第三章第三章 凿岩及其机具 凿岩及其机具• 凿岩的基本方法是机械破碎法• 分类　　按照破碎作用的方式不同，机械破碎凿岩方法可分为：　　冲击式凿岩，金属矿山多用；　　回转式凿岩，适用于软岩及磨蚀小的岩石；　　回转－冲击式凿岩，兼有前两者的优点，适用范围广泛。主要内容：　　第一节　冲击式凿岩理论　　第二节　凿岩机械　　第三节　凿岩机的主要机构及动作原理　　第四节　凿岩机凿岩效率　　第五节　凿岩机具　　第六节　凿岩台车和台架　　第七节　潜孔钻机　　第八节　牙轮钻机

第一节 冲击式凿岩理论

一、冲击式凿岩的基本现象　　岩石在冲击式载荷作用下，破坏过程有三个基本规律：　　（ 1 ）呈跃进式破坏　　（ 2 ）产生承压核　　（ 3 ）形成破碎漏斗　　在刀具侵入岩石发生跃进式破坏的时候，分离出较大的破碎体，在岩石上形成漏斗状的崩碎坑，称之为破碎漏斗。漏斗的顶角一般在 120 ° － 150° 。

第一节 冲击式凿岩理论（续）

二、冲击功的影响　　评价凿岩工作的主要指标是凿岩速度和效率，两者与比功耗 a 密切相关。比功耗指的是破碎单位体积岩石所需要的功。　　冲击功 A 是破碎效果的基本因素，是冲击式凿岩机械的主要工作参数之一。　　实验结果表明：　　（ 1 ）存在临界冲击功　　（ 2 ）存在稳定区　　凿岩时，必须使冲击功大于临界冲击功，此时的凿岩速度与冲击功成正比。

第一节 冲击式凿岩理论（续）

三、冲击频率的影响　　冲击频率达到临界值以前，凿岩与冲击频率成正比；冲击频率超过临界值后，凿岩速度与冲击频率成反比。　　原因：外载荷从零达到最大需要时间，冲击频率过大时，冲击载荷无法达到最大。　　冲击频率临界值可达 10000次 /min 以上。而目前使用的风动凿岩机冲击频率最高仅达 3500 次 /min 。

第一节 冲击式凿岩理论（续）

四、转角的影响　　在凿岩过程中，两次相邻冲击之间钎头所转动的角度过大或过小，都会影响凿岩速度，转角存在最优值，一般介于 22° － 30 ° 之间。

第二节 凿岩机械第二节 凿岩机械

　　凿岩机根据动力的不同，可分为风动、液压、电动、内燃凿岩机。　　地下矿山的开采中，使用最多的是风动凿岩机。与其它三种凿岩机相比，风动凿岩机有以下优点：　结构简单　安全可靠　坚固耐用　修理简便

第二节 凿岩机械（续）第二节 凿岩机械（续）

　　一、凿岩机械型号编制方法　　原机械部于 1976 所颁布了“凿岩机械型号编制方法”，其标准代号为 JB1590-75 ，如 YT-23 （原 7655 型）。

YT － 23

主要参数代号（机器质量 kg ）

特性代号（－）

类、组、型代号（气腿式风动凿岩机）

　　二、冲击式凿岩的基本动作

　冲击　转钎　排粉

第二节 凿岩机械（续）第二节 凿岩机械（续）

第二节 凿岩机械（续）第二节 凿岩机械（续）

三、风动凿岩机的一般构造（图）　　 YT － 23 型气腿风动凿岩机的组成：　凿岩机　气腿　风管（包括注油器）　水管　钎子

第三节 凿岩机主要机构及动作原理

　　一、冲击配气机构的动作原理　　主要部件：　气缸　活塞　配气装置　排气系统　　主要动作：　工作冲程　返回冲程

第三节 凿岩机主要机构及动作原理（续）

　　二、转杆机构　　根据回转力矩传递方式的不同，将凿岩机的转杆机构分为：　内回转　外回转　　　　 1 、内回转转钎　　一般采用内棘轮机构在活塞回程阶段实现钎子的回转。　　 2 、内棘轮转钎机构　　冲程时，螺旋棒转动，活塞不转；回程时，螺旋棒不能转动，活塞转动。常用凿岩机每次转角 15° － 30 ° ，转速为 150 － 200r/min 。

第三节 凿岩机主要机构及动作原理（续）

　　三、岩粉与排粉方法　　排粉：凿岩过程中，炮眼底部的岩石不断受到钎头冲击破碎成岩粉，必须及时将它排除，才能继续钻进。　　凿岩过程中产生的粉尘，对人体健康影响极大（矽肺病），所以常采用湿式凿岩。　　中心式供水排粉方法。　　 A先通气， B再进水。

第三节 凿岩机主要机构及动作原理（续）

　　四、润滑与润滑机构　　（一）润滑　　作用：减少摩擦、防止生锈、保持间隙的密封。　　润滑剂应具有的性质：　粘度适宜　形成乳剂　高油腊强度　较高的化学稳定性、无毒和无腐蚀性　　（二）润滑机构　　

