第五节、潜孔钻机的钻头
矿山机械设备复习题
第一章概论1、岩矿的主要物理机械性质有哪些？它们与凿岩工作有什么关系？岩石的主要物理机械性质有：容重、松散性、强度、硬度、弹性、脆性、研磨性、稳定性。
〖1、容重：单位体积原生岩石的重量2、松散性：整体岩石被破碎后，其容积增大的性能，常用岩石的松散系数K表示。
K 指岩石破碎前、后容积之比。
3、强度：岩石抵抗机械破坏（拉、压、剪）的能力。
岩石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，一般情况下，抗拉强度（1/10~1/50）<抗剪强度（1/8-1/12）<抗压强度4、硬度：指岩石抵抗尖锐工具侵入的性能。
它取决于岩石的结构、组成颗粒的硬度及形状和排列方式等。
硬度越大，钻凿越困难。
5、弹性：即当撤销所受外力后，岩石恢复原来形状和体积的性能。
弹性越大，钻凿越困难。
6、脆性：岩石被破碎时不带残余变形的性能。
脆性越大，钻凿越容易。
7、耐磨性：岩石磨损工具的性能。
耐磨性越大，钻凿越困难8、稳定性：岩石暴露出自由面后，不致塌陷的性能。
〗凿岩时岩石的破碎是多种因素综合作用的结果。
在上述诸多因素中，岩石的硬度、强度和脆性是主要的因素，又可将它们概括为岩石的坚固性。
2 什么叫岩石坚固性系数？有何作用？岩石坚固性系数是表示岩石破碎难易程度的综合性参数。
其影响岩石的破碎方法和钻孔机械的选用。
3 分别简述用机械方法钻凿岩石的差别之处。
钻凿岩石的机械方法有：冲击作用、旋转作用和旋转冲击作用三种形式。
冲击式凿岩：向钻头施加一个垂直于岩石表面的冲击力，在此冲击力作用下，使钻头切入并破碎岩石。
旋转式凿岩：向钻头施加一个扭转力和一个固定的轴向力，钻头以螺旋线形向前运动，并破碎岩石。
旋转冲击式凿岩：向钻头施加一个扭转力和一个间歇的轴向力，使钻头与岩石表面成一定的倾角向岩石内钻进。
4 钻孔机械根据破碎岩石的方法的分类？旋转式钻机：适用于中硬以下岩石或煤冲击转动式钻机：各种类型的凿岩机、潜孔钻孔、钢绳冲击式钻孔。
潜孔钻机的介绍
潜孔钻机的介绍潜孔钻机第一节概述一、潜孔钻机的应用在钻孔机械应用中，气腿式凿岩机只能钻凿小孔径、中浅炮孔；重型导轨式凿岩机经接杆也能钻凿较深的炮孔，但能量消耗大，钻进速度慢。
而潜孔钻机的特点是活塞打击钎杆时的能量损失不随钻孔的延伸而加大，因此，它适合于钻凿大孔径、深度大的炮孔。
潜孔钻机是利用潜入孔底的冲击器与钻头对岩石进行冲击破碎，因此，称为潜孔钻机。
广泛用于金属矿山、水电、交通、建材、港湾和国防工程中。
潜孔钻机：用钻杆带动风动冲击器和钻头一起旋转，利用风动冲击器的活塞冲击钻头破碎矿岩，通常用在中小型矿山中钻直径80～250毫米的炮孔。
潜孔钻机可以在中硬以上（f ≥8）的岩石中钻孔。
钻机价格比较便宜，特别适用于中小型露天矿。
潜孔凿岩的实质，是在凿岩过程中使冲击器潜入孔内，以减小由于钎杆传递冲击功所造成的能量损失，从而减小孔深对凿岩效率的影响。
潜孔凿岩的凿岩设备是潜孔钻机，我国地下矿山常用的有YQ-80、YQ-100及QZ-165等型号，在坚固性系数f=8~14的矿岩中钻凿孔径为80～165毫米的深孔，能获得较高的凿岩速度一体化液压潜孔钻机广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等露天工程的爆破孔钻凿及水下钻孔爆破炸礁工程中。
履带行走，钻具回转推进，钻架顶升补偿，钻机调平都采用液压驱动。
采用螺杆式空气压缩机输出的压缩空气为动力冲击凿岩和冲洗炮孔，使用气压范围为1.05～1.4MPa，配用干式层流除尘器。
钻具采用英格索兰高气压潜孔冲击器，钻凿孔径90~180毫米，深度为30米垂直或倾斜炮孔。
一体化液压潜孔钻机是目前国内最先进的一体化液压潜孔钻机，具有高效的高气压潜孔钻进系统，便于高精度、高效率的爆破孔钻凿。
