工程科技第三章鉆眼機具課件

第三章鉆眼機具沖擊式鑿巖機械、工具旋轉式鉆眼工具第三章鉆眼機具沖擊式鑿巖機械、工具2022/12/192第三章鉆眼機具井巷掘進破巖常用的方法有機械破巖與鉆眼爆破破巖兩種。使用最普遍的仍是鉆眼爆破破巖。鉆眼機械按使用的動力不同可分為：氣動鑿巖機、電動鑿巖機、液壓和內燃鑿巖機。按破巖機理可分為：沖擊式、旋轉式和旋轉沖擊式三類。井巷掘進在巖石上鉆眼，主要采用沖擊式氣動鑿巖機；在煤和軟巖中鉆眼則主要采用旋轉式煤電鉆。2022/12/162第三章鉆眼機具井巷掘進破巖常用的方2022/12/193沖擊式鑿巖機械，按安設與推進方式可分為：手持式、氣腿式、向上式和導軌式四種。手持式鑿巖機可以鉆鑿任意方向的炮眼，需要人力支撐與推進，勞動強度大，僅在立井掘進中仍有使用。氣腿式鑿巖機的機身下有一個氣腿，起支撐與推進作用，主要用來鉆鑿水平和傾斜的炮眼。由于操作靈活，適應性強，使用最為廣泛。定型產品有YT-23型(原7655型)和YT—24型等。國產氣動鑿巖機的主要技術特征見表3-1。向上式(伸縮式)鑿巖機的尾部固定有一個可伸縮的氣腿，它既是支架又是推進器。主要用于掘進反井、煤倉及鉆頂板錨桿眼時采用。它可以自下向上鉆鑿與水平成60°~90°角的炮眼。導軌式鑿巖機由于質量大，沖擊力大，需要與鑿巖臺車(鉆車)或鑿巖柱架配套使用?？摄@鑿水平及各種方向的炮眼。§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/163沖擊式鑿巖機械，按安設與推進方式可分為2022/12/194§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/164§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/195§3.1沖擊式鑿巖機械一、沖擊式鑿巖機破巖原理鑿巖機是利用壓氣推動機體內的活塞前后移動打擊釬子完成鉆眼工作的。它的破巖原理(鉆孔形成過程)如圖3-1所示。釬刃在沖擊力F的作用下鑿入巖石，鑿出深度為A的溝槽I-I，然后將釬子轉動一角度β，再次沖擊，此時不但鑿出溝槽Ⅱ-Ⅱ，而且兩條溝槽之間的巖石，也被沖擊時產生的水平力H剪切掉。為使釬刃始終作用在新的巖面上，必須及時排除巖石碎屑。沖擊、轉桿、排粉，往復循環(huán)地持續(xù)進行，便可鑿出圓形炮眼。2022/12/165§3.1沖擊式鑿巖機械一、沖擊式鑿2022/12/196§3.1沖擊式鑿巖機械二、氣動鑿巖機氣動鑿巖機類型雖多，但其結構大同小異?，F(xiàn)以YT—23型鑿巖機為例，說明其構造和動作原理。

YT-23型鑿巖機外形如圖3-2所示。主機由柄體、缸體和機頭三個部件組成，利用兩根螺桿固裝在一起。柄體又名后蓋，它由柄體、把手、水針、操縱閥、水閥、換向閥、調壓閥等部件組成。操縱閥控制機器運轉；調壓閥掌握氣腿的推力；換向閥控制氣腿的減壓放氣。機身由缸體和缸體內的棘輪、螺旋棒(來復捧)、閥柜、閥、閥套、活塞、導向套、消音罩等組成。依靠這些部件，實現(xiàn)配氣、沖擊和轉釬動作。機頭部分由機頭、轉動套、釬尾套和釬卡等組成，它起著傳遞扭矩和卡釬的作用。2022/12/166§3.1沖擊式鑿巖機械二、氣動鑿巖2022/12/197§3.1沖擊式鑿巖機械三、電動鑿巖機和液壓鑿巖機氣動鑿巖機需要裝備功率較大的空氣壓縮機和敷設較長的管路，能量利用率和傳送效率較低。鑿巖機工作時，機體振動大，噪聲高(100~130dB)，油水霧造成能見度差。近20年來，國內外都在研制、生產和試用電動鑿巖機和液壓鑿巖機。(一)電動鑿巖機電動鑿巖機是以電為動力，為了把電動機的回轉運動轉換為往復沖擊運動，常采用的結構形式有偏心塊式與活塞壓氣式兩種。電動機為礦用隔爆水冷式，可用于煤礦井下。電動鑿巖機的技術特征見表3-2。(二)液壓鑿巖機液壓鑿巖機的鉆速高，一般可比氣動鑿巖機鉆速提高2倍多；沒有排氣，消除了排氣噪聲，消除了水霧油霧，工作環(huán)境得到改善；采用高壓油為動力，所有運動部件都浸在油液中工作，潤滑條件好。它可以鉆較深和直徑較大的炮眼。2022/12/167§3.1沖擊式鑿巖機械三、電動鑿巖2022/12/198§3.1沖擊式鑿巖機械液壓鑿巖機與氣動鑿巖機一樣，也由沖擊機構、轉釬機構及排粉機構等組成。液壓鑿巖機可用壓氣、水或氣水混合物進行排粉，為了提高鑿巖速度，多采用壓力高、流量大的沖洗水排粉。供水方式有中心供水與旁側供水兩種。中心供水時，活塞中空；旁側供水時，釬尾有徑向水孔。液壓鑿巖機多為高頻重型導軌式鑿巖設備，一般要和鑿巖臺車配套使用，利用臺車上的導軌和推進機構實現(xiàn)推進。2022/12/168§3.1沖擊式鑿巖機械液壓鑿巖2022/12/199§3.1沖擊式鑿巖機械四、提高鑿巖效率的措施提高鑿巖效率是鑿巖工作的中心問題。其主要措施如下：

