第5章钻孔机械

分类
潜孔钻机
井下潜孔钻机
露天潜孔钻机
轻型
中型
重型
井下潜孔钻机
井下潜孔钻机用于 井下钻孔作业。在无底 柱分段崩落采矿法中， 用于钻扇形爆破深孔； 在掘进天井、通风井时， 用于钻吊罐穿绳孔；在 掘进平巷或各种硐室时， 用于钻中深爆破孔。
QZJ—100B
QZJ-100B潜孔钻机
QZJ100B潜孔钻机，是一种由气动马达驱动回转，气 缸直接推进的支架式穿孔设备，其工艺稳定，性能可靠， 动力单一，体积小，重量轻，效益高。该机是我厂主导产 品之一，是用户理想的井下潜孔钻机。 该机配备电动驱动回转，则为QZJ100D型井下潜孔钻 机。
井下采矿流程－凿岩
凿岩俗称打眼，按照技术要求打出一定深度的炮孔，为装炸药爆破工序做好准备。 7655打眼深度一般为2～3m，凿岩台车打眼深度为4m。
正在往外退凿岩机
凿岩台车正在凿岩
井下采矿流程－凿岩台车
凿岩台车2分钟可钻进4m 炮孔，图为台车正在向采 场行进
项目 生产厂商 设备外形尺寸 设备重量 行走最大速度 内外转弯半径 最大爬坡能力 大臂型号 转动角度 配用凿岩机 凿岩机冲击频率 冲击压力 冲击功 配用钎杆 柴油机型号 额定功率 电压 水量 水压 轮胎规格
20
CSY-50全液压采矿凿岩台车-结构
CSY-50全液压采矿凿岩台车
特点：
（1）液压凿岩智能控制 （2）高精度程序布孔定位 （3）软特性自动防卡杆 （4）有线远程电液比例控制 （5）高的机械和电子控制系统可靠性 （6）高通过性、大爬坡能力专用承载底盘 （7）与智能控制系统匹配的高效液压系统 （8）适合深孔接杆钻进的安全、可靠、自动化程度高的 扶杆和接卸杆机构 （9）适合深孔接杆钻进的液压推进器
在冲击功、冲击频率和活塞重量完 全相同的情况下，细长活塞所产生的应 力峰值小，波的作用时间长，破碎岩石 的效果好，单位耗功小。所以国产冲击 器都采用棒槌形细长活塞的结构。
冲击功越大，冲击频率越高，冲击 效率就越大。但冲击功率大，钻孔效率 不一定就高。实践表明，破碎岩石的冲 击功不足，不能用提高冲击来补偿。因 此，国产冲击器多属于大冲击功、低冲 击频率类型的冲击器。
1－摆臂缸；2－转柱套； 1－车架；2－螺旋棒；3－活 3－转柱轴；4－稳车顶 塞(螺旋母)；4－轴头；5－缸 杆 体
推进器翻转机构
使凿岩机能以最小的倾角和最小距离贴近于巷道侧壁和底版处凿岩 与转柱相反，即油缸外壳不动而活塞可转动，从而带动推进器 作翻转运动 借助转动卡座2和支承座7将推进器1安装于翻转油缸上，翻转油 缸外壳通过转叉和弯铰头与钻臂相连。因此，翻转油缸固定不 动。转动卡座通过连接筒3上的花键槽与转动体5相连。当向油 缸内供油时，转动体5则在螺旋棒上作直线旋转运动。于是，连 接筒获得绕油缸轴线作旋转运动，并通过转动卡座带动推进器 拖架作0-180度的翻转运动。
该机配备露天支架（雪橇式或三角式），则为100B(D) 系列露天潜孔钻机。是小型露天矿山及采石场、中小型土 石方开挖工程的理想穿孔设备，是大中型矿山及工程施工 不可缺少的辅助穿孔设备。
液压平移机构
平移引导油缸２与俯仰角油ຫໍສະໝຸດ Baidu５两者的有杆腔连通，两者的无 杆腔亦联通。当钻臂１在支臂油缸４作用下升起（落下）一个 角度时，平移引导油缸的活塞杆即被拉出（缩回）。此时，引 导竿某腔中的压力油经油路将排入俯仰角油竿的相连通的腔中， 并使后者的活塞杆缩回（伸出），从而使推进器下俯（上仰） 角。在钻臂升降过程中，推进器将始终保持平行移动，从而满 足平行钻孔的工艺要求。工作图如图3-13所示。
这是因为：
一方面，受到钻头硬质合金柱强度 的限制； 另一方面，在钻头直径一定的情况 下，不同的冲击功单位功耗差别很大。
破碎每一种岩石都存在一个单位功 耗最低的最优冲击功范围。
对于一定直径的冲击器，当冲击功 或冲击频率确定之后，活塞的冲击速度 即可确定。
活塞冲击速度也有一最优的范围。 根据应力波理论，活塞和钻头的疲劳破 坏，主要取决于最大应力—应力波峰值, 而随着活塞速度的提高，应力峰值也会 增大。
影响钻头工作性能和使用寿命的因素： 钻头的结构设计和钻头材质的选择