国际化的采购、计算机优化设计以及功率匹配与负载适应系统的开发与应用，实现了动力系统从动力—泵—负载全局功率匹配，有效降低了整机能耗，确保了整机最佳性能与高可靠性。
二、潜孔钻机的分类1、根据使用地点不同，分为井下潜孔钻机和露天潜孔钻机两大类。
潜孔钻头工作原理
潜孔钻头工作原理
潜孔钻头是一种常用的钻井工具，广泛应用于各种钻井作业中。
它的工作原理如下：
1. 主轴转动：潜孔钻头通过钻井设备的主轴驱动，使钻头产生旋转运动。
2. 钻头切削岩石：钻头的刀具边缘有一系列的切削齿，当钻头旋转时，这些切削齿与岩石接触，产生切削力。
3. 钻屑排除：切削力使得岩石被切削下来形成钻屑，钻屑通过钻头内部的通道被带到井口，然后通过钻井液将钻屑从井口排除出井。
4. 冷却润滑：钻井液不仅可以带走钻屑，还可以对钻头进行冷却润滑，减少钻头与岩石接触时的摩擦和磨损。
5. 钻头进给：钻头一般通过主轴的进给装置进行上下进给，使得钻头能够逐渐穿过地层，实现钻井的深入。
总结来说，潜孔钻头通过主轴的转动和切削齿的作用，与钻井液的辅助带动、冷却润滑，实现了对地层的穿越和岩石钻取的目的。
钻井工程-5-钻头
（4）金刚石粒度、出刃和排列方式 粒度： 0.5 ~ 15粒/克拉（0.2g) 出刃： 最大出刃量为直径的1/3 排列方式：
a ．钻头外形；b．交错排列；c．圆周排列；d．脊圈排列
（二）金刚石钻头的破岩机理
概括地讲，金刚石钻头以磨削（研磨）方式破碎岩石，类似于砂轮磨削 金属的过程。 (1) 在钻进某些硬地层时，在钻压作用下压入岩石，使与金刚石接触的岩石 处于极高的应力状态而使岩石呈现塑性； (2)在塑性地层(或岩石在应力作用下呈塑性的地层)， 使前方的岩石内部发生破碎或塑性流动， 脱离岩石基体，形成岩屑，称作犁削。 (3)在脆性较大的岩石中，在钻压和扭矩作用下所产生的应力使岩石表现为 脆性破碎，即属于以剪力和张力形式破碎岩石。 (4)在坚硬岩石(如隧石、硅质白云岩、硅质石灰岩等)中，是要靠金刚石的 棱角实现微切削、刻划等方式来破碎岩石。
3. 工作指标
钻头进尺（米）
钻头工作寿命（小时） 机械钻速（米/小时） 单位进尺成本（元/米）：
C pm
Cb C r (t t t ) H
一、牙轮钻头（Roller Bit）
（一）牙轮钻头结构
牙轮钻头由钻头体、牙抓（巴 掌） 及牙轮轴、牙轮及牙齿、轴承、 储油润滑密封系统、喷嘴等部分组成。
Bit）
两类PDC切削元件
钢体PDC钻头
胎体PDC钻头
（一）PDC钻头的结构特点
1. 切削元件—聚晶金刚石复合片（PDC）
特
性
Φ13.4， Φ19
PDC既具有金刚石的硬度和耐磨性。 弱点是热稳定性差，350℃以上加 速磨损。抗冲击能力较差。
2. 工作剖面形状
双锥形
浅锥形
抛物线形
B 形
特点
• 内外锥有利于钻
第四章 潜孔钻机
第二节 钻具
工作原理： 回转供风机构→钻具回转→中空钻 杆供高压压气→冲击器冲击钻头→凿岩→压 气排渣→推进机构将回转供风机构连同钻具 不断地向前推进。
一、钻杆 作用是把冲击器送至孔底，传递扭矩和轴向力， 并通过其中心孔向冲击器输送压气。 1）井下钻杆长度一般在 800—1300mm钻深孔 需接长… 几十根. 2）露天潜孔钻机一般只有二根钻杆，接杆可钻 15—18m深孔。 3）钻杆承受力：①冲击振动，②扭矩，③轴压力 要求钻杆有：足够的强度、刚度、冲击韧性。 排渣回风对钻杆直径有要求，外径大，回风速度 就大。一般要求回风速度为25～35m/s。
二、钻具的回转速度
内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军
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第四节 井下潜孔钻机
内蒙古科技大学 矿业工程学院 郑建军