(1)合理選擇與正確使用鑿巖機。司機操作要熟練，并要加強保養(yǎng)與維修鑿巖機，保證鑿巖機正常運轉。

(2)保證氣壓。工作面氣壓應不低于0.5MPa。實踐表明，氣壓提高或降低0.1MPa，相應的鉆速就能提高或降低30％左右。因此，必須盡量減少管路損失，防止壓氣漏損，進氣膠管不要過長，同時要合理確定鑿巖機工作臺數(shù)。氣壓過高不好，它會引起鑿巖機劇烈振動，使零部件磨損加快，耗氣量增大。

(3)合適的軸向推力。軸推力不足，釬頭不能有效地接觸和破碎巖石，同時還會使機體振動，容易損壞釬子和機件；軸推力過大，增加了釬子回轉阻力，降低回轉速度和沖擊功，甚至引起停鉆。在一定條件下，各類鑿巖機均有相應的最優(yōu)軸推力，軸推力大小主要取決于鑿巖機的氣缸直徑和使用氣壓。若氣缸直徑大、氣壓高，則所需施加的軸推力大。(4)正確確定眼徑和眼深。炮眼直徑和深度加大，鉆速必然下降，氣腿式鑿巖機適合的炮眼直徑為38~46mm，眼深不宜超過5m。(5)改善勞動組織，提高鑿巖的工時利用率，減小輔助作業(yè)時間。(6)快速排除故障。在鑿巖過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障，及時消除故障是保證鉆眼工作順利進行和提高鑿巖工時利用率的重要措施，因而必須熟悉各種故障產生原因和掌握其處理方法。2022/12/169§3.1沖擊式鑿巖機械四、提高鑿巖2022/12/1910§3.1沖擊式鑿巖機械應注意掌握故障的分類、現(xiàn)象、原因與處理方法。2022/12/1610§3.1沖擊式鑿巖機械應注意掌握2022/12/1911§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1611§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1912§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1612§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1913§3.2沖擊式鑿巖工具沖擊式鉆眼工具，又稱釬子。它由釬頭、釬桿、釬尾和釬肩組成。釬子有整體釬子與活頭釬子兩種。前者由于釬刃強度低、不耐用、損耗大力口工及搬運工作量繁重等缺點，已很少使用。廣泛使用的是活頭釬子(圖3-3)。2022/12/1613§3.2沖擊式鑿巖工具沖擊式鉆2022/12/1914§3.2沖擊式鑿巖工具一、釬頭釬頭是直接破碎巖石的部分。它的形狀、結構、材質以及加工工藝等是否合理，都直接影響著鑿巖效率和本身的磨損。釬頭要求鋒利、堅韌耐磨、排粉順利、制造及修磨簡便，而且成本要低。

(一)釬頭的類型釬頭的形狀較多，現(xiàn)場常用的有一字形和十字形，近年來鑲硬質合金齒的球齒釬頭已開始使用。一字形釬頭沖擊力集中，一次鑿入巖石的深度大，鑿速較快，制造和修磨工藝簡單，應用廣泛。缺點是在鑿裂隙性的巖石時易夾釬，直徑磨損較快。有時鑿出的炮眼不圓。十字形釬頭克服了一字形釬頭的缺點，但鑿速較低，而且合金片的用量大，制造與修磨工藝復雜。球齒釬頭是在釬頭體上鑲嵌幾顆球形或錐球形硬質合金齒而成，其優(yōu)點是：合理布置球齒，能使沖擊能量在眼底均勻分布，鑿巖速度較快；開眼容易、不易夾釬、炮眼圓；重復破巖少，巖屑呈粗顆粒狀，粉塵少；耐磨等。球齒釬頭適用于磨蝕性較高的硬脆巖層中鑿眼。

2022/12/1614§3.2沖擊式鑿巖工具一、釬頭2022/12/1915§3.2沖擊式鑿巖工具(二)釬頭結構與幾何參數(shù)

(1)刃角。即釬頭兩個刃面的夾角，一般為110°。刃角小，鉆速快，但易磨鈍和碎裂；刃角大，不利于破碎巖石，鉆速慢。通常用于堅硬巖石時，刃角可大些，防止崩刃及減輕磨損。為避免沖擊時釬刃兩端承受彎曲應力而掉角，一字形的釬刃不做成平直的，而做成曲率半徑約為180mm的弧形。同理，球齒釬頭的周邊齒一般向外傾斜30°~50°。

(2)隙角。即釬頭體兩側面的傾角。它可以減少釬頭與孔壁的磨擦，能避免卡釬。隙角過小，容易卡住釬頭；隙角過大，釬頭會產生崩角，且直徑易磨小。一般隙角為3°，球齒釬頭隙角在7°左右。

