礦山機(jī)械(二)露天礦鉆孔設(shè)備

1、礦山機(jī)械礦山機(jī)械 第一章第一章 露天鉆孔設(shè)備露天鉆孔設(shè)備1.3 牙輪鉆機(jī)1.4 露天潛孔鉆機(jī)1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n采用電力或內(nèi)燃驅(qū)動(dòng)，履帶行走、頂部回轉(zhuǎn)、連續(xù)加壓、壓縮空氣排渣、裝備干式或濕式除塵系統(tǒng)，以牙輪鉆頭為鑿巖工具的自行式鉆機(jī)。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n基本原理基本原理q牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，依靠加壓、牙輪鉆機(jī)鉆孔時(shí)，依靠加壓、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過鉆桿，對(duì)鉆頭回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過鉆桿，對(duì)鉆頭提供足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)提供足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，牙輪鉆頭在巖石上同扭矩，牙輪鉆頭在巖石上同時(shí)鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)，對(duì)巖石產(chǎn)生時(shí)鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)，對(duì)巖石產(chǎn)生靜壓力和沖擊動(dòng)壓力作用。靜壓力和沖擊動(dòng)壓力作用。牙輪在孔底滾動(dòng)中連續(xù)地?cái)D牙輪

2、在孔底滾動(dòng)中連續(xù)地?cái)D壓、切削沖擊破碎巖石，有壓、切削沖擊破碎巖石，有一定壓力和流量流速的壓縮一定壓力和流量流速的壓縮空氣經(jīng)鉆桿內(nèi)腔從鉆頭噴嘴空氣經(jīng)鉆桿內(nèi)腔從鉆頭噴嘴噴出，將巖渣從孔底沿鉆桿噴出，將巖渣從孔底沿鉆桿和孔壁的環(huán)形空間不斷地吹和孔壁的環(huán)形空間不斷地吹至孔外，直至形成所需孔深至孔外，直至形成所需孔深的鉆孔。的鉆孔。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征q鉆具鉆具n牙輪鉆頭、鉆桿、穩(wěn)桿器牙輪鉆頭、鉆桿、穩(wěn)桿器q鉆架鉆架q回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)q主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)q行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)q排渣系統(tǒng)排渣系統(tǒng)q除塵系統(tǒng)除塵系統(tǒng)q液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)q氣控系統(tǒng)氣控系統(tǒng)q干油潤滑系統(tǒng)干油

3、潤滑系統(tǒng)q動(dòng)力及配置動(dòng)力及配置1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n用途q多用于大型露天礦山，以鉆孔孔徑大、穿孔效率高等優(yōu)點(diǎn)成為大、中型露天礦目前普遍使用的穿孔設(shè)備 。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n國外牙輪鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n選型原則q牙輪鉆機(jī)是露天礦技術(shù)先進(jìn)的鉆孔設(shè)備，適用與各種硬度礦巖的鉆孔作業(yè)，設(shè)計(jì)大中型礦山大中型礦山鉆孔設(shè)備首先要考慮選用牙輪鉆機(jī)。q中硬以上硬度中硬以上硬度的礦巖采用牙輪鉆機(jī)鉆孔優(yōu)于其他鉆孔設(shè)備。q滿足年鉆孔量的同時(shí)，還要保證設(shè)計(jì)生產(chǎn)要求的鉆孔直徑、孔深、傾角及其他參數(shù)。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n選型原則q根據(jù)礦區(qū)自然地理?xiàng)l件選擇設(shè)備和配套部件。如高

4、海拔、高寒、炎熱氣候地區(qū)對(duì)主要設(shè)備配套部件、空壓機(jī)、變壓器、除塵、液壓及電控系統(tǒng)等都有特殊要求。q動(dòng)力條件。動(dòng)力源往往決定選用鉆機(jī)的類別，大中型礦山一般選用電動(dòng)。q美國牙輪鉆機(jī)一般是工作可靠，壽命長，但價(jià)格昂貴，零部件供貨周期長，是否選用應(yīng)進(jìn)行綜合分析后確定。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n選型指標(biāo)q鉆機(jī)效率可通過計(jì)算方法或參考類似生產(chǎn)礦山直接選取。n臺(tái)班生產(chǎn)能力n鉆進(jìn)速度n廢孔率q設(shè)備數(shù)量的確定q牙輪鉆頭消耗量1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n臺(tái)班生產(chǎn)能力式中：Lb牙輪鉆機(jī)臺(tái)班生產(chǎn)能力，m； v牙輪鉆機(jī)的機(jī)械鉆進(jìn)速度，cm/min； Tb班工作時(shí)間，h； 工作時(shí)間利用系數(shù)，0.40.51.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n