二、QZJ型井下潜孔钻机 见书图4-5 构成：钻具、回转供风机构、推进调压机构、 操作机构、凿岩支柱。无独立自行机构。 1、回转供风机构：风马达、减速箱、风接头、钻杆 接头； 2、推进调压机构：推进气缸、滑板、支架、滑架； 3、操纵阀：三个手把，控制风马达，推进气缸，冲 击器； 4、凿岩支柱：顶盘、支柱、横轴、升降螺柱、手摇 绞车。
三、推进提升机构与调压装置 1、推进提升机构与调压装置的总用及工作原理 作用（1）推进钻具，保证钻头工作时始终与孔 底接触，并实现回转供风机械和钻具的快速升降 （2）调压装置：保证钻具有合理的轴压力 （3）工作原理：见书图4-10 2、推进提升机构与调压装置的类型 类型：有链条式和钢绳式两种。 调压装置有：气缸式，抱闸式两种。 四、接送钻杆机构 露天矿潜孔钻机多用主、副两根钻杆。书图4-12
潜孔钻机的基本组成与工作原理
地下潜孔钻机的基本组成与工作原理一、地下潜孔钻机的基本组成图1-1为地下潜孔钻机组成的示意图，它由钻头1、冲击机构（冲击器)2、钻杆3、回转机构4、气接头与操纵机构5、调压机构6、支承调幅与升降机构7组成。
其中1、2、3合称凿岩钻具。
二、地下潜孔钻机的工作原理与特点潜孔钻机凿岩原理和重型凿岩机一样，是间歇冲击岩(矿)石，连续回转，不同的是潜孔钻机的冲击机构一潜孔冲击器装于钻杆的前端，潜人孔底，活塞直接冲击钻头，且随钻孔的延伸，不断推进。
潜孔钻机即因冲击器潜人孔底而得名。
钻机由冲击机构2中的活塞完成冲击钻头1的冲击动作，并由冶金设备回转机构4实现回转动作。
由调压机构6完成推进力大小的调节，以高效完成钻孔工作，钻机的升降与调幅由机构7完成。
各种动作由操纵机构5来控制。
支承机构可以是支架或钻车。
钻孔过程中形成的岩厭粉），则由流经钻杆与孔壁之间的气体或水排至孔外。
潜孔钻机不像凿岩机接杆钻进那样，能量损失随钎杆接头增多而增加，因它的钻杆不传递冲击能，故冲击能量损失小，因此可打更深的孔。
由于冲击器深人孔内作业，工作•173•计算它的工作参数。
1.轴推力61洽理的轴推力潜孔凿岩也主要是靠钻头的冲击能量来破碎岩(矿)石，钻头回转只是用来更换位置，避免重复破碎。
因此，潜孔凿岩不需要很大的轴推力。
轴推力过大，不仅易产生剧烈振动，还会加速硬质合金的磨损，使钻头过早损坏;轴推力过小，则钻头不能与岩(矿)石很好地接触，影响冲击能量的传递效率，甚至导致冲击器不能正常工作。
低气压型潜孔钻机的合理轴推力可用以下经验公式计算SP#$(30~35)"/ (1-1)式中P#——合理的轴推力，N;"钻孔直径，cm；f—岩石普氏硬度系数。
根据国内经验，低气压型潜孔钻机的轴推力又可按表1-1选取。
表1-1潜孔钻机合理的轴推力(2)调节推(压)力的计算潜孔钻机钻孔时，钻进部件(含钻具和回转供风机构）的自重施于孔底有一个力（向下钻时为正，向上钻时为负），它会影响合理轴推力的大小。
潜孔钻机结构组成
潜孔钻机结构组成
潜孔钻机是一种用于地质勘查或工程施工的机械设备，它能够在地面或水下钻探，获取地质信息或钻孔完成工程建设。
潜孔钻机的结构组成一般包括以下几个部分：
1. 钻杆组成部分：钻杆是潜孔钻机的核心部件，由钻杆接头、钻杆管等组成。
钻杆的长度、材料以及连接方式会影响到钻孔深度和钻探效果。
2. 钻头部分：钻头是潜孔钻机最重要的工具，通过不同形状和材料的钻头可以适应不同的地质环境。
钻头的种类包括三角形钻头、扁钻头、球形钻头等。
3. 钻进机构：钻进机构用于控制钻杆进出和转动，包括电机、减速器、链轮和链条等。
4. 液压系统：潜孔钻机需要通过液压系统来实现起升、下钻、旋转等动作。
液压系统包括液压泵、液压缸、油箱和管路等。
5. 控制系统：控制系统用于控制潜孔钻机的运行，包括钻进的速度、深度、方向等。
控制系统一般包括主控制面板、遥控器等。
6. 支撑系统：支撑系统用于固定潜孔钻机，保证钻进过程的稳定性。
支撑系统包括钻机底座、支腿、支撑框架等。