(3)釬頭直徑。為保證藥卷順利裝入炮眼，釬頭直徑一般為38~43mm。

(4)排粉溝和吹洗孔。排粉溝一般布置在釬頭的頂部和側面。吹洗孔可布置在釬頭巾心或兩側，以便吹洗巖粉。

(三)硬質合金片的選擇釬頭體上鑲焊的是鎢鉆類硬質合金，是將碳化鎢粉末與鉆粉按一定比例配合，壓制成形后經高溫燒結而成的。這種鎢鉆合金具有碳化鎢的高硬度、高抗壓強度，又具有鈷的良好韌性。常用硬質合金片的主要特征見表3—4。2022/12/1615§3.2沖擊式鑿巖工具(二)釬頭結2022/12/1916§3.2沖擊式鑿巖工具

沖擊式鑿巖機常用的牌號為YG—8C、YG—11C、YG—11、YG—15。Y表示“硬”質合金拼音子頭，G表示鈷：后面的數(shù)字為合金中含鈷的百分數(shù)。C表示“粗“晶粒合金。合金硬度和耐磨性隨鉆的含量而改變，含鉆越少則越硬越耐磨，韌性降低；含鉆量大，則韌性好，硬度及耐磨性降低；含鈷量相同時，粉末顆粒越細越耐磨，但也越脆；晶粒粗則韌性好。2022/12/1616§3.2沖擊式鑿巖工具2022/12/1917§3.2沖擊式鑿巖工具(四)釬頭與釬桿的連接釬頭與釬桿的連接方法有兩種：螺紋連接和錐形連接。前者加工較復雜、安裝、拆卸不便，已很少使用。采用較多的是錐形接頭(圖3-4)，它依靠錐體間的摩擦力楔緊，一般錐體角為1°30′~3°30′，錐形頂角為3°~7°。前端應留有6~8mm的間隙，以免損壞釬頭。2022/12/1617§3.2沖擊式鑿巖工具(四)釬頭2022/12/1918§3.2沖擊式鑿巖工具二、釬桿

(一)釬桿的作用與受力分析釬桿是傳遞沖擊功與間轉力矩的細長桿體。沖擊時又由于橫向振動產生彎曲應力。在每分鐘高達2000多次的重復沖擊力的作用下，釬桿承受著沖擊疲勞應力、彎曲應力、扭轉應力等，因此很容易產生疲勞破壞。釬子的破壞，常從某一薄弱的橫斷面上(如淬火時產生的微小裂紋，中心孔不圓正，鋼材中偶有粗大晶粒等)形成疲勞核心開始，工作中又不斷擴大，這是導致斷釬的根源。因此，必須注意嚴格選擇材料。(二)釬桿的選擇釬桿橫斷面形狀常有中空六角形與空圓形兩種，以中空六角形B22、B25使用最多，中空圓形D32、D38多用于重型導軌式鑿巖機上。我國過去使用的釬鋼是中空碳7(ZKT7)和中空碳8(ZKI8)等碳素工具鋼，疲勞強度低，易產生裂縫、折斷，壽命短。近十多年來，開始推廣使用中空合金鋼，鋼種有：中空8鉻(ZK8Cr)、中空55硅錳鋼(ZK55SiMnMo)等。這些合金鋼具有強度高、抗疲勞性能好、耐磨蝕等優(yōu)點。其價格較貴，但使用壽命要比碳素工具鋼腐3~5倍、因此使用很多。釬桿的材料選擇見表3-5。2022/12/1618§3.2沖擊式鑿巖工具二、釬桿(二2022/12/1919§3.2沖擊式鑿巖工具2022/12/1619§3.2沖擊式鑿巖工具2022/12/1920§3.2沖擊式鑿巖工具三、釬尾和釬肩釬尾是直接承受活塞沖擊和扭轉的部分。釬肩則用來限制釬尾插入機體的長度，并使釬卡能卡住釬桿不致從釬尾套中脫落。釬尾和釬肩的形式、規(guī)格如圖3—5所示。六角形釬桿用環(huán)形釬肩，圓形釬桿用耳形釬肩，向上式鑿巖機用的釬子沒有釬肩，機頭內有限定釬尾長度的砧柱。釬尾的長度必須準確。過長會縮短活塞沖程，降低沖擊功；過短使活塞沖擊功無力，降低鑿巖速度。氣腿式鑿巖機使用的釬尾長度為108mm，其偏差規(guī)定為±0.1mm，釬尾端面應垂直釬桿軸線并要平整。釬尾橫斷面尺寸應與釬尾正好配合，過緊卸裝不便；過松容易磨損轉動全，并只—易使釬桿產生橫向振動與彎曲應力而折斷。釬尾應在油中淬火，其硬度以稍低于活塞硬度為宜，過軟容易被打堆；過硬則會損壞活塞。一般釬尾端面硬度應控制在HRC49—55。釬尾中心孔應子擴大并達到規(guī)定深度，以便水針順利插入釬尾。2022/12/1620§3.2沖擊式鑿巖工具三、釬尾和釬2022/12/1921§3.3旋轉式鉆眼工具一、破巖原理旋轉式鉆眼破巖原理如圖3-6所示。釬刃在軸向壓力p的作用下侵入巖石，同時釬刃不停地旋轉，旋轉力矩M推動釬刃向前切削巖石。在p和M的共同作用下，孔底巖石連續(xù)沿螺旋線破壞，切削下來的巖石碎屑，沿著釬桿的螺旋溝排出或用壓力水排除。2022/12/1621§3.3旋轉式鉆眼工具一、破巖原理2022/12/1922§3.3旋轉式鉆眼工具二、鉆眼機械旋轉式鉆眼機械有電動、氣功、液壓驅動三種。液壓鉆機尚處于試驗研究階段。大量使用的是電鉆。電鉆技使用條件和推進方式，分為手持式煤電鉆和支架式巖石電鉆兩種。