第三节 凿岩机主要机构及动作原理（续）

　　五、推进与支撑机构　　（ 1 ）气腿构造　　由横臂、架体、活塞、外管、伸缩管、气管、顶叉和把手等组成。　　（ 2 ）气腿工作原理　　气腿工作是依靠调压阀和换向阀控制的。　　调压阀是用来调节气腿轴推力；换向阀的作用是控制气腿的换向动作。　气腿伸出　气腿快速缩回

第三节 凿岩机主要机构及动作原理（续）

　　调压阀的结构

第三节 凿岩机主要机构及动作原理（续）

　　向上式凿岩机的钻眼方向与地面垂直或基本垂直，所以其气腿推进机构可直接固定在凿岩机尾部。其推进工作原理与气腿凿岩机相似。

第四节 凿岩机凿岩效率第四节 凿岩机凿岩效率

　　一、凿岩生产率　　凿岩生产率一般以单位时间内凿出炮眼长度来表示。当采用凿岩台车时，每人每班凿岩生产率 L 可按下式计算：　　　　　　　　　　　　 L＝ TKvn式中　 T －－每人、班的工作时间， min/ （人•班）；　　　 K －－凿岩时间的利用系数， 0.5-0.8 ；　　　 v －－技术（纯）凿岩速度， m/min ；　　　 n －－每名凿岩工同时操纵凿岩机的台数。　　提高凿岩生产率的关键是增加凿岩机台数，增加凿岩时间，减少辅助时间。

第四节 凿岩机凿岩效率（续）第四节 凿岩机凿岩效率（续）

　　二、影响凿岩机纯凿岩速度的因素分析　　大体上可分为凿岩机工作参数、凿岩工作条件、凿岩工具等三个方面。　　（一）轴推力　　最优轴推力　　（二）风压　　 v=Kp(p-p0)1.2 　　见表 3 － 3　　（三）钎头直径与穿孔直径　　 v/v0=(d0/d)n 凿岩指数 n=1.0 － 2.5　　（四）钎杆长度和炮孔深度　　

第四节 凿岩机凿岩效率（续）第四节 凿岩机凿岩效率（续）

　　三、提高凿岩生产率的途径　增加纯凿岩时间　改善凿岩机的设计　使用凿岩台车，逐渐推广应用液压凿岩机　健全凿岩机的维护、维修制度，保证凿岩机的正常运转　提高钎钢质量，研制高效率、高寿命的钎头　加强凿岩技术的研究与开发

第五节 凿岩机具第五节 凿岩机具

　　凿岩分类。按孔深和孔径的不同，分为：　浅孔凿岩，孔深小于 3 － 5m 、孔径为 30 － 46mm　中深孔凿岩，孔深为 5 － 15m 、孔径为 50 － 70mm　深孔凿岩，孔深大于 15m 、孔径大于 90mm 。

浅孔凿岩机具又称为钎子。

第五节 凿岩机具（续）第五节 凿岩机具（续）

　　一、钎头　　（一）钎头形状　一字形、十字形和柱齿合金钎头　　（二）钎头构造　主要参数有：刃角、隙角、曲率半径、初始直径、排粉槽和吹洗孔　　（三）钎头材料　合金钢

第五节 凿岩机具（续）第五节 凿岩机具（续）

　　二、钎杆　中空六角形　非镍铬低碳合金钢和其他新材料　平均寿命 150 － 250m　破坏形式：钎杆折断、钎尾堆顶和钎肩磨损　钎尾常用形式，右图所示

第五节 凿岩机具（续）第五节 凿岩机具（续）

　　三、钎头与钎杆的连接　　常采用锥形连接。　　 ISO1718 － 1974国际标准：　锥角 7°　锥孔深度 48 － 54mm　钎梢插深为 38mm左右

第六节 凿岩台车和台架第六节 凿岩台车和台架

　　凿岩台车是机械化程度较高的钻孔设备，配合使用导轨式凿岩机，提供推进、定位、行走等功能。凿岩台车分掘进台车、采矿台车和锚杆台车。

第六节 凿岩台车和台架（续）第六节 凿岩台车和台架（续）

第七节 潜孔钻机第七节 潜孔钻机

　　（一）工作原理　　潜孔钻机的工作原理和普通冲击转式风动凿岩机一样。潜孔钻机是由于冲击机构潜入也底而得名。　　潜孔钻机是一种大孔径深孔钻孔设备，分为露天和地下两种。　　（二）潜孔钻机的优缺点　　露天开采中，潜孔钻机与牙轮钻机相比，具有结构简单，使用方便，成本低，不受孔深限制，可以钻凿斜孔等优点，但钻孔次序不，没有牙轮钻机高。　　（三）使用情况　　目前国内中小型露天矿山基本上使用潜孔钻机，大型露天矿山作为辅助钻孔设备。大型地下深孔采矿方法多数采用潜孔钻机，少数采用牙轮钻机。