以上就是潜孔钻机的结构组成部分，不同的潜孔钻机型号可能会略有不同，但总体结构和功能类似。
了解潜孔钻机的结构组成，对于用户选择和使用潜孔钻机具有重要的参考价值。
- 1 -。
潜孔钻的钻眼原理
潜孔钻的钻眼原理
潜孔钻是一种地下开发技术，它利用潜孔钻机在岩石或地下地层中钻孔。
它的钻眼原理如下：
1. 钻头设计：潜孔钻使用一种特殊的钻头，通常由刚硬的合金制成。
钻头的设计取决于目标地层的性质和钻孔的目的。
2. 注浆系统：在潜孔钻过程中，注浆系统迅速将泥浆或液态混凝土注入钻孔中。
这种注浆作用有几个目的：首先，它可以冷却钻头并带走钻屑；其次，它可以稳定钻孔并防止孔壁塌方；最后，它还可以提供对岩土层的支撑。
3. 高速旋转：潜孔钻机通常会以高速旋转的方式进行钻孔。
通过这种方式，钻头的切削齿轮可以有效地破碎岩石或地层，并将钻屑推到孔底。
4. 提升钻屑：当钻头切削岩石和地层时，注浆系统将注入的液体带走钻屑，并通过钻杆将其带回地面。
5. 钻杆系统：潜孔钻机使用钻杆将钻头连接到地面的钻机。
钻杆由若干个管道构成，它们负责传递旋转和推力到钻头，并将钻屑和注浆物质带回地面。
总的来说，潜孔钻的钻眼原理是通过高速旋转的钻头切削岩石和地层，并通过注浆系统稳定钻孔、冷却钻头和带走钻屑。
同时，通过钻杆系统将推力和旋转力传
递到钻头，并将钻屑和注浆物质带回地面。
这种原理使得潜孔钻能够在地下进行高效的钻孔作业。
潜孔钻机的工作原理
潜孔钻机的工作原理
潜孔钻机是一种用于地下水井或矿井等深层钻探的设备。
它的工作原理如下：
1. 钻杆系统：潜孔钻机通过钻杆传递旋转动力。
钻杆一端连接钻头，另一端连接电动机或液压马达。
钻杆上的旋转动力传递给钻头，推动钻头对地层进行钻探。
2. 钻头与钻杆接口：钻头与钻杆之间的连接通常采用螺纹接口。
这种连接方式可以提供足够的扭矩传递，确保钻杆和钻头之间的旋转运动的可靠性。
3. 钻杆伸缩机构：潜孔钻机还配备了钻杆伸缩机构。
这个机构可以根据钻孔的深度调整钻杆的长度。
钻杆伸缩机构通常由液压缸或螺杆机构组成，通过伸缩杆的拉伸或压缩实现钻杆的伸缩。
4. 钻进液：钻进液是潜孔钻机中的重要组成部分。
它通过钻杆中的空心传递到钻头，然后从钻头的喷嘴中喷出。
钻进液可以冷却钻头，清除钻屑并稳定钻孔。
常用的钻进液有水、泥浆或泡沫。
5. 钻孔工具：潜孔钻机根据需要使用不同类型的钻头和其他钻孔工具。
不同的地层和钻探目的需要使用不同的钻孔工具来适应不同的条件。
总的来说，潜孔钻机通过钻杆传递旋转动力，利用钻进液冷却
钻头、清除钻屑，并通过钻头对地层进行钻探。
钻杆伸缩机构可以根据需要调整钻杆的长度。
这些部件的协同工作使得潜孔钻机能够在各种地质条件下进行有效的钻探工作。
潜孔钻机的基本组成与工作原理
地下潜孔钻机的基本组成与工作原理一、地下潜孔钻机的基本组成图1-1为地下潜孔钻机组成的示意图，它由钻头1、冲击机构（冲击器)2、钻杆3、回转机构4、气接头与操纵机构5、调压机构6、支承调幅与升降机构7组成。
其中1、2、3合称凿岩钻具。
二、地下潜孔钻机的工作原理与特点潜孔钻机凿岩原理和重型凿岩机一样，是间歇冲击岩(矿)石，连续回转，不同的是潜孔钻机的冲击机构一潜孔冲击器装于钻杆的前端，潜人孔底，活塞直接冲击钻头，且随钻孔的延伸，不断推进。
潜孔钻机即因冲击器潜人孔底而得名。
钻机由冲击机构2中的活塞完成冲击钻头1的冲击动作，并由冶金设备回转机构4实现回转动作。
由调压机构6完成推进力大小的调节，以高效完成钻孔工作，钻机的升降与调幅由机构7完成。
各种动作由操纵机构5来控制。
支承机构可以是支架或钻车。
钻孔过程中形成的岩厭粉），则由流经钻杆与孔壁之间的气体或水排至孔外。
潜孔钻机不像凿岩机接杆钻进那样，能量损失随钎杆接头增多而增加，因它的钻杆不传递冲击能，故冲击能量损失小，因此可打更深的孔。
由于冲击器深人孔内作业，工作•173•计算它的工作参数。
