眼。由于操作灵活，适应性强，使用最为广泛。定型产品有YT-23型(原7655型)和YT—24型等。国产气动凿岩机的主要技术特征见表3-1。向上式(伸缩式)凿岩机的尾部固定有一个可伸缩的气腿，它既是支架又是推进器。主要用于掘进反井、煤仓及钻顶板锚杆眼时采用。它可以自下向上钻凿与水平成60°~90°角的炮眼。导轨式凿岩机由于质量大，冲击力大，需要与凿岩台车(钻车)或凿岩柱架配套使用。可钻凿水平及各种方向的炮眼。§3.1冲击式凿岩机械2022/12/163冲击式凿岩机械，按安设与推进方式可分为2022/12/1935§3.1冲击式凿岩机械2022/12/164§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1936§3.1冲击式凿岩机械一、冲击式凿岩机破岩原理凿岩机是利用压气推动机体内的活塞前后移动打击钎子完成钻眼工作的。它的破岩原理(钻孔形成过程)如图3-1所示。钎刃在冲击力F的作用下凿入岩石，凿出深度为A的沟槽I-I，然后将钎子转动一角度β，再次冲击，此时不但凿出沟槽Ⅱ-Ⅱ，而且两条沟槽之间的岩石，也被冲击时产生的水平力H剪切掉。为使钎刃始终作用在新的岩面上，必须及时排除岩石碎屑。冲击、转杆、排粉，往复循环地持续进行，便可凿出圆形炮眼。2022/12/165§3.1冲击式凿岩机械一、冲击式凿2022/12/1937§3.1冲击式凿岩机械二、气动凿岩机气动凿岩机类型虽多，但其结构大同小异。现以YT—23型凿岩机为例，说明其构造和动作原理。

YT-23型凿岩机外形如图3-2所示。主机由柄体、缸体和机头三个部件组成，利用两根螺杆固装在一起。柄体又名后盖，它由柄体、把手、水针、操纵阀、水阀、换向阀、调压阀等部件组成。操纵阀控制机器运转；调压阀掌握气腿的推力；换向阀控制气腿的减压放气。机身由缸体和缸体内的棘轮、螺旋棒(来复捧)、阀柜、阀、阀套、活塞、导向套、消音罩等组成。依靠这些部件，实现配气、冲击和转钎动作。机头部分由机头、转动套、钎尾套和钎卡等组成，它起着传递扭矩和卡钎的作用。2022/12/166§3.1冲击式凿岩机械二、气动凿岩2022/12/1938§3.1冲击式凿岩机械三、电动凿岩机和液压凿岩机气动凿岩机需要装备功率较大的空气压缩机和敷设较长的管路，能量利用率和传送效率较低。凿岩机工作时，机体振动大，噪声高(100~130dB)，油水雾造成能见度差。近20年来，国内外都在研制、生产和试用电动凿岩机和液压凿岩机。(一)电动凿岩机电动凿岩机是以电为动力，为了把电动机的回转运动转换为往复冲击运动，常采用的结构形式有偏心块式与活塞压气式两种。电动机为矿用隔爆水冷式，可用于煤矿井下。电动凿岩机的技术特征见表3-2。(二)液压凿岩机液压凿岩机的钻速高，一般可比气动凿岩机钻速提高2倍多；没有排气，消除了排气噪声，消除了水雾油雾，工作环境得到改善；采用高压油为动力，所有运动部件都浸在油液中工作，润滑条件好。它可以钻较深和直径较大的炮眼。2022/12/167§3.1冲击式凿岩机械三、电动凿岩2022/12/1939§3.1冲击式凿岩机械液压凿岩机与气动凿岩机一样，也由冲击机构、转钎机构及排粉机构等组成。液压凿岩机可用压气、水或气水混合物进行排粉，为了提高凿岩速度，多采用压力高、流量大的冲洗水排粉。供水方式有中心供水与旁侧供水两种。中心供水时，活塞中空；旁侧供水时，钎尾有径向水孔。液压凿岩机多为高频重型导轨式凿岩设备，一般要和凿岩台车配套使用，利用台车上的导轨和推进机构实现推进。2022/12/168§3.1冲击式凿岩机械液压凿岩2022/12/1940§3.1冲击式凿岩机械四、提高凿岩效率的措施提高凿岩效率是凿岩工作的中心问题。其主要措施如下：