(一)煤電鉆煤電鉆由電動機、減速器、手柄、散熱風扇和外殼組成。電動機為三相交流異步籠型全封閉感應電動機，電壓力127v，功率一般為1.2kW。減速器一般由二級外嚙合圓柱齒輪構成。散熱風扇裝在機軸后端，與電動機同步運轉。煤電鉆的外殼用鑄鋁合金制成，要求嚴密隔爆，殼外設有軸向散熱片，由風扇冷卻。手柄上設有開關扳手，手柄包有絕緣橡膠，以防觸電。為了降塵，制成中孔供水濕式煤電鉆。MZ—12S型煤電鉆是MZ—12型煤電鉆的派生系列產品，該產品屬礦用隔爆型。鉆眼時，由供水開關控制，通入適量清水，經字心麻花鉆桿，在鉆桿端部的空心鉆頭處噴水，噴水后其平均粉塵濃度僅為干式鉆眼時粉塵濃度的5％。煤電鉆適用于煤層和f＜4的軟巖中鉆眼。國產煤電鉆的技術特征見表3—6。2022/12/1622§3.3旋轉式鉆眼工具二、鉆眼機械2022/12/1923§3.3旋轉式鉆眼工具2022/12/1623§3.3旋轉式鉆眼工具2022/12/1924§3.3旋轉式鉆眼工具（二)巖石電鉆巖石電鉆由于電機容量大，質量大，鉆進時需要很大的軸推力，故必須有自動推進與支撐設備。巖石電鉆安裝在特制的導軌上，由電動機、減速箱、牽引裝置、機殼和供水裝置組成(圖3—7)。電動機經減速后帶動蝸輪蝸桿，通過摩擦離合器，帶動鏈輪在鏈條上正反轉動，從而帶動巖石電鉆沿導軌前后移動。2022/12/1624§3.3旋轉式鉆眼工具（二)巖石電2022/12/1925§3.3旋轉式鉆眼工具

巖石電鉆采用六角中空鋼釬，濕式鉆眼，其破巖方式仍為旋轉式。在堅硬的巖石中使用時，要求有很大的軸推力和旋轉力矩，而且鉆頭極易磨損，故效率難以提高。在f＝4~6的巖石中鉆眼比較適宜。巖石電鉆的技術特征見表3—7。2022/12/1625§3.3旋轉式鉆眼工具巖2022/12/1926§3.3旋轉式鉆眼工具三、鉆眼工具（一）鉆頭鉆頭是直接破巖的部分，工作時要承受很大的軸推力和扭力矩，故要求它堅固、耐磨，具有適當?shù)膸缀涡螤畛叽?；最常用的是兩翼鉆頭，它由刃、鉆頭體部和連接部組成，構造鉆刃部分鑲有硬質合金片，通常采用YG—6型和YG—8型。鉆頭直徑D取決于藥卷直徑，一般為38~45mm。鉆頭與鉆桿用螺紋聯(lián)接。2022/12/1626§3.3旋轉式鉆眼工具三、鉆眼工具2022/12/1927§3.3旋轉式鉆眼工具(二)鉆桿鉆桿的作用是向鉆頭傳遞軸推力和旋轉扭矩。煤電鉆鉆桿由菱形或矩形斷面的碳素工具鋼(T7、T8)扭制而成，俗稱麻花鉆桿(圖3—8)。鉆眼時，巖粉能自動沿鉆桿上的螺旋溝槽排出。矩形斷面的鉆桿，強度較小，但排粉能力大，適用于煤層中鉆眼。菱形斷面的鉆桿，雖然排粉能力低一些，但強度較大，放應用較多：鉆桿前部的方槽與尾孔必須與鉆頭的尺寸相符合，鉆頭插入后用銷釘固定。鉆桿尾部的直徑與長度應與電鉆的釬套筒尺寸相吻合。當采用MZ—12S型中心孔供水濕式煤電鉆時，要選用中空麻花鉆桿和空心鉆頭。巖石電鉆鉆桿，要求強度高，能承受較大的軸推力和扭矩。濕式排粉一般都采用六角中空鋼或中空圓鋼制作。2022/12/1627§3.3旋轉式鉆眼工具(二)鉆桿2022/12/1928§3.3旋轉式鉆眼工具四、影響旋轉式鉆眼速度的因素