1.轴推力61洽理的轴推力潜孔凿岩也主要是靠钻头的冲击能量来破碎岩(矿)石，钻头回转只是用来更换位置，避免重复破碎。
因此，潜孔凿岩不需要很大的轴推力。
轴推力过大，不仅易产生剧烈振动，还会加速硬质合金的磨损，使钻头过早损坏;轴推力过小，则钻头不能与岩(矿)石很好地接触，影响冲击能量的传递效率，甚至导致冲击器不能正常工作。
低气压型潜孔钻机的合理轴推力可用以下经验公式计算SP#$(30~35)"/ (1-1)式中P#——合理的轴推力，N;"钻孔直径，cm；f—岩石普氏硬度系数。
根据国内经验，低气压型潜孔钻机的轴推力又可按表1-1选取。
表1-1潜孔钻机合理的轴推力(2)调节推(压)力的计算潜孔钻机钻孔时，钻进部件(含钻具和回转供风机构）的自重施于孔底有一个力（向下钻时为正，向上钻时为负），它会影响合理轴推力的大小。
第五节、潜孔钻机的钻头资料
3、混合型钻头
• 结构特点：在周边镶焊硬质合金片（四翼或六翼 ），在中心装入硬质合金柱。
• 钻孔机理：钻头中心部分破碎的岩石体积小，柱 齿足以克服。外缘用硬质合金片，既便于修磨也 利于对孔底边缘的切削。
钻头小结
• 钻头工作的条件十分恶劣，苛刻，所以钻头的结 构形状、钻齿形状、布置形式要与作业条件相符 合才能提高钻地质条件，结构、形状 各异。
• 2、参数计算公式是选择钻机时运用，还要结合一 些手册、经验确定。
课间休息
第六节、潜孔钻机的主要工作参数
• 重点：1、钻机的工作参数体现钻机的技术水平与 作业效率（以钻具参数表示）。
• 2、通过具体的工作参数可以合理地选择适合本矿 山的钻机。
一、钻具转速
n
6500 D
0.78~0.95
r
min
D-------钻孔直径mm
决定钻齿与孔底的接触时间，太短岩石破碎效率低、 太长钻进效率低，必须与岩石硬度与钻速相适应。
• ②整体钻头：合成一体，钻头强度高，与分体式 相比，能提高能量传递效率；钻头与冲击器之间 多采用花键联接，传递的扭矩大、受力均匀、磨 损小、寿命长工作可靠但作业成本高。
二、钻头结构分类
• 2、钻头与冲击器的连接方式 • ①扁销连接：结构简单、销槽易产生应力集中而
引起疲劳破坏。小型钻机采用。 • ②花键连接：受力均匀，能传动较大的扭矩、磨
二、钻具回转转矩
M
Km
D2 8.5
1、钻具的转速是用来克服钻头与孔底的摩擦 阻力和剪切阻力，钻具与孔壁的摩擦阻力，以 及因炮孔不规则造成的各种阻力。 2、钻具的回转力矩必须与工程地质条件相适
三、钻具的冲击功
A 2.54102 D1.78J
潜孔钻机操作规程
潜孔钻机操作规程一、潜孔钻机的基本概述潜孔钻机是一种常用于建筑施工、地质勘测和水井钻探等工程中的钻机设备。
它的主要作用是通过旋转钻杆和下压钻头来实现钻孔的深入。
二、潜孔钻机的操作步骤1. 安全检查在进行潜孔钻机操作之前，首先需要进行安全检查。
检查钻机的各个部件是否完好，是否有松动或损坏的现象，同时还要检查电源是否正常，钻探液的储存和供给是否充足。
2. 准备工作对于潜孔钻机的钻杆、钻头以及其他附件，需要进行充分的清洁和检查，确保其能够正常使用。
同时需要检查安全装置是否可靠，切断电源，防止误操作。
3. 设置井口护栏在开始工作前，需要设置井口护栏，确保工作区域的安全。
同时需要保持工作区域干燥，避免发生滑倒等事故。
4. 安装钻杆和钻头将钻杆和钻头依次按照顺序安装到潜孔钻机上。
安装时需要确保钻杆和钻头与潜孔钻机相匹配，并确保安装牢固。
5. 开始下压钻探打开电源，启动潜孔钻机。
将钻头轻轻放入待钻孔内，开始下压钻探。
在钻探过程中需要注意保持适当的下压力和旋转速度，以确保钻头能够顺利下压。
6. 进行钻孔根据需要钻探的深度，逐步下压钻探，直至达到预定的钻孔深度。
在钻探过程中，需要不断注入钻探液，以减少摩擦、冷却钻头并带走碎屑。
7. 提升钻杆当钻孔完成后，需要停止钻机的运行，并逐步提升钻杆和钻头。
