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1、第二章 钻眼爆破井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩和爆破破岩两种。目前使用最为普遍的是爆破破岩。第一节 钻眼机具进行爆破破岩，须先钻出炮眼、安放炸药，而后爆破。井巷掘进中，在岩石上钻眼，主要采用冲击式钻眼法；在煤上钻眼，主要采用旋转式钻眼法。冲击式钻眼法使用的钻眼机械是凿岩机；旋转式钻眼法使用的钻眼机械则多是电钻。凿岩机以使用的动力不同，分风动凿岩机（一般简称凿岩机或风钻） 、液压凿岩机及电动凿岩机等。一、风动凿岩机风动凿岩机以压缩空气为动力。它分气腿式、向上式和导轨式几种型式。气腿式凿岩机的外形（以 YT23 为例）见图 2-1。气腿 5 支承凿岩机主机 l，通过钎子 2 钻凿
2、岩石。在岩巷掘进中，目前主要使用气腿式凿岩机。与气腿轴线平行（或旁侧气腿）或与气腿整体联接在同一轴线上的凿岩机，称向上式凿岩机，只适于向上钻眼，专供掘进反井或向上钻锚杆眼之用。导轨式凿岩机是大功率凿岩机，重量大，凿岩机主机安放在供它作往复运动的导轨上，并配有自动推进装置。在巷道内钻眼时，需将凿岩机主机连同导轨和自动推进装置安设在起支撑作用的钻架上，或与凿岩台车、钻装机配合使用。国产各类凿岩机的性能列于表 2-1。（一）凿岩机的主要构造以 YT23 型气腿式凿岩机为例，主机由柄体 A、缸体 E 和机头 H 三大部分组成。见图 2-2。在柄体部分装置有进气和进水管道、操纵阀、气腿的调压阀和换向阀、
3、水针、风水联动装置。缸体内有一可以前后移动的活塞 F、和装在阀柜 D 内的配气阀 C，以及使钎子转动的棘轮和螺旋捧系统 B。活塞前部的锤 G 插入机头 H 内的转动套 I 中，钎子尾部在 I 中承受 G 的冲击力。这些主要构造部件，在各种凿岩机中都是相同的。（二）凿岩机动作原理冲击式钻眼时，其破岩如图 2-3 所示，钎刃在冲击力 F 的作用下侵入岩石，凿出深度为 h 的一条沟槽 I-I，随后将钎子转动一个角度 ，在第二次冲击时，不但可凿出第二条沟槽-，而且位于两个沟槽之间的三角块，也将由水平分力的作用被剪切下来。如此循环，炮眼就可逐渐加深。但破碎下来的岩粉必须及时排出。因此，凿岩机内设有冲击机
4、构旋转机构和排粉系统，来完成上述三个任务。此外，凿岩机还需润滑与控制，所以还附有润滑系统和操纵系统。1.冲击机构冲击机构主要由气缸、活塞及配气装置组成。借助配气装置可自动变换压气交替进入气缸的后、前腔，使活塞在气缸中前后移动，和它联为一体的锤 G 也随之前后移动。向前移动叫冲程，锤在冲程末端打击钎子，向后移动叫回程，为下一次冲击作准备。常用的配气装置有环阀、控制阀和无阀三种。1）环阀配气。环阀具有结构简单、加工容易、动作可靠等优点（图 22） 。（1）冲程。在图 2-2，a 中，压气从操纵阀孔道 1 进入柄体气室 2，经棘轮孔道 3和阀柜孔道 4 进入阀柜前气室 5。当配气阀 C 位于阀柜后方
5、时，压气经过由配气阀与阀柜前盖之间的缝隙进入气缸后腔，推动活塞前进。这时气缸前腔是经诽气口 8 与大气接通的。当活塞向前移动到前端面 9 堵住排气口 8 时，气缸前腔的剩余空气将因活塞的继续前移而被压缩，其压力逐渐增高，并沿回程孔道 11 返回到阀柜后气室 10，对配气阀的后端面施加压力。这时活塞后端面 7 已经越过丁排气口 8，气缸后腔排气，但活塞由于惯性还在继续向前移动，井使锤 G 冲击钎子。由于气缸后腔排气，阀的前端面压力也迅速降低，当压力降到低于阀后端面上剩余气体压力时，配气阀就被推向前，封死了进气缝隙，气缸后腔停止进气，结束了冲程运动。（2）回程。在图 2-2，b 中，压气自气室 5