5、鉆進(jìn)速度q它與鉆機(jī)性能、鉆頭形式、孔徑、礦巖硬度等因素有關(guān)。q近似計(jì)算公式：式中：v鉆機(jī)鉆進(jìn)速度，cm/min； P軸壓，N；n鉆頭轉(zhuǎn)速，r/min； D鉆頭直徑，cm；f巖石堅(jiān)固性系數(shù)。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n廢孔率q選取廢孔率，可采用類別法，也可參考下表進(jìn)行選擇。1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n設(shè)備數(shù)量的確定式中：N所需設(shè)備數(shù)量，臺(tái)；Q設(shè)計(jì)礦山年采剝總量，t； Q1每臺(tái)牙輪鉆機(jī)的年穿孔效率，m/a； q每米炮孔爆破量，t/m； e廢孔率，%；1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n每米炮孔爆破量q一般應(yīng)按設(shè)計(jì)的礦（巖）石爆破孔網(wǎng)參數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算，有時(shí)也可參照下表選取：1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n牙輪鉆頭消耗量q牙輪鉆

6、頭在各類礦山的使用壽命：1.3牙輪鉆機(jī)牙輪鉆機(jī)n牙輪鉆頭消耗量q壽命長短取決于鉆頭結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、加工工藝、巖石硬度和操作水平等因素。消耗量可參照下表：單位：單位： （m/個(gè)）個(gè)）1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n潛孔鉆機(jī) 由沖擊器潛入沖擊器潛入孔內(nèi)，直接沖孔內(nèi)，直接沖擊鉆頭，而回?fù)翥@頭，而回轉(zhuǎn)機(jī)械在孔外轉(zhuǎn)機(jī)械在孔外，帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)，向礦巖鉆進(jìn)的設(shè)備。1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n潛孔鉆機(jī)可在中硬或中硬以上(f8)的巖石中鉆孔。它與其他鑿巖機(jī)械一樣，都有沖擊、轉(zhuǎn)動(dòng)、排碴和推進(jìn)的鑿巖成孔過程，同屬?zèng)_擊轉(zhuǎn)動(dòng)式?jīng)_擊轉(zhuǎn)動(dòng)式鉆孔鉆孔。如同外回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)一樣，具有獨(dú)立的回轉(zhuǎn)

7、機(jī)構(gòu)和沖擊機(jī)構(gòu)，不同的是潛孔鉆機(jī)的沖擊機(jī)構(gòu)沖擊器裝于鉆桿的前端，潛入孔底，隨鉆孔的延伸而不斷推進(jìn)。n潛孔鉆機(jī)因沖擊器潛入孔底而得名。1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n鑿巖原理q回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)并向中空鉆桿供給壓氣q沖擊器沖擊器沖擊鉆頭進(jìn)行鑿巖q壓氣將巖碴排出孔外q推進(jìn)機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)供風(fēng)機(jī)構(gòu)和鉆具不斷地向前推進(jìn)。1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n潛孔鉆機(jī)特點(diǎn) 1）不像鑿巖機(jī)接桿鉆進(jìn)那樣，能量損失隨釬桿的加長而增加，因而能打深孔，大孔，且鑿巖速度受孔能打深孔，大孔，且鑿巖速度受孔深影響小深影響小。 2）以高壓氣體排出孔底的巖渣，很少有重復(fù)破碎很少有重復(fù)破碎現(xiàn)象現(xiàn)

8、象 。 3）孔壁光滑，孔徑上下相等，一般不會(huì)出現(xiàn)彎孔不會(huì)出現(xiàn)彎孔。 4）潛孔鉆機(jī)較輕，機(jī)動(dòng)靈活，投資費(fèi)用低，特別是能鉆斜孔，有利于控制礦石的品位有利于控制礦石的品位；增加邊坡的穩(wěn)定性，消除根底，提高爆破質(zhì)量提高爆破質(zhì)量。1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n沖擊器q沖擊器通過活塞的運(yùn)動(dòng)把壓氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)槠扑閹r石的機(jī)械能。q沖擊器是潛孔鉆機(jī)的心臟部件，它的質(zhì)量優(yōu)劣，直接影響著鉆孔速度和鉆孔成本。q基本要求是：性能參數(shù)好，鉆孔效率高：結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、使用和維修；零部件工作可靠，使用壽命長：能在各種巖層，如含水層里正常工作q國產(chǎn)沖擊器主要有有閥沖擊器和無閥沖擊器兩種類型1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔

9、鉆機(jī)n有閥沖擊器的構(gòu)造n無閥沖擊器的構(gòu)造1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n有閥沖擊器q配氣閥換向與氣缸的排氣壓力有關(guān)。只有當(dāng)排氣口被開啟，氣缸內(nèi)壓力降到某一數(shù)值后閥才換向。所以，從活塞打開排氣口開始，直到閥換向這段時(shí)間從活塞打開排氣口開始，直到閥換向這段時(shí)間內(nèi)，壓氣從排氣口排出，壓氣的能量沒有被利用。內(nèi)，壓氣從排氣口排出，壓氣的能量沒有被利用。n無閥沖擊器q利用了壓氣的膨脹作功推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。減少了能量消耗，壓氣耗量比有閥沖擊器節(jié)省壓氣耗量比有閥沖擊器節(jié)省30%左右左右，并具具有較高的沖擊頻率和較大的沖擊功有較高的沖擊頻率和較大的沖擊功。但是，無閥沖擊器的主要零件精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜加工

10、工藝較復(fù)雜。1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n鉆頭q刃片型鉆頭q柱齒型鉆頭 常用柱齒型鉆頭（球齒型鉆頭）1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n潛孔鉆機(jī)工作參數(shù)的確定q潛孔鉆機(jī)的工作參數(shù)工作參數(shù)主要指鉆具施于孔底的軸壓力軸壓力、鉆具的回轉(zhuǎn)速度回轉(zhuǎn)速度、扭矩和排碴風(fēng)量扭矩和排碴風(fēng)量等。q合理地選擇這些參數(shù)，不僅能獲得最優(yōu)的鉆孔效率還能延長鉆具的使用壽命。q合理的鉆機(jī)工作參數(shù)與鉆頭直徑、孔向、巖石堅(jiān)固性、壓氣壓力、沖擊頻率以及鉆頭結(jié)構(gòu)型式等因素有關(guān)。q鉆機(jī)的工作參數(shù)只能根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)或用實(shí)驗(yàn)方法建立的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n軸壓力軸壓力q潛孔鑿巖主要是依靠鉆具的沖擊能量來破碎巖石

11、，鉆具潛孔鑿巖主要是依靠鉆具的沖擊能量來破碎巖石，鉆具回轉(zhuǎn)只是用來更換沖擊位置，避免重復(fù)破碎。回轉(zhuǎn)只是用來更換沖擊位置，避免重復(fù)破碎。q因此，潛孔鑿巖不需要很大的軸壓力。軸壓力過大，不僅易產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，還會(huì)加速硬質(zhì)合金的磨損，甚至引起硬質(zhì)合金崩角或斷裂，使鉆頭過早損壞；軸壓力過小，則鉆頭不能很好地與巖石接觸，影響能量的傳遞效率，甚至使沖擊器不能正常工作。DfPH)3530(合理的軸壓力，N 鉆孔直徑，cm 巖石普氏硬度系數(shù) 1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n回轉(zhuǎn)速度回轉(zhuǎn)速度q鉆頭每沖擊一次只能破碎一定范圍的巖石。q當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)速過高時(shí)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，在二次鑿痕之間，勢(shì)必留下一部分未被沖擊破碎的巖瘤，使

12、得回轉(zhuǎn)阻力矩增大，鉆機(jī)振動(dòng)加劇，鉆頭端面及徑向上的硬質(zhì)合金迅速磨損，不僅降低了鉆孔速度，甚至造成夾鉆事故；q當(dāng)轉(zhuǎn)速過低時(shí)轉(zhuǎn)速過低時(shí)，則可能產(chǎn)生重復(fù)破碎現(xiàn)象，沒有充分利用鉆頭的沖擊能量，鉆速降低。 95. 078. 016500Dn合理轉(zhuǎn)速1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n扭矩扭矩q鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆具需克服的回轉(zhuǎn)阻力矩鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆具需克服的回轉(zhuǎn)阻力矩q鉆具回轉(zhuǎn)扭矩的大小與孔徑的大小、巖石堅(jiān)固性、鉆頭形狀、軸壓力和回轉(zhuǎn)速度的大小諸因素有關(guān)。 5 . 82DKMM力矩系數(shù)，KM=0.81.4，一般取KM=l.0數(shù)理統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算 1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n排碴風(fēng)量排碴風(fēng)量q排碴風(fēng)量的大小對(duì)鉆孔