(一)軸推力與鉆速的關系鉆頭在軸推力逐漸增大時，壓入巖石的深度呈跳躍式增加，當壓力小于某一臨界值時，巖石只作彈性或塑性變形，并不破碎。因此，軸推力和鉆速的關系也是跳躍式的。圖3-9所不的曲線表不當鉆速為650r／min時，在無煙煤中鉆眼的軸推力與鉆速的關系。在v—F曲線中，當F＜280N時，由于刃尖下的巖石只作彈性和塑性變形，鉆頭僅能將巖石表面破碎，故2J很??；當F＞280N時，巖石開始破碎，F(xiàn)雖然增大不多，刃尖切入巖石的深度卻大大增加，因而2J急劇上升；當F達530N時，出現(xiàn)第一個v的最大值；F超過530N后，由于刃尖浸人巖石的深度并沒有繼續(xù)增加，而回轉阻力卻因F的增加而加大了，故p反而下降；直至F增加到900N以后，v才又隨F的增加而上升，這是由于刃尖浸入巖石的深度又開始躍增的緣故；繼續(xù)增加F值，將再次出現(xiàn)v的最大值，所以v-F、曲線是呈波浪式變化的。當然軸推力也不對任意增大，否則會使電鉆過負荷。2022/12/1628§3.3旋轉式鉆眼工具四、影響旋轉2022/12/1929§3.3旋轉式鉆眼工具(二〕轉數(shù)對鉆速的影響當軸推力一定時，在煤層中鉆眼，鉆頭轉數(shù)n和鉆速v的關系如圖3—10所示。從曲線中可見，對某一種巖石有一個最優(yōu)轉數(shù)、此時的鉆速最大。超過最優(yōu)轉數(shù)，由于刃尖切割巖石時，巖石變形沒有充裕的時間向前傳遞，而且切削下來的巖石碎屑也來不及排除，造成巖屑積滯重復破碎，故鉆速反而下降。最優(yōu)鉆速的數(shù)值取決于巖石的堅固程度，巖石越堅硬最優(yōu)轉數(shù)值越小。2022/12/1629§3.3旋轉式鉆眼工具(二〕轉數(shù)對2022/12/1930§3.3旋轉式鉆眼工具

(三)在不同軸推力和轉速條件下，所消耗的功率和鉆速的關系

在煤層中鉆眼，當軸推力F不變時，電鉆功率P和鉆速v的關系如圖3-11中實線所示；各條虛線表示轉速不變時，P和v的關系。從圖中可以看出，當n小于最優(yōu)值時，增加F能使v增加很快而P增加不多；當n為最優(yōu)值時，增加F則v增加甚微；當n大于最優(yōu)值時，增加F將使v減小而P反而增大。所以在實際工作中，應選擇最優(yōu)的電鉆轉數(shù)，不要過分加大轉數(shù)，軸推力也要適當?shù)丶哟?，否則既費力又耗能，鉆速反而下降。2022/12/1630§3.3旋轉式鉆眼工具(三)在不2022/12/1931§3.3旋轉式鉆眼工具

思考題

1．沖擊式鑿巖的原理是什么?2．提高鑿巖效率的措施有哪些?3．旋轉式鉆眼破巖原理是什么?4．影響旋轉式鉆眼速度的因素有哪些?并進行分析。2022/12/1631§3.3旋轉式鉆眼工具思考第三章鉆眼機具沖擊式鑿巖機械、工具旋轉式鉆眼工具第三章鉆眼機具沖擊式鑿巖機械、工具2022/12/1933第三章鉆眼機具井巷掘進破巖常用的方法有機械破巖與鉆眼爆破破巖兩種。使用最普遍的仍是鉆眼爆破破巖。鉆眼機械按使用的動力不同可分為：氣動鑿巖機、電動鑿巖機、液壓和內燃鑿巖機。按破巖機理可分為：沖擊式、旋轉式和旋轉沖擊式三類。井巷掘進在巖石上鉆眼，主要采用沖擊式氣動鑿巖機；在煤和軟巖中鉆眼則主要采用旋轉式煤電鉆。2022/12/162第三章鉆眼機具井巷掘進破巖常用的方2022/12/1934沖擊式鑿巖機械，按安設與推進方式可分為：手持式、氣腿式、向上式和導軌式四種。手持式鑿巖機可以鉆鑿任意方向的炮眼，需要人力支撐與推進，勞動強度大，僅在立井掘進中仍有使用。氣腿式鑿巖機的機身下有一個氣腿，起支撐與推進作用，主要用來鉆鑿水平和傾斜的炮眼。由于操作靈活，適應性強，使用最為廣泛。定型產品有YT-23型(原7655型)和YT—24型等。國產氣動鑿巖機的主要技術特征見表3-1。向上式(伸縮式)鑿巖機的尾部固定有一個可伸縮的氣腿，它既是支架又是推進器。主要用于掘進反井、煤倉及鉆頂板錨桿眼時采用。它可以自下向上鉆鑿與水平成60°~90°角的炮眼。導軌式鑿巖機由于質量大，沖擊力大，需要與鑿巖臺車(鉆車)或鑿巖柱架配套使用。可鉆鑿水平及各種方向的炮眼。§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/163沖擊式鑿巖機械，按安設與推進方式可分為2022/12/1935§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/164§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1936§3.1沖擊式鑿巖機械一、沖擊式鑿巖機破巖原理鑿巖機是利用壓氣推動機體內的活塞前后移動打擊釬子完成鉆眼工作的。它的破巖原理(鉆孔形成過程)如圖3-1所示。釬刃在沖擊力F的作用下鑿入巖石，鑿出深度為A的溝槽I-I，然后將釬子轉動一角度β，再次沖擊，此時不但鑿出溝槽Ⅱ-Ⅱ，而且兩條溝槽之間的巖石，也被沖擊時產生的水平力H剪切掉。為使釬刃始終作用在新的巖面上，必須及時排除巖石碎屑。沖擊、轉桿、排粉，往復循環(huán)地持續(xù)進行，便可鑿出圓形炮眼。2022/12/165§3.1沖擊式鑿巖機械一、沖擊式鑿2022/12/1937§3.1沖擊式鑿巖機械二、氣動鑿巖機氣動鑿巖機類型雖多，但其結構大同小異。現(xiàn)以YT—23型鑿巖機為例，說明其構造和動作原理。