硬质合金的质量、形状、固齿工艺
钻头使用和修磨制度
钻头按照镶嵌的硬质合金的形状， 主要分为： 刃片型钻头 柱齿型钻头
刃片型
硬质合金片； 修磨较易； 合金片分布不合理； 边缘部分负担重、磨损 快，钻进速度受影响； 因经常修磨和更换钻头 而降低了工作效率。
凿岩台车的生产率计算
L K V T n 10
2
L-每班钻进深度，m；n-凿岩台车上同时工作的凿岩机台数；T-每 班纯工作时间，min；V-技术钻进速度，其值与台车的构造有关， cm/min；K-凿岩机的时间利用系数。
凿岩机类型及台数的确定
根据工作面尺寸和所凿钻孔总深度来确定
n
100 L K V T

100Z h K V T
L-所需钻孔的总深度，m；Z-所需钻孔数；h-每班所钻孔的平均深
度，m；T-每班纯工作时间，min；V-技术钻进速度，其值与台车的 构造有关，cm/min；K-凿岩机的时间利用系数。
将
n 1 T 90 min
v 2.4m / min
气(液)马达-链条式推进器
1－链条张紧装置；2－导向链轮；3－导轨；4 －滑板；5－减速器；6－气马达；7－链条
油(气)缸-钢丝绳式推进器
1－导轨；2－滑轮；3－推进缸；4－调节螺杆；5－钢丝绳；6－油管接头；7－绕管器； 8－凿岩机；9－滑板；10－钎杆；11－托钎器
气马达-丝杠式推进器
1－气马达；2－丝杠；3－滑板；4－凿岩机；5－导轨；6－托钎器；7－顶尖
推进器平移机构
当钻臂移位时，托架和推进器随机保持平行移位
当钻平行钻孔时，将仰俯角油缸3处于 中间位置，因AB=CD,BC=AD,构成一个 平行四边形杆件系统。其中AB杆垂直 于车架，CD杆垂直于推进器水平线。 当通过支臂油缸4使钻臂升降时，AB和 CD杆始终保持平行。推进器的轴线始 终保持平行状态。从而获得一组相互 平行的钻孔。 当钻倾斜钻孔时，需向俯仰角油缸3的任一侧输入压力油， 使连杆2伸长或缩短，可获得相对应的向上或向下的倾斜钻 孔。
单位 mm kg Km/h mm %
MERCURY-1FP凿岩台车 SANDVIK 10165×1400×2750 10100 10 2900/4950 35 B26F 320° X2
MERCURY-1FP锚杆台车 SANDVIK 8750×1400×2750 10000 10 3550/5700 35 B26F 320° HYD.200 40~65 140~200 200 B25×R25×R32×2200 DeutzF4L912W 38(2300RPM) 380 25 12~15 10.00-20
气腿凿岩机不能满足此要求。
重型导轨式凿岩机虽经接杆能钻较深的孔， 但其能量传递效率低，钻进速度随钻孔深度 加大而下降。
在这样的背景下，美国英格索兰公 司在1932年首先提出了潜孔凿岩的方法。 第二次世界大战后，逐步推广到露天采 矿。其特点就是活塞打击钻头时能量损 失不随钻孔的延伸而加大。
我国在中、小型矿山、特别是在建 材、水电、交通、港湾和国防工程中广 泛使用着潜孔钻机。
钻 具
钻杆 冲击器 钻头
一、钻杆
钻杆的作用是把冲击器送至孔底、 传递扭矩和轴压力，并通过其中心孔向 冲击器输送压气。 钻杆承受着冲击振动、扭矩及轴压 力等复杂载荷的作用，并且由孔壁和钻 杆之间排出的岩渣对其表面产生喷砂性 的磨蚀作用。
因此，要求钻杆有足够的强度、刚 度和冲击韧性。钻杆一般采用中空壁厚 无缝钢管。
无阀冲击器则利用了压气的膨胀作 用功推动活塞运动，减少了能量消耗， 压气耗量比有阀冲击器节省30%左右， 并具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部件精度要 求高，加工工艺较复杂。
三、钻头
钻头是传 递冲击能 量，直接 破碎岩石 的工具。
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、 扭矩和岩渣的磨蚀作用，受力状态极其复杂。 因此，要求钻头材料具有较高的动荷载强度 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渣；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。
