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。
⑵有阀冲击器的工作原理
当钻头触及孔底后，钻头尾部顶起活塞，使活塞后端将防空打孔 ⑤堵死，露出前腔进气孔⑥，压气由此进入前腔，同时活塞前端密封 面把前腔密封。于是，前腔压力升高，压气推动活塞回程，活塞由静 止开始作加速运动。后腔气体由活塞中心孔排出。当活塞中心孔被阀 座上的配气杆堵死后，后腔气体被压缩，压力逐渐升高。活塞继续向 后运动，当活塞前端脱离衬套的密封面时，前腔气压从钻头中心孔排 出。这时前腔压力逐渐降低，阀片后侧的压力也随之逐渐下降；
⑵有阀冲击器的工作原理
活塞回程结束后，由于后腔继续进气，后腔压力升高，推动活塞向前 运动，冲程开始。前腔气体继续由钻头中心孔排出。当活塞前端密封面进 入衬套时，前腔排气通路被关团，气体被压缩，压力上升。当活塞后端脱 离阀座上的配气杆时，后腔开始排气，这时活塞仍以很高的速度向前运动， 直至冲击钻头尾部，冲程结束。在活塞冲击钻头尾部之前，后腔压力逐渐 降低，阀片前侧的压力亦随之下降;同时，由于后腔的排气作用，阀片前侧 的气流速度加大，也使阀片前侧的压力降低。而前腔压力不断上升，阀片 后侧压力亦不断增加。当阀片后侧压力大于前侧压力时，阀片即向前移动， 盖住了后腔的进气通道，压气重新进到前腔，开始下一个工作循环。
⑵有阀冲击器的工作原理
与此同时，由于前腔排气，阀片后侧的气流速度增大，也使阀片后侧的 压力下降。活塞依靠惯性继续往后，后腔压力不断上升，作用在阀片前 侧的压力也不断上升。当作用在阀片前侧的压力大于阀片后侧的压力时， 阀片便向后移动，关闭阀盖上的孔④，打开阀座上的轴向孔③，阀片完 成一次换向。从孔②来的压气改道经孔③进入气缸后腔。此时，活塞继 续作减速运动，直至停止，回程结束。阀座上的两个小孔是为了提高后 腔压力，避免活塞打击阀座，使活塞停止时有一定厚度的气垫。
J系列潜孔冲击器
SERIES J DTH DRILL HAMMERS
冲击器型号 Drill Hammer Models 冲击功(kg· m) Impacting Working 耗风量(m3/min) Air Consumption 后接头螺纹 Back Adapter Thread
三 钻头
钻头是传递冲击能量，直接破碎岩石的具。
在钻孔过程中，钻头上端承受活塞的冲击，下 受力 端打击在岩石上，同时还承受着轴压、扭矩和岩碴 状态 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。
潜孔钻机不象凿岩机接杆钻进那样，能量损失随钎杆的加长而增 加，因而能打深孔、大孔；应用于井下钻孔时，同凿岩机相比，由于 冲击器深入孔内作业，工作面噪音大大降低；应用于露天钻孔时，同 钢绳冲击式钻机相比，钻孔速度提高2~3倍，机械化程度较高，辅助 作业时间少，提高了钻机作业率；潜孔钻机重量较轻，机动灵活，投 资费用低，特别是能钻斜孔，有利于控制矿石的品位、增加边坡的稳 定性、消除根底、提高爆破质量。 按作业环境的不同，有井下潜孔钻机和露天潜孔钻机两大类型。 露天潜孔钻机，按钻孔直径和重量的大小，有轻型、中型和重型三种。
一 潜孔钻机作业示意图
二 潜孔钻机凿岩原理及其特点
潜孔钻机可在中硬或中硬以上(f≥8)的岩石中钻孔。它与凿岩机一 样，都有冲击、转动、排碴和推进的凿岩成孔过程，同属冲击转动式 钻孔。如同外回转凿岩机一样，具有独立的回转机构和冲击机构，不 同的是潜孔钻机的冲击机构——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。潜孔钻机即因冲击器潜入孔底而得名。
⑵有阀冲击器的工作原理
当钻头未触及孔底时，钻头及活塞均处于下限位置，阀片 7前后两侧的压力相等，依靠自重落在阀座8上。由中空钻杆输 入的压气进入后接头，压缩弹簧，推开止逆塞后，分成两路。 一路进入止逆塞孔①，经阀盖、节流塞、阀座、活塞和钻头各 零件的中心孔直吹孔底；另一路经阀盖轴向孔②，通过阀片后 侧面与阀盖之间的间隙进入孔④，再经内外缸之间的环形气道， 从防空打孔⑤进入后腔，并排至孔底。
比较
⑶无阀冲击器的工作原理
冲程时，压气经由内、外缸之间的环形空间①、内缸径向孔③和活 塞大头外表上的纵向沟槽②进入后腔，推动活塞作冲程运动。前腔气体 经导向套内气道④和钻头中心孔排至孔底。当活塞大头后密封面将沟槽 气道②关闭后，后腔停止进气，活塞依靠后腔气体的膨胀作功而继续向 前运动。当活塞小头关闭及越过气道④时，前腔气体被压缩。当活塞大 头前密封面脱离内缸壁时，压气进入前腔，此时活塞依靠惯性继续前进。 当活塞脱离配气杆后，后腔气体经中心孔排至孔底，随后活塞小头打击 钻头尾部，冲程结束。
⑶无阀冲击器的工作原理