YT-23型鑿巖機外形如圖3-2所示。主機由柄體、缸體和機頭三個部件組成，利用兩根螺桿固裝在一起。柄體又名后蓋，它由柄體、把手、水針、操縱閥、水閥、換向閥、調壓閥等部件組成。操縱閥控制機器運轉；調壓閥掌握氣腿的推力；換向閥控制氣腿的減壓放氣。機身由缸體和缸體內的棘輪、螺旋棒(來復捧)、閥柜、閥、閥套、活塞、導向套、消音罩等組成。依靠這些部件，實現(xiàn)配氣、沖擊和轉釬動作。機頭部分由機頭、轉動套、釬尾套和釬卡等組成，它起著傳遞扭矩和卡釬的作用。2022/12/166§3.1沖擊式鑿巖機械二、氣動鑿巖2022/12/1938§3.1沖擊式鑿巖機械三、電動鑿巖機和液壓鑿巖機氣動鑿巖機需要裝備功率較大的空氣壓縮機和敷設較長的管路，能量利用率和傳送效率較低。鑿巖機工作時，機體振動大，噪聲高(100~130dB)，油水霧造成能見度差。近20年來，國內外都在研制、生產和試用電動鑿巖機和液壓鑿巖機。(一)電動鑿巖機電動鑿巖機是以電為動力，為了把電動機的回轉運動轉換為往復沖擊運動，常采用的結構形式有偏心塊式與活塞壓氣式兩種。電動機為礦用隔爆水冷式，可用于煤礦井下。電動鑿巖機的技術特征見表3-2。(二)液壓鑿巖機液壓鑿巖機的鉆速高，一般可比氣動鑿巖機鉆速提高2倍多；沒有排氣，消除了排氣噪聲，消除了水霧油霧，工作環(huán)境得到改善；采用高壓油為動力，所有運動部件都浸在油液中工作，潤滑條件好。它可以鉆較深和直徑較大的炮眼。2022/12/167§3.1沖擊式鑿巖機械三、電動鑿巖2022/12/1939§3.1沖擊式鑿巖機械液壓鑿巖機與氣動鑿巖機一樣，也由沖擊機構、轉釬機構及排粉機構等組成。液壓鑿巖機可用壓氣、水或氣水混合物進行排粉，為了提高鑿巖速度，多采用壓力高、流量大的沖洗水排粉。供水方式有中心供水與旁側供水兩種。中心供水時，活塞中空；旁側供水時，釬尾有徑向水孔。液壓鑿巖機多為高頻重型導軌式鑿巖設備，一般要和鑿巖臺車配套使用，利用臺車上的導軌和推進機構實現(xiàn)推進。2022/12/168§3.1沖擊式鑿巖機械液壓鑿巖2022/12/1940§3.1沖擊式鑿巖機械四、提高鑿巖效率的措施提高鑿巖效率是鑿巖工作的中心問題。其主要措施如下：

(1)合理選擇與正確使用鑿巖機。司機操作要熟練，并要加強保養(yǎng)與維修鑿巖機，保證鑿巖機正常運轉。

(2)保證氣壓。工作面氣壓應不低于0.5MPa。實踐表明，氣壓提高或降低0.1MPa，相應的鉆速就能提高或降低30％左右。因此，必須盡量減少管路損失，防止壓氣漏損，進氣膠管不要過長，同時要合理確定鑿巖機工作臺數(shù)。氣壓過高不好，它會引起鑿巖機劇烈振動，使零部件磨損加快，耗氣量增大。

(3)合適的軸向推力。軸推力不足，釬頭不能有效地接觸和破碎巖石，同時還會使機體振動，容易損壞釬子和機件；軸推力過大，增加了釬子回轉阻力，降低回轉速度和沖擊功，甚至引起停鉆。在一定條件下，各類鑿巖機均有相應的最優(yōu)軸推力，軸推力大小主要取決于鑿巖機的氣缸直徑和使用氣壓。若氣缸直徑大、氣壓高，則所需施加的軸推力大。(4)正確確定眼徑和眼深。炮眼直徑和深度加大，鉆速必然下降，氣腿式鑿巖機適合的炮眼直徑為38~46mm，眼深不宜超過5m。(5)改善勞動組織，提高鑿巖的工時利用率，減小輔助作業(yè)時間。(6)快速排除故障。在鑿巖過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障，及時消除故障是保證鉆眼工作順利進行和提高鑿巖工時利用率的重要措施，因而必須熟悉各種故障產生原因和掌握其處理方法。2022/12/169§3.1沖擊式鑿巖機械四、提高鑿巖2022/12/1941§3.1沖擊式鑿巖機械應注意掌握故障的分類、現(xiàn)象、原因與處理方法。2022/12/1610§3.1沖擊式鑿巖機械應注意掌握2022/12/1942§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1611§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1943§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1612§3.1沖擊式鑿巖機械2022/12/1944§3.2沖擊式鑿巖工具沖擊式鉆眼工具，又稱釬子。它由釬頭、釬桿、釬尾和釬肩組成。釬子有整體釬子與活頭釬子兩種。前者由于釬刃強度低、不耐用、損耗大力口工及搬運工作量繁重等缺點，已很少使用。廣泛使用的是活頭釬子(圖3-3)。2022/12/1613§3.2沖擊式鑿巖工具沖擊式鉆2022/12/1945§3.2沖擊式鑿巖工具一、釬頭釬頭是直接破碎巖石的部分。它的形狀、結構、材質以及加工工藝等是否合理，都直接影響著鑿巖效率和本身的磨損。釬頭要求鋒利、堅韌耐磨、排粉順利、制造及修磨簡便，而且成本要低。