1－齿条齿轮式回转机构；2－支臂缸；3－ 摆臂缸；4－主臂；5－仰俯角缸；6－副臂； 7－托架；8－伸缩式推进器
回转机构
•安装和支持钻臂 •使钻臂沿水平轴或垂直轴旋转 •使推进器翻转
转柱
螺旋副式转柱
齿轮齿条式旋转机构
1 －液压锁;2 －油缸; 3 －活塞;4-衬套; 5 －齿 轮; 6 －齿条;7-导套
直角坐标钻臂
支撑托架、推 进器、凿岩机
直角坐标钻臂
1－摆臂缸；2－转柱；3－支臂缸；4－钻臂；5 －仰俯角缸；6－补偿缸；7－推进器；8－凿岩 机；9－摆角缸；10－托架
极坐标钻臂
复合坐标钻臂
1－齿条齿轮式回转机构；2－支臂缸；3 －钻臂；4－推进器；5－凿岩机；6－补 偿缸；7－托架；8－仰俯角缸
K 0.7
代入以上公式，有：
L 151m
， ，
采场掌子面规格为8m×（3.5~4.0）m，掌子面炮孔布 置36~38个，每个孔深为4.0m，崩矿深3.8~4.0m，崩矿 量为 340t
CSY-50全液压采矿凿岩台车
CSY-50全液压采矿凿岩台车
主要用于我国地下矿山分段采矿法中，钻凿直径Φ64mm ～Φ76mm、深度25m以内的炮孔，具有能耗低、效率高、 噪音小、工作环境干净、人机关系优良、自动化程度高等 特点，是当前矿山急需的换代装备。
CSY-50全液压采矿凿岩台车
CSY-50全液压采矿凿岩台车
其主要技术参数为：
①钻孔直径：φ64mm～φ76mm ②钻孔深度：25m ③钻孔角度：180° ④凿岩速度：0.3～1.8m/min ⑤推 进 力：15000N ⑥冲 击 功：300J ⑦行走速度：2.5km/h ⑧爬坡能力：15° ⑨控制方式：有线远程电液比例控制
第二节
潜孔钻机
潜孔钻机是一种冲击转动 式钻机，具有独立的回转机 构和冲击机构。
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。
潜孔钻机工作原理图
1－钻杆；2－旋转机构；3－推压机构；4 －冲击器；5－活塞；6－钎头；7－进气管
出现原因
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
第5章 钻孔爆破机械
第一节
凿岩台车
①自动进入和退出工作面 ②按炮孔布置图的要求，准确地找 到工作面所要凿的炮孔位置和方向 ③将凿岩机顺利地推进或退出
轮胎式凿岩台车的外形
轮胎式凿岩台车总体结构
1－钎头；2－托钎器；3－顶尖；4－钎具；5－推进器；6－托架；7－摆角缸；8－补偿缸； 9－钻臂；10－凿岩机；11－转柱；12－照明灯；13－操作台；14－转钎油泵；15－车体； 16－行走装置；17－支臂缸
Hz Bar J mm KW V l/min Bar
40~65 140~200 330 B32×R32×R32×4300 DeutzF4L912W 38(2300RPM) 380 25 12~15 10.00-20
凿岩台车选择与计算
①凿岩速度快、工作稳定可靠、结构简单、便于操作维修 ②满足各种凿岩爆破工艺对钻孔布置和深度的要求 ③巷道断面尺寸和运输方式等的要求
二、冲击器
冲击器是潜孔钻机的心脏部位，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。
有阀冲击器与无阀冲击器 的比较
有阀冲击器的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 换向这段时间内，压气从排气孔排出， 压气的能量没有被利用。
柱齿型
球形硬质合金柱； 能量传递效率高； 合金柱布置合理； 边缘部分受力均匀、磨 损小钻进速度快、钻头 寿命长； 钻头常为整体式，便于 加工和使用。
冲击器的冲击功、冲击频率和耗气 量是表征冲击器性能优劣的三个主要参 数。 冲击器的冲击功越大，钻孔速度越 高。提高冲击功最有效的途径是提高压 气压力。 但是，冲击功的增加也有一定限度。