在提升钻杆的过程中，需要注意保持稳定，并防止松动或掉落。
8. 清理井口清理钻孔周围的碎屑和钻探液，确保井口干净。
同时需要关闭电源，并对潜孔钻机进行清洁和维护。
三、潜孔钻机的注意事项1. 操作人员要经过专业培训，熟悉潜孔钻机的操作规程和安全注意事项，并严格按照规程进行操作。
2. 在操作过程中要时刻保持清醒和警惕，防止发生误操作或事故。
3. 在进行钻孔操作时，要注意保持一定的下压力和旋转速度，避免过大或过小造成钻杆卡住或钻孔质量不佳。
4. 使用潜孔钻机时，要配备合适的安全装置，如井口护栏、防滑垫等。
并进行定期检查和维护。
5. 在工作结束后，要及时关闭电源，清理井口，并对潜孔钻机进行清洁和维护，以延长其使用寿命和确保安全。
潜孔钻机
三 井下潜孔钻机
三 井下潜孔钻机
三 井下潜孔钻机
三 井下潜孔钻机
四 露天潜孔钻机
4.2 钻具
潜孔钻机的钻具包括 钻杆、冲击器和钻头。钻 杆的两端有联接螺纹，一 端与回转供风机构相联接， 另一端联接冲击器。冲击 器的前端安装钻头。钻孔 时，回转供风机构带动钻 具回转并向中空钻杆供给 压气，冲击器冲击钻头进 行凿岩，压气将岩碴排出 孔外，推进机构将回转供 风机构和钻具不断地向前 推进。
4.1 概述
为了适应井下大量崩矿的采矿方法，要求钻孔设备能钻出4~40m 甚至更深的孔。气腿凿岩机已不能满足此要求。重型导轨式凿岩机虽经 接杆能钻较深的孔，但随着钻孔的加深，钎杆质最加大，能量传递效率 降低，钻进速度逐渐下降。潜孔钻机的特点就是活塞打击钎杆时的能量 损失不随钻孔的延伸而加大。潜孔凿岩方法于1932年由美国英格索兰 公司首先提出。第二次世界大战后，逐步推广到露天矿。五十年代后期 和六十年代初期，国外对潜孔凿岩进行了大量的研究和改进，制造了多 种类型的潜孔钻机和冲击器，一时曾被公认为是钻凿坚硬岩石的经济而 有效的钻孔方法。 我国五十年代从苏联引进；六十年代我国自行设计并定型生产了 YQ—15OA型露天潜孔钻机。此后，潜孔钻迅速发展，品种繁多，应用 极为广泛。七十年代就取代了钢绳冲击式钻机，孔径也从开始的 150mm，扩大到250mm。近十年来，尽管有牙轮钻机的掘起，但在中、 小型矿山、特别是在建材、水电、交通、港湾和国防工程中仍然广泛 地使用着潜孔钻机，潜孔钻机仍然是我国当前主要钻孔设备之一。Fra bibliotek一 钻杆
用无缝钢管制做. 传递扭矩 承受轴压 中空通风
二 冲击器 Drill Hammer
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。对 冲击器的基本要求是：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。国产冲击器主要有有阀 冲击器和无阀冲击器两种类型， 它们的技术特征列于表4—1。
浅析潜孔钻头
浅析潜孔钻头设计一、钻头的受力分析（一）潜孔钻工作原理潜孔钻工作时，推进调压机构使钻具连续推进，并使转头始终与孔底岩石接触。
回转机构使钻具连续回转。
同时，装在钻杆前端的冲击器在气压的作用下，其活塞不断冲击钻头，钻头获得冲击后获得能量，潜入孔底，产生使岩石受挤压的冲击力。
钻具回转避免了钻头重复打击在相同的凿痕上，并产生了对孔底岩石起刮削作用的剪切力，在冲击器活塞冲击力和回转机构的剪切力作用下，岩石不断被压碎和剪碎。
气压由气接头进入，经由中空钻杆直达孔底，把剪碎后的岩渣，从转杆与孔壁之间的得环形空间吹到孔外，从而形成炮孔。
（二）潜孔钻受力分析通过对潜孔钻工作原理的分析得出潜孔钻头在工作时主要受力如下：1.潜孔钻机的输出转矩：M=7000 N·m2. 潜孔钻机的推力：F推=80 KN3.冲击器产生的冲击力：F冲=E/S=520J/8㎜=65 K·N式中：E为冲击器输出的冲击功S为一次冲击钻头轴向压入深度受力简图三、钻头的有限元分析（一）模型受力状态设定1.当钻头在冲力的作用下前端的合金柱先与岩石接触,故将冲击力设定作用在钻头的前两个截面上的合金柱孔底面。