13、速度和鉆頭的使用壽命影響很大。q增大排碴風(fēng)量，有效清除孔底巖碴，避免大顆粒巖碴的重復(fù)破碎，降低不必要的能量消耗，從而提高了鉆進(jìn)速度；能夠有效地冷卻鉆頭，并減少鉆頭的磨損，延長了鉆頭的使用壽命；此外，排碴干凈，可以增加有效的孔深，減小超鉆深度，提高鉆孔的利用率。q風(fēng)量過大會(huì)增加空壓機(jī)的容量和能耗，加速鉆桿的磨損q合理的排碴風(fēng)量，決定于在鉆桿和孔壁之間的環(huán)形空間內(nèi)有足夠大的回風(fēng)速度。這個(gè)回風(fēng)速度必須大于最大顆粒巖碴在孔內(nèi)空氣中的懸浮速度(即臨界沉降速度)。一般可用下面的公式來計(jì)算巖碴的懸浮速度10007 . 4bv 合理的排碴風(fēng)量按下式計(jì)算 vdDkQ)(60422鉆桿外徑，m 鉆孔直徑 ，m 考

14、慮漏風(fēng)的系數(shù)，k=1.31.5 合理的排碴風(fēng)量，m3/min 巖石密度，kg/m3 巖碴的最大粒度，mm 巖碴的懸浮速度，m/s 1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n鉆具的結(jié)構(gòu)選擇鉆具的結(jié)構(gòu)選擇 q鉆頭鉆頭n原則：合理的鉆頭能夠獲得較大的鉆進(jìn)速度和合理的成本。n 堅(jiān)硬巖石鑿巖比功較大，每個(gè)柱齒和鉆頭體都承受較大的載荷，要求鉆頭體和柱齒具有較高的強(qiáng)度；n 在可鉆性比較好的軟巖中鉆進(jìn)時(shí)，鑿巖速度較快，相對(duì)排渣量較大，這就要求鉆頭就有較高的排渣能力，最好選用三翼型或四翼型；n 在節(jié)理比較發(fā)育的破碎帶中鉆進(jìn)時(shí)，為減少偏斜，最好選擇導(dǎo)向性較好的中間凹陷型或凸出型鉆頭；n 在含粘土的巖層鑿巖時(shí)，中間排渣孔常

15、常被堵死，最好選用側(cè)排渣鉆頭；n 在韌性比較好的巖石中鉆孔時(shí)，最好選用楔形齒鉆頭； 1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n鉆具的結(jié)構(gòu)選擇鉆具的結(jié)構(gòu)選擇 q沖擊器沖擊器n沖擊器的選擇必須依據(jù)工作氣壓、鉆孔尺寸和巖石特性等參數(shù)n 根據(jù)工作壓氣的壓力等級(jí)合理選擇相應(yīng)等級(jí)的沖擊器；n 根據(jù)鉆孔直徑選擇相應(yīng)型號(hào)沖擊器；n 根據(jù)巖石堅(jiān)固性選擇相應(yīng)沖擊器。軟巖建議使用高頻低能型沖擊器，硬巖建議使用高能低頻型沖擊器；1.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n選型q鉆機(jī)效率n潛孔鉆機(jī)的生產(chǎn)能力，采用計(jì)算或參考類似生產(chǎn)礦山的指標(biāo)選取。n臺(tái)班生產(chǎn)能力臺(tái)班生產(chǎn)能力 Vb= 0.6vTb 式中：Lb鉆機(jī)臺(tái)班生產(chǎn)能力，m； v鉆機(jī)的機(jī)械鉆進(jìn)速度，cm/min； Tb班工作時(shí)間，h； 工作時(shí)間利用系數(shù)，0.40.51.4 露天潛孔鉆機(jī)露天潛孔鉆機(jī)n選型q鉆機(jī)效率n潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)速度潛孔鉆機(jī)鉆進(jìn)速度 式中：v -鉆機(jī)鉆進(jìn)速度，cm/min； E -沖擊功