(1)合理选择与正确使用凿岩机。司机操作要熟练，并要加强保养与维修凿岩机，保证凿岩机正常运转。

(2)保证气压。工作面气压应不低于0.5MPa。实践表明，气压提高或降低0.1MPa，相应的钻速就能提高或降低30％左右。因此，必须尽量减少管路损失，防止压气漏损，进气胶管不要过长，同时要合理确定凿岩机工作台数。气压过高不好，它会引起凿岩机剧烈振动，使零部件磨损加快，耗气量增大。

(3)合适的轴向推力。轴推力不足，钎头不能有效地接触和破碎岩石，同时还会使机体振动，容易损坏钎子和机件；轴推力过大，增加了钎子回转阻力，降低回转速度和冲击功，甚至引起停钻。在一定条件下，各类凿岩机均有相应的最优轴推力，轴推力大小主要取决于凿岩机的气缸直径和使用气压。若气缸直径大、气压高，则所需施加的轴推力大。(4)正确确定眼径和眼深。炮眼直径和深度加大，钻速必然下降，气腿式凿岩机适合的炮眼直径为38~46mm，眼深不宜超过5m。(5)改善劳动组织，提高凿岩的工时利用率，减小辅助作业时间。(6)快速排除故障。在凿岩过程中，不可避免地会出现故障，及时消除故障是保证钻眼工作顺利进行和提高凿岩工时利用率的重要措施，因而必须熟悉各种故障产生原因和掌握其处理方法。2022/12/169§3.1冲击式凿岩机械四、提高凿岩2022/12/1941§3.1冲击式凿岩机械应注意掌握故障的分类、现象、原因与处理方法。2022/12/1610§3.1冲击式凿岩机械应注意掌握2022/12/1942§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1611§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1943§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1612§3.1冲击式凿岩机械2022/12/1944§3.2冲击式凿岩工具冲击式钻眼工具，又称钎子。它由钎头、钎杆、钎尾和钎肩组成。钎子有整体钎子与活头钎子两种。前者由于钎刃强度低、不耐用、损耗大力口工及搬运工作量繁重等缺点，已很少使用。广泛使用的是活头钎子(图3-3)。2022/12/1613§3.2冲击式凿岩工具冲击式钻2022/12/1945§3.2冲击式凿岩工具一、钎头钎头是直接破碎岩石的部分。它的形状、结构、材质以及加工工艺等是否合理，都直接影响着凿岩效率和本身的磨损。钎头要求锋利、坚韧耐磨、排粉顺利、制造及修磨简便，而且成本要低。

(一)钎头的类型钎头的形状较多，现场常用的有一字形和十字形，近年来镶硬质合金齿的球齿钎头已开始使用。一字形钎头冲击力集中，一次凿入岩石的深度大，凿速较快，制造和修磨工艺简单，应用广泛。缺点是在凿裂隙性的岩石时易夹钎，直径磨损较快。有时凿出的炮眼不圆。十字形钎头克服了一字形钎头的缺点，但凿速较低，而且合金片的用量大，制造与修磨工艺复杂。球齿钎头是在钎头体上镶嵌几颗球形或锥球形硬质合金齿而成，其优点是：合理布置球齿，能使冲击能量在眼底均匀分布，凿岩速度较快；开眼容易、不易夹钎、炮眼圆；重复破岩少，岩屑呈粗颗粒状，粉尘少；耐磨等。球齿钎头适用于磨蚀性较高的硬脆岩层中凿眼。

2022/12/1614§3.2冲击式凿岩工具一、钎头2022/12/1946§3.2冲击式凿岩工具(二)钎头结构与几何参数

(1)刃角。即钎头两个刃面的夹角，一般为110°。刃角小，钻速快，但易磨钝和碎裂；刃角大，不利于破碎岩石，钻速慢。通常用于坚硬岩石时，刃角可大些，防止崩刃及减轻磨损。为避免冲击时钎刃两端承受弯曲应力而掉角，一字形的钎刃不做成平直的，而做成曲率半径约为180mm的弧形。同理，球齿钎头的周边齿一般向外倾斜30°~50°。