(一)釬頭的類型釬頭的形狀較多，現(xiàn)場常用的有一字形和十字形，近年來鑲硬質合金齒的球齒釬頭已開始使用。一字形釬頭沖擊力集中，一次鑿入巖石的深度大，鑿速較快，制造和修磨工藝簡單，應用廣泛。缺點是在鑿裂隙性的巖石時易夾釬，直徑磨損較快。有時鑿出的炮眼不圓。十字形釬頭克服了一字形釬頭的缺點，但鑿速較低，而且合金片的用量大，制造與修磨工藝復雜。球齒釬頭是在釬頭體上鑲嵌幾顆球形或錐球形硬質合金齒而成，其優(yōu)點是：合理布置球齒，能使沖擊能量在眼底均勻分布，鑿巖速度較快；開眼容易、不易夾釬、炮眼圓；重復破巖少，巖屑呈粗顆粒狀，粉塵少；耐磨等。球齒釬頭適用于磨蝕性較高的硬脆巖層中鑿眼。

2022/12/1614§3.2沖擊式鑿巖工具一、釬頭2022/12/1946§3.2沖擊式鑿巖工具(二)釬頭結構與幾何參數(shù)

(1)刃角。即釬頭兩個刃面的夾角，一般為110°。刃角小，鉆速快，但易磨鈍和碎裂；刃角大，不利于破碎巖石，鉆速慢。通常用于堅硬巖石時，刃角可大些，防止崩刃及減輕磨損。為避免沖擊時釬刃兩端承受彎曲應力而掉角，一字形的釬刃不做成平直的，而做成曲率半徑約為180mm的弧形。同理，球齒釬頭的周邊齒一般向外傾斜30°~50°。

(2)隙角。即釬頭體兩側面的傾角。它可以減少釬頭與孔壁的磨擦，能避免卡釬。隙角過小，容易卡住釬頭；隙角過大，釬頭會產生崩角，且直徑易磨小。一般隙角為3°，球齒釬頭隙角在7°左右。

(3)釬頭直徑。為保證藥卷順利裝入炮眼，釬頭直徑一般為38~43mm。

(4)排粉溝和吹洗孔。排粉溝一般布置在釬頭的頂部和側面。吹洗孔可布置在釬頭巾心或兩側，以便吹洗巖粉。

(三)硬質合金片的選擇釬頭體上鑲焊的是鎢鉆類硬質合金，是將碳化鎢粉末與鉆粉按一定比例配合，壓制成形后經高溫燒結而成的。這種鎢鉆合金具有碳化鎢的高硬度、高抗壓強度，又具有鈷的良好韌性。常用硬質合金片的主要特征見表3—4。2022/12/1615§3.2沖擊式鑿巖工具(二)釬頭結2022/12/1947§3.2沖擊式鑿巖工具

沖擊式鑿巖機常用的牌號為YG—8C、YG—11C、YG—11、YG—15。Y表示“硬”質合金拼音子頭，G表示鈷：后面的數(shù)字為合金中含鈷的百分數(shù)。C表示“粗“晶粒合金。合金硬度和耐磨性隨鉆的含量而改變，含鉆越少則越硬越耐磨，韌性降低；含鉆量大，則韌性好，硬度及耐磨性降低；含鈷量相同時，粉末顆粒越細越耐磨，但也越脆；晶粒粗則韌性好。2022/12/1616§3.2沖擊式鑿巖工具2022/12/1948§3.2沖擊式鑿巖工具(四)釬頭與釬桿的連接釬頭與釬桿的連接方法有兩種：螺紋連接和錐形連接。前者加工較復雜、安裝、拆卸不便，已很少使用。采用較多的是錐形接頭(圖3-4)，它依靠錐體間的摩擦力楔緊，一般錐體角為1°30′~3°30′，錐形頂角為3°~7°。前端應留有6~8mm的間隙，以免損壞釬頭。2022/12/1617§3.2沖擊式鑿巖工具(四)釬頭2022/12/1949§3.2沖擊式鑿巖工具二、釬桿