2. 潜孔钻机的推力是保证钻头始终与岩石接触。
故将推力作用在所有合金柱孔底面。
3.转矩是钻机通过冲击器作用在钻头的花键上。
4. 因为钻头前端的合金柱在冲击力的作用下打入岩石部分产成了固定，所以约束点设在钻头前端距中心最近的三个合金柱孔的内圆周面上。
5.在合金柱与钻头本体的过盈配合存在着很大的内应力，故将内应力作用在所有合金柱孔的内圆柱面上(假设压入产生的内应力为200MPa)。
模型设定简图（二）在同样作用力下对三种钻头的应力分布与变形有限元分析1.四翼钻头在没有考虑内应力时钻头的应力分布情况：四翼钻头在没有考虑内应力时钻头的应力的最大值为336.79Mpa,作用在前端的三个合金柱孔上。
2.四翼钻头在没有考虑内应力时钻头的变形情况：四翼钻头在没有考虑内应力时钻头变形量的最大值为0.178㎜,作用在小端，钻头的大端的最大变形量为0.11119mm。
潜孔钻机的基本组成与工作原理
潜孔钻机的基本组成与工作原理潜孔钻机是一种用于在地下进行钻探的设备。
它由多个部件组成，包括钻井机头、矿车、开孔架、液压系统、电气系统和控制系统。
工作原理是通过钻机头在地下打开矿孔，然后将岩屑从孔内取出以便进一步分析。
1.钻井机头：钻井机头是潜孔钻机的核心部件，用于在地下钻取孔洞。
它通常由钢铁制成，具有足够的强度和硬度以应对复杂的地质条件。
钻井机头通常由几个组件组成，包括钻杆、钻头和液压锤。
钻杆通过旋转和锤击来将钻头推进地下。
2.矿车：矿车是潜孔钻机的运输设备，用于在地下将岩屑从孔内取出。
它通常由钢铁制成，具有足够的强度和耐磨性。
矿车通常由几个组件组成，包括车体、转向装置和输送带。
矿车通过转向装置控制方向，并通过输送带将岩屑从孔内取出。
3.开孔架：开孔架是潜孔钻机的支撑装置，用于稳定钻井机头和矿车。
它通常由钢铁制成，具有足够的强度和稳定性。
开孔架通常由几个组件组成，包括主架、支架和固定装置。
开孔架通过固定装置将钻井机头和矿车固定在地下，以确保稳定性。
4.液压系统：液压系统是潜孔钻机的动力源，用于提供钻井机头和矿车的动力。
它通常由油泵、油缸、切换阀和液压油箱等组件组成。
液压系统通过油泵将液压油送入油缸，控制钻井机头和矿车的运动。
5.电气系统：电气系统是潜孔钻机的电力源和控制装置，用于控制潜孔钻机的运作。
它通常由发电装置、电缆、调速器和控制盘等组件组成。
电气系统通过发电装置提供电力，并通过控制盘控制潜孔钻机的运动。
6.控制系统：控制系统是潜孔钻机的智能装置，用于监测和控制潜孔钻机的运作。
它通常由传感器、控制器、显示屏和通信装置等组件组成。
控制系统通过传感器监测潜孔钻机的运行状态，并通过控制器控制液压系统和电气系统的运作。
1.安装潜孔钻机：将潜孔钻机安装在地下的开孔架上，确保稳定性和安全性。
2.下钻井杆：通过液压系统控制钻井机头下钻井杆，将钻头推入地下并旋转。
3.打开矿孔：通过液压锤控制钻井机头在地下打开矿孔，将岩屑从孔内取出。
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钻头小结
• 钻头工作的条件十分恶劣，苛刻，所以钻头的结 构形状、钻齿形状、布置形式要与作业条件相符 合才能提高钻进速度和钻头的使用寿命。
第六节、潜孔钻机的主要工作参数
• 重点：1、钻机的工作参数体现钻机的技术水平与 作业效率（以钻具参数表示）。
• 2、通过具体的工作参数可以合理地选择适合本矿
山的钻机。
一、钻具转速
6500 n D
0.78 ~ 0.95
r
min
D-------钻孔直径mm
决定钻齿与孔底的接触时间，太短岩石破碎效率低、 太长钻进效率低，必须与岩石硬度与钻速相适应。
二、钻具回转转矩
D M Km 8.5