(2)隙角。即钎头体两侧面的倾角。它可以减少钎头与孔壁的磨擦，能避免卡钎。隙角过小，容易卡住钎头；隙角过大，钎头会产生崩角，且直径易磨小。一般隙角为3°，球齿钎头隙角在7°左右。

(3)钎头直径。为保证药卷顺利装入炮眼，钎头直径一般为38~43mm。

(4)排粉沟和吹洗孔。排粉沟一般布置在钎头的顶部和侧面。吹洗孔可布置在钎头巾心或两侧，以便吹洗岩粉。

(三)硬质合金片的选择钎头体上镶焊的是钨钻类硬质合金，是将碳化钨粉末与钻粉按一定比例配合，压制成形后经高温烧结而成的。这种钨钻合金具有碳化钨的高硬度、高抗压强度，又具有钴的良好韧性。常用硬质合金片的主要特征见表3—4。2022/12/1615§3.2冲击式凿岩工具(二)钎头结2022/12/1947§3.2冲击式凿岩工具

冲击式凿岩机常用的牌号为YG—8C、YG—11C、YG—11、YG—15。Y表示“硬”质合金拼音子头，G表示钴：后面的数字为合金中含钴的百分数。C表示“粗“晶粒合金。合金硬度和耐磨性随钻的含量而改变，含钻越少则越硬越耐磨，韧性降低；含钻量大，则韧性好，硬度及耐磨性降低；含钴量相同时，粉末颗粒越细越耐磨，但也越脆；晶粒粗则韧性好。2022/12/1616§3.2冲击式凿岩工具2022/12/1948§3.2冲击式凿岩工具(四)钎头与钎杆的连接钎头与钎杆的连接方法有两种：螺纹连接和锥形连接。前者加工较复杂、安装、拆卸不便，已很少使用。采用较多的是锥形接头(图3-4)，它依靠锥体间的摩擦力楔紧，一般锥体角为1°30′~3°30′，锥形顶角为3°~7°。前端应留有6~8mm的间隙，以免损坏钎头。2022/12/1617§3.2冲击式凿岩工具(四)钎头2022/12/1949§3.2冲击式凿岩工具二、钎杆

(一)钎杆的作用与受力分析钎杆是传递冲击功与间转力矩的细长杆体。冲击时又由于横向振动产生弯曲应力。在每分钟高达2000多次的重复冲击力的作用下，钎杆承受着冲击疲劳应力、弯曲应力、扭转应力等，因此很容易产生疲劳破坏。钎子的破坏，常从某一薄弱的横断面上(如淬火时产生的微小裂纹，中心孔不圆正，钢材中偶有粗大晶粒等)形成疲劳核心开始，工作中又不断扩大，这是导致断钎的根源。因此，必须注意严格选择材料。(二)钎杆的选择钎杆横断面形状常有中空六角形与空圆形两种，以中空六角形B22、B25使用最多，中空圆形D32、D38多用于重型导轨式凿岩机上。我国过去使用的钎钢是中空碳7(ZKT7)和中空碳8(ZKI8)等碳素工具钢，疲劳强度低，易产生裂缝、折断，寿命短。近十多年来，开始推广使用中空合金钢，钢种有：中空8铬(ZK8Cr)、中空55硅锰钢(ZK55SiMnMo)等。这些合金钢具有强度高、抗疲劳性能好、耐磨蚀等优点。其价格较贵，但使用寿命要比碳素工具钢腐3~5倍、因此使用很多。钎杆的材料选择见表3-5。2022/12/1618§3.2冲击式凿岩工具二、钎杆(二2022/12/1950§3.2冲击式凿岩工具2022/12/1619§3.2冲击式凿岩工具2022/12/1951§3.2冲击式凿岩工具三、钎尾和钎肩钎尾是直接承受活塞冲击和扭转的部分。钎肩则用来限制钎尾插入机体的长度，并使钎卡能卡住钎杆不致从钎尾套中脱落。钎尾和钎肩的形式、规格如图3—5所示。六角形钎杆用环形钎肩，圆形钎杆用耳形钎肩，向上式凿岩机用的钎子没有钎肩，机头内有限定钎尾长度的砧柱。钎尾的长度必须准确。过长会缩短活塞冲程，降低冲击功；过短使活塞冲击功无力，降低凿岩速度。气腿式凿岩机使用的钎尾长度为108mm，其偏差规定为±0.1mm，钎尾端面应垂直钎杆轴线并要平整。钎尾横断面尺寸应与钎尾正好配合，过紧卸装不便；过松容易磨损转动全，并只—易使钎杆产生横向振动与弯曲应力而折断。钎尾应在油中淬火，其硬度以稍低于活塞硬度为宜，过软容易被打堆；过硬则会损坏活塞。一般钎尾端面硬度应控制在HRC49—55。钎尾中心孔应子扩大并达到规定深度，以便水针顺利插入钎尾。2022/12/1620§3.2冲击式凿岩工具三、钎尾和钎2022/12/1952§3.3旋转式钻眼工具一、破岩原理旋转式钻眼破岩原理如图3-6所示。钎刃在轴向压力p的作用下侵入岩石，同时钎刃不停地旋转，旋转力矩M推动钎刃向前切削岩石。在p和M的共同作用下，孔底岩石连续沿螺旋线破坏，切削下来的岩石碎屑，沿着钎杆的螺旋沟排出或用压力水排除。2022/12/1621§3.3旋转式钻眼工具一、破岩原理2022/12/1953§3.3旋转式钻眼工具二、钻眼机械旋转式钻眼机械有电动、气功、液压驱动三种。液压钻机尚处于试验研究阶段。大量使用的是电钻。电钻技使用条件和推进方式，分为手持式煤电钻和支架式岩石电钻两种。