(一)釬桿的作用與受力分析釬桿是傳遞沖擊功與間轉力矩的細長桿體。沖擊時又由于橫向振動產生彎曲應力。在每分鐘高達2000多次的重復沖擊力的作用下，釬桿承受著沖擊疲勞應力、彎曲應力、扭轉應力等，因此很容易產生疲勞破壞。釬子的破壞，常從某一薄弱的橫斷面上(如淬火時產生的微小裂紋，中心孔不圓正，鋼材中偶有粗大晶粒等)形成疲勞核心開始，工作中又不斷擴大，這是導致斷釬的根源。因此，必須注意嚴格選擇材料。(二)釬桿的選擇釬桿橫斷面形狀常有中空六角形與空圓形兩種，以中空六角形B22、B25使用最多，中空圓形D32、D38多用于重型導軌式鑿巖機上。我國過去使用的釬鋼是中空碳7(ZKT7)和中空碳8(ZKI8)等碳素工具鋼，疲勞強度低，易產生裂縫、折斷，壽命短。近十多年來，開始推廣使用中空合金鋼，鋼種有：中空8鉻(ZK8Cr)、中空55硅錳鋼(ZK55SiMnMo)等。這些合金鋼具有強度高、抗疲勞性能好、耐磨蝕等優(yōu)點。其價格較貴，但使用壽命要比碳素工具鋼腐3~5倍、因此使用很多。釬桿的材料選擇見表3-5。2022/12/1618§3.2沖擊式鑿巖工具二、釬桿(二2022/12/1950§3.2沖擊式鑿巖工具2022/12/1619§3.2沖擊式鑿巖工具2022/12/1951§3.2沖擊式鑿巖工具三、釬尾和釬肩釬尾是直接承受活塞沖擊和扭轉的部分。釬肩則用來限制釬尾插入機體的長度，并使釬卡能卡住釬桿不致從釬尾套中脫落。釬尾和釬肩的形式、規(guī)格如圖3—5所示。六角形釬桿用環(huán)形釬肩，圓形釬桿用耳形釬肩，向上式鑿巖機用的釬子沒有釬肩，機頭內有限定釬尾長度的砧柱。釬尾的長度必須準確。過長會縮短活塞沖程，降低沖擊功；過短使活塞沖擊功無力，降低鑿巖速度。氣腿式鑿巖機使用的釬尾長度為108mm，其偏差規(guī)定為±0.1mm，釬尾端面應垂直釬桿軸線并要平整。釬尾橫斷面尺寸應與釬尾正好配合，過緊卸裝不便；過松容易磨損轉動全，并只—易使釬桿產生橫向振動與彎曲應力而折斷。釬尾應在油中淬火，其硬度以稍低于活塞硬度為宜，過軟容易被打堆；過硬則會損壞活塞。一般釬尾端面硬度應控制在HRC49—55。釬尾中心孔應子擴大并達到規(guī)定深度，以便水針順利插入釬尾。2022/12/1620§3.2沖擊式鑿巖工具三、釬尾和釬2022/12/1952§3.3旋轉式鉆眼工具一、破巖原理旋轉式鉆眼破巖原理如圖3-6所示。釬刃在軸向壓力p的作用下侵入巖石，同時釬刃不停地旋轉，旋轉力矩M推動釬刃向前切削巖石。在p和M的共同作用下，孔底巖石連續(xù)沿螺旋線破壞，切削下來的巖石碎屑，沿著釬桿的螺旋溝排出或用壓力水排除。2022/12/1621§3.3旋轉式鉆眼工具一、破巖原理2022/12/1953§3.3旋轉式鉆眼工具二、鉆眼機械旋轉式鉆眼機械有電動、氣功、液壓驅動三種。液壓鉆機尚處于試驗研究階段。大量使用的是電鉆。電鉆技使用條件和推進方式，分為手持式煤電鉆和支架式巖石電鉆兩種。

(一)煤電鉆煤電鉆由電動機、減速器、手柄、散熱風扇和外殼組成。電動機為三相交流異步籠型全封閉感應電動機，電壓力127v，功率一般為1.2kW。減速器一般由二級外嚙合圓柱齒輪構成。散熱風扇裝在機軸后端，與電動機同步運轉。煤電鉆的外殼用鑄鋁合金制成，要求嚴密隔爆，殼外設有軸向散熱片，由風扇冷卻。手柄上設有開關扳手，手柄包有絕緣橡膠，以防觸電。為了降塵，制成中孔供水濕式煤電鉆。MZ—12S型煤電鉆是MZ—12型煤電鉆的派生系列產品，該產品屬礦用隔爆型。鉆眼時，由供水開關控制，通入適量清水，經字心麻花鉆桿，在鉆桿端部的空心鉆頭處噴水，噴水后其平均粉塵濃度僅為干式鉆眼時粉塵濃度的5％。煤電鉆適用于煤層和f＜4的軟巖中鉆眼。國產煤電鉆的技術特征見表3—6。2022/12/1622§3.3旋轉式鉆眼工具二、鉆眼機械2022/12/1954§3.3旋轉式鉆眼工具2022/12/1623§3.3旋轉式鉆眼工具2022/12/1955§3.3旋轉式鉆眼工具（二)巖石電鉆巖石電鉆由于電機容量大，質量大，鉆進時需要很大的軸推力，故必須有自動推進與支撐設備。巖石電鉆安裝在特制的導軌上，由電動機、減速箱、牽引裝置、機殼和供水裝置組成(圖3—7)。電動機經減速后帶動蝸輪蝸桿，通過摩擦離合器，帶動鏈輪在鏈條上正反轉動，從而帶動巖石電鉆沿導軌前后移動。2022/12/1624§3.3旋轉式鉆眼工具（二)巖石電2022/12/1956§3.3旋轉式鉆眼工具

巖石電鉆采用六角中空鋼釬，濕式鉆眼，其破巖方式仍為旋轉式。在堅硬的巖石中使用時，要求有很大的軸推力和旋轉力矩，而且鉆頭極易磨損，故效率難以提高。在f＝4~6的巖石中鉆眼比較適宜。巖石電鉆的技術特征見表3—7。2022/12/1625§3.3旋轉式鉆眼工具巖2022/12/1957§3.3旋轉式鉆眼工具三、鉆眼工具（一）鉆頭鉆頭是直接破巖的部分，工作時要承受很大的軸推力和扭力矩，故要求它堅固、耐磨，具有適當?shù)膸缀涡螤畛叽?；最常用的是兩翼鉆頭，它由刃、鉆頭體部和連接部組成，構造鉆刃部分鑲有硬質合金片，通常采用YG—6型和YG—8型。鉆頭直徑D取決于藥卷直徑，一般為