回程时，压气经由气道①、孔③以及活塞上纵向沟槽②与隔套构成 的环形空间，从气道④进入前腔，推动活塞作回程运动。后腔气体经中 心孔排出。当活塞大头前密封面进入内缸时，进入前腔的压气通道被切 断，活塞在前腔气体膨胀作用下继续回程。当活塞进入配气杆时，后腔 气体被压缩。当活塞小头越过气道④时，前腔气体经钻头中心孔排出。 当活塞大头后密封面脱离内缸时，压气经气③和活塞上纵向沟槽②进入 后腔，活塞继续减速，直至静止在上死点，接着开始下一个冲击循环。
第4章 潜孔钻机
一个以乘坐外国轿车、使用外国电器 为骄傲的民族决不是一个伟大的民族；一 个没有先进制造业的国家不可能是一个强 大的国家。
武汉理工大学 机电工程学院
第4章 潜孔钻机
4.1 概述 4.2 钻具
4.3 潜孔钻机工作参数的确定
4.4 井下潜孔钻机 4.5 露天潜孔钻机
武汉理工大学 机电工程学院
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。井下潜孔钻机的钻杆较短，长度一 般为800～1300mm，钻完一个深孔需要几十根钻杆。露天潜孔钻 机一般只有二根钻杆，接杆可钻15～18m深的孔。 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碴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 中空厚壁无缝钢管。 钻杆直径的大小，应满足排碴的要求。由于供风量是一定的， 排出岩碴的回风速度就取决于孔壁与钻杆之间的环形断面积的大 小。对于一定直径的钻孔，钻杆外径越大，回风速度越大。一般 要求回风速度为25～35m/s.。
柱齿钻头
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。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；钻头体通常做成 整体式，便于加工和使用，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。
柱齿钻头图片
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，从减少钻头与孔壁的接触面积，减少摩擦，防止卡钻。
⑴有阀冲击器的构造
冲击器通过活塞的运动把压气的压力能转变为破碎岩石的机械能
⑴有阀冲击器的构造
冲击器通过接头1上的螺纹与钻杆联接。接头l上镶有硬质合金柱，用以 防止因上部掉入物料而卡磨冲击器，减少外缸10与孔壁的摩擦，延长冲击器 使用寿命。配气机构由阀盖6、阀片7、阀座8等组成。活塞9是一个中空棒锤 形圆柱体。气缸由内缸11和外缸10组成。内外缸之间的环形空间是气缸前腔 的进气道。外缸联接安装着冲击器的所有机件。衬套12位于卡钎套15的顶端， 活塞运动时，其前端部分可在衬套里滑动。卡钎套15通过螺纹与外缸联接在 一起，并依靠其内壁上的花键带动钻头23转动。钻头23是整体式球面柱齿钻 头。钻头尾部可在卡钎套内上下滑动。为了防止钻头在提升或下放时脱落， 用圆键17把钻头与卡钎套连在一起，并用柱销13和钢丝16阻挡圆键，防止钻 头掉入孔内。碟簧4的作用是补偿接触零件的轴向磨损，保证零件压紧，防 止高、低压腔连通以致影响冲击器性能，它在工作时还起到减振的作用。 为了使冲击器能在含水层里正常作业，J—200B型冲击器设有防水装置。 防水装置由密 封圈19、止逆塞20和弹簧21组成。工作时在压气的作用下，弹 簧处于压缩状态，止逆塞前移，压气便可进入冲击器。当停止供气时，止逆塞 在弹簧作用下自动关闭进气口。冲击器 内的气体被封闭，阻止了钻孔中的涌 水及泥沙倒灌入冲击器。
⑴有阀冲击器的构造
在阀盖与阀座之间设置了可更换的节流塞5，以便根据岩石的比重 和风压的大小更换此节流塞，用适当直径的节流孔来调节耗气量和 风压，保证有足够大的回风速度，使孔底排碴干净。 在钻孔过程中，有时要在提升或下放钻具的同时给冲击器输送 压气，用以喷吹孔底积存的岩碴或处理夹钻。此时，如果冲击器继 续冲击，势必空打钻头，这就容易损坏卡钎套等零件，这种现象称 为空打现象。冲击器都设计有防空打结构。当提升或下放钻具时， 钻头依靠自重下落，其尾部卡在圆键上，活塞也随之处于下限位置， 这时内缸壁上的进气孔⑥被活塞堵死，露出孔⑤，活塞前端的缩颈 部分与衬套的内孔之间形成的环形空间使前腔与孔底沟通，前腔气 体排至孔底。由孔⑤进入后腔的压气经活塞中心孔直吹孔底，活塞 停止运动，因而消除了空打现象。通常把孔⑤称为防空打孔。
有阀冲击器和无阀冲击器的比较
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，压气从排气口排出，压气的能量没有被利用。 无阀冲击器则利用了压气的膨胀作功推动活塞运动。 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 击器的主要零件精度要求较高，加工工艺较复杂。