6、 经配气阀后端面与阀柜之间的缝隙进入气室 10，并经孔道 11 进入气缸前腔，推动活塞后退。当活塞后端面 7 堵住排气口时，气缸后腔的剩余气体也因活塞后移逐渐增加压力，并通过孔道 6 作用在配气阀的前端面。由于活塞前端面 9 越过了排气口，气缸前腔、孔道 11 和气室 10 的压力都迅速下降，当配气阀前端面压力高于后端面时，配气阀就被推后退，重新开始下一个冲程运动。2）控制阀配气。控制阀是一种适应性更强、了此更稳定可靠的配气装置。它的特点是配气阀的换位是由压气推动的，达样可保证活塞走完全部冲程，但是在缸体上要多两条控制气道，阀的加工也比较复杂。国产凿岩机采用这种阀的最多，它的工作原理见图 2-
7、4。冲程时配气阀位于阀柜后方。压气经 1、2、3、5、6 进入气缸后腔，推动活塞前进。当活塞后端面打开控制气道 8 时，一部分压气经 8 进入气室 9 推阀向前换位。此时活塞还继续前进使气缸后腔接通排气孔 7 并冲击钎子。回程时，配气阀位于阀柜前方，压气经孔道 11 进入气缸前腔使活塞后退。在活塞前端面打开控制气道 10 时，压气进入气室 4 推阀后移换位。3）无阀配气。无阀配气没有专用的配气阀，它利用与活塞连在一起的一段园杆，随着活塞的移动来完成配气工作。它的结构简单能充分利用压气膨胀做功。这种凿岩机的活塞冲程较短、冲击频率比较高，故钻速快、耗气少、效率高，但噪音及震动也比较大。它的工作原理
8、见图 2-5。冲程时，活塞及配气圆杆均位于后方，压气经气道 l 进入气缸后腔推活塞前进。当圆杆封闭住气道 1 时，后腔停止进气，依靠已充入气缸后腔的压气膨胀作功，使活塞继续前进并打开排气口，使后腔排气。此时，活塞靠惯性向前冲击钎子，同时配气圆杆打开进气道 2。回程时，压气由气道 2 进入气缸前腔，推活塞和配气圆杆后退，陆续封闭气道 2、打开排气口、最终再打开气道 1，又进行下一个冲程运动。2.旋转机构大多致凿岩机都是采用棘轮机构并利用活塞的运动来转动钎子的。棘轮机构有一下两种。1）内棘轮与螺旋棒转钎机构。这是最常使用的转钎机构，见图 2-6。在阀柜后面装有一个内齿棘轮，它与螺旋律咬合，构成一个
9、逆止机构，使螺旋棒只能按图中实线箭头的方向转动，不能逆转。螺旋棒上的斜齿用螺旋母与活塞咬合。冲程时，活塞前进推动螺旋棒旋转，故活塞能直向前进。回程时，由于螺旋棒不能逆转，棘轮与阀柜又都是用销钉固定在缸体上的，故迫使活塞沿螺旋棒斜齿转动一个小角度。活塞前端的锤用花键与转动套咬合，六角形钎尾也插在转动套中，因此活塞在回程时就带着转动套和钎子一齐转动。2）外棘轮与活塞螺旋梢转钎机构。对于无阀凿岩机，由于活塞后面带有配气圆杆，无法安设螺旋棒需要采用这种转钎机构，见图 2-7。在活塞锤上有四条直槽 6 和四条斜槽 3，直槽与转动套 7 咬合，斜槽与外齿棘轮 4咬合。外齿棘轮与安设在机壳上的棘爪 5 组成
10、逆止机构，使棘轮只能按图中实线箭头方向旋转，不能逆转。冲程时，活塞迫使棘轮转动，活塞不转。回程时，由于棘轮不能逆转，斜槽迫使活塞一面后退一面旋转，同时直槽推动转动套和钎子一齐转动。除了上述两种转钎机构外，还有一种独立回转机构，常为重型凿岩机和液压凿岩机采用。它由一个专用马达（风动或液压）经减速后带动钎子连续旋转。特点是扭矩大，不易夹钎，转速可调能适用于各种不同的岩石，可以反转便于安装拆卸接杆钎子。3.钻眼时岩粉的排除钻眼时产生的岩石粉尘必须及时排除。排粉方法有干式和湿式两种。干式排粉是将压气导入钎子中心孔送到炮眼底部将岩粉吹出，这种排粉法使工作面粉尘飞扬，对工人健康十分有害，易使工人罹致矽尘病
11、。湿式排粉是将一定压力的水经由水针和钎子中心孔送入炮眼底部，使岩粉在充分润湿后排出，这样能有效地防止粉尘飞扬，大大降低了空气中粉尘浓度。 煤矿安全规程规定，开凿井筒或掘进岩巷、半煤岩巷和煤巷时，都必须采用湿式钻眼，并规定井下有人工作地点及人行道的空气中粉尘浓度最高允许值是：含游离 SiO210的粉尘为 2mg/m3；含游离 SiO210的水泥粉尘为6mg/m3；含游离 SiO210的粉尘为 10mg/m3。湿式排粉要注意防止冲洗水流入凿岩机内，造成润滑失效、机体发热、工作不正常、零件锈蚀等问题。因此水压比风压必须低 0.10.2MPa ，但也不应过低，否则就会因冲洗不充分造成堵塞钎子出水孔产生