1、钻具的转速是用来克服钻头与孔底的摩擦 阻力和剪切阻力，钻具与孔壁的摩擦阻力，以 及因炮孔不规则造成的各种阻力。 2、钻具的回转力矩必须与工程地质条件相适
的可钻性，钻具及钻头
5、排渣风量
60K D2 d 2 V Q 4 10 6 V 4.7 b 1000
⑴作用：孔底吹洗排渣、冷却钻头。 ⑵要求回风速度大于最大颗粒在孔内空气中的下降速度。风量太大 从孔底吹起的岩渣对钻具有磨损作用（喷砂作用）
本次课小结
• 1、钻头要适应具体的工程地质条件，结构、形状 各异。 • 2、参数计算公式是选择钻机时运用，还要结合一 些手册、经验确定。
2
三、钻具的冲击功
A 2.54 10
2、柱齿钻头的临界值是15J。
3、刃齿钻头的临界值是17J。
2
D
1.78
J
1、必须使冲击功保持在破碎岩石的临界值上。过高
过低比功率消耗大，而且冲击功过低，破碎效率低。
4、钻具轴压力
PH (3 ~ 3.5) f f 坚固性系数（普氏系数 轴压的大小取决于岩石 承载能力。 ） 的轴压
第一章、潜孔钻机
第五节、潜孔钻机的钻头
一、钻头经受作业条件和钻头要求
钻头是传递冲击能量，直接破碎岩石的具。
受力 状态
在钻孔过程中，钻头上端承受活塞的冲击，下 端打击在岩石上，同时还承受着轴压、扭矩和岩碴 的磨蚀作用，受力状态极其复杂。
要求
影响 因素
因此，要求钻头材料具有较高的动载荷强度和优 良的耐磨性；结构上应利于压气进入孔底以冷却钻 头和排除岩碴；形状简单，易于制造；钻头重量与 活塞重量之比应尽可能接近于 1，以提高冲击能量 的传递效率。 影响钻头工作性能和使用寿命的因素很多，包 括钻头的结构设计和钻头体材质的选择；硬质合金 的质量、形状、固齿工艺以及钻头使用和修磨制度 等等。
课间休息
• 机理：利用硬质合金刃角压入岩石内实现破碎岩石，刃角
越小，月锋利。
• ①、使用较早、普遍，合金刃齿能够多次修磨重用，通过 适当增加刃片高度延长钻头的使用寿命。 • ②、钻孔时具有径向磨损小，适用于钻凿磨蚀性高的岩石 ③、≤100mm以十字形较多，≥100mm以超前刃较多。
3、混合型钻头
• 结构特点：在周边镶焊硬质合金片（四翼或六翼 ），在中心装入硬质合金柱。 • 钻孔机理：钻头中心部分破碎的岩石体积小，柱 齿足以克服。外缘用硬质合金片，既便于修磨也 利于对孔底边缘的切削。
• 2、钻头与冲击器的连接方式
• ①扁销连接：结构简单、销槽易产生应力集中而 引起疲劳破坏。小型钻机采用。
• ②花键连接：受力均匀，能传动较大的扭矩、磨 损小、寿命长，大中型采用。 • 3、按钻头排气方式 • 中心排气、旁侧排气
三、钻头头部的结构形式
1、 柱齿型钻头：在钻头工作面上用机械的方法压入
头部为球形的硬质合金柱，故又称之为球齿形钻头。 机理：柱齿钻头便于根据受力状况合理地布置合金柱。边缘
部分速度快、阻力大，可以镶嵌较多的合金柱，使每个齿负
担凿岩面积大致相等，有利于提高钻进速度和钻头寿命。使 用期间个别柱齿损坏不影响使用。
柱齿钻头特点
• 1、为了便于加工和利于中心排气，钻头呈翼状（花瓣状） 2、中硬以上采用半球形合金柱，减少柱齿损失。 • 3、中硬以下采用弹头形合金柱齿提高凿岩效率。
二、钻头结构分类
• 1、按结构形式分类
• ①分体钻头：头部、尾部、钻头如果损坏可以分
别更换，节省钢材，但钻头强度低。
• ②整体钻头：合成一体，钻头强度高，与分体式
相比，能提高能量传递效率；钻头与冲击器之间
多采用花键联接，传递的扭矩大、受力均匀、磨
损小、寿命长工作可靠但作业成本高。
二、钻头结构分类
J-200B型钻头
为了使钻头端面上所有柱齿达到均匀磨损并防止卡钻，J-200B 型钻头头部加工成近似球体，边齿的倾角设计成45°，使边齿突出 较多，有利于提高钻头寿命;此外，还在钻头体周边上铣了一些小缺
口，从减少钻头Байду номын сангаас孔壁的接触面积，减少摩擦，防止卡钻。
2、刃齿型钻头（+字形、×形、星形）