(一)煤电钻煤电钻由电动机、减速器、手柄、散热风扇和外壳组成。电动机为三相交流异步笼型全封闭感应电动机，电压力127v，功率一般为1.2kW。减速器一般由二级外啮合圆柱齿轮构成。散热风扇装在机轴后端，与电动机同步运转。煤电钻的外壳用铸铝合金制成，要求严密隔爆，壳外设有轴向散热片，由风扇冷却。手柄上设有开关扳手，手柄包有绝缘橡胶，以防触电。为了降尘，制成中孔供水湿式煤电钻。MZ—12S型煤电钻是MZ—12型煤电钻的派生系列产品，该产品属矿用隔爆型。钻眼时，由供水开关控制，通入适量清水，经字心麻花钻杆，在钻杆端部的空心钻头处喷水，喷水后其平均粉尘浓度仅为干式钻眼时粉尘浓度的5％。煤电钻适用于煤层和f＜4的软岩中钻眼。国产煤电钻的技术特征见表3—6。2022/12/1622§3.3旋转式钻眼工具二、钻眼机械2022/12/1954§3.3旋转式钻眼工具2022/12/1623§3.3旋转式钻眼工具2022/12/1955§3.3旋转式钻眼工具（二)岩石电钻岩石电钻由于电机容量大，质量大，钻进时需要很大的轴推力，故必须有自动推进与支撑设备。岩石电钻安装在特制的导轨上，由电动机、减速箱、牵引装置、机壳和供水装置组成(图3—7)。电动机经减速后带动蜗轮蜗杆，通过摩擦离合器，带动链轮在链条上正反转动，从而带动岩石电钻沿导轨前后移动。2022/12/1624§3.3旋转式钻眼工具（二)岩石电2022/12/1956§3.3旋转式钻眼工具

岩石电钻采用六角中空钢钎，湿式钻眼，其破岩方式仍为旋转式。在坚硬的岩石中使用时，要求有很大的轴推力和旋转力矩，而且钻头极易磨损，故效率难以提高。在f＝4~6的岩石中钻眼比较适宜。岩石电钻的技术特征见表3—7。2022/12/1625§3.3旋转式钻眼工具岩2022/12/1957§3.3旋转式钻眼工具三、钻眼工具（一）钻头钻头是直接破岩的部分，工作时要承受很大的轴推力和扭力矩，故要求它坚固、耐磨，具有适当的几何形状尺寸；最常用的是两翼钻头，它由刃、钻头体部和连接部组成，构造钻刃部分镶有硬质合金片，通常采用YG—6型和YG—8型。钻头直径D取决于药卷直径，一般为