12、夹钎现象。在凿岩机操纵闽上还设有一档加强吹粉档位，必要时，可直接将压气吹入孔底，加强排出粉浆的能力。在凿岩机构造上也有一些防止冲洗水流入机体的措施：1）强吹孔道内经常有一小股气流向转动套内吹送，将倒流的水吹出。2）有些凿岩机水针是双层的，内层送水外层送压气。水针出水端如果有水向机内倒流，就会被流动的压气档住。3）凿岩机都设有风水联动注水阀，以保证开钻时立刻供水，停钻时立刻停水。注水阀的构造见图 2-8。凿岩机工作时，柄体气室的压气经孔道 3 推注水阀 2 向后移动，打开水道 5，使水流入水针。凿岩机停钻时，由于柄体气室没有压气，弹按 1 推动注水阀堵住进水孔道5，使水不能进入水针。4.凿岩机的
13、润滑凿岩机的冲击频率通常为每分钟两千次左右甚至接近三千次，若不注意润滑，必将迅速发热磨损。国产凿岩机都带有名为注油器的附件，它为悬挂式和落地式两种，悬挂式的悬在风管弯头处（图 2-1） ，容油量较小；落地式注油器放在离凿岩机不远的进风管中部，容油量较大，它们的构造基本相同。悬挂式注油器构造见图 2-9。注油器内管与进气软管相连。当压气在内管中通过时，经横管上的小孔 l 进入出内管和外管夹层构成的油室 2，使油面压力增大，润滑油就沿导管 4 经针形阀从横管上的小孔 3 喷出，并被压气吹散成雾状，与压气混合一同进入凿岩机。凿岩机内凡是压气能到达的地方，油雾也都能到达，使凿岩机零件能够得到良好的润滑
14、。进油量的大小以 35mL/min。为宜，可以调节针形阀加以控制。凿岩机润滑油的运动粘度要根据工作环境温度来选择，气温越高，油的运动粘度应越大。常采用的润滑油有 30 号、40 号、50 号机油及 20 号、30 号透平油等（三）凿岩机的性能分析1.冲击功和扭矩冲击功的大小直接影响凿入岩石的深度。由于岩石的破碎是突跃式的，即冲击功加大到一定程度，破碎岩石的体积不再增加甚至还会减少（原因是不增加破碎岩石，只增加钎子在眼底的阻力） ，故破碎岩石的效率要降低。因此人们希望找到一种凿碎单位体积岩石耗功最少的机械。但是由于岩石性质千差万别，所需破岩效率最高的冲击功也各不相同，因此冲击功的大小最好是可调的
15、，这一点现有的风动凿岩机还办不到。扭矩推动钎子旋转，它只改变每次冲击时的钎刃位置，并不直接破碎岩石，旋转是在钎子冲击岩石后弹跳起来的时候进行的，因此似乎凿岩机的扭矩不需要很大。但是由于炮眼底部不平，岩粉排除不净，钎杆与炮眼壁的摩擦等原因，回转时仍有一定的阻力，而且炮眼越深阻力越大。由于凿岩机的回转和冲击是联动的，钎子不转冲击也不能进行，甚至钎子会被粘糊状的岩粉夹住拔不出来，因此凿岩机的扭矩还是应当适当地增大一些，才能使凿岩机正常工作。影响冲击功大小的是风压、活塞直径和行程，影响扭矩大小的是风压、活塞直径和螺旋直径与转角。故风压和活塞直径是对冲击功和扭矩影响最显著的参数。目前矿用空气压缩机输出压
16、力多为 0.7MPa，应保证传输到工作面时不低于 0.5MPa。活塞直径加大虽然增大了冲击劝和扭矩，但要使凿岩机重量增加。气腿凿岩机太重，其使用的灵活性和时间利用率都会降低。2.冲击频率冲击频率是活塞每分钟冲击钎子的次数。如果冲击功不变，提高冲击频率能显著提高钻眼速度。缩短活塞行程，使用灵活的配气阀都是提高冲击频率的方法。但是冲击频率提高，噪声和震动都要加剧，影响工人健康，也降低机械使用寿命。因此凿岩机的冲击额率一般限制在 3000 次/min 以下。3.耗风量凿岩机正常工作所耗费的压气量在表 2-1 中均已标出，它可以作为设计压气供应的依据。从表中也可看出产生同样冲击功的耗风量大小却有不同，例如冲击功都大于60J，YT23 的耗风量为 3.6m3/min，YTP26 的耗风量只有 3m3/min，并且后者的冲击频率和扭矩也都较前者大。很明显，YTP26 在耗风方面是比较经济的，这就是前述无阀凿岩机能充分利电压气膨胀作功的效果。（四）凿岩机的架支和推进设备凿岩机的重量在 20kg 以
