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1、矿山机械 第一章 露天钻孔设备,1.3 牙轮钻机 1.4 露天潜孔钻机,1.3牙轮钻机,采用电力或内燃驱动，履带行走、顶部回转、连续加压、压缩空气排渣、装备干式或湿式除尘系统，以牙轮钻头为凿岩工具的自行式钻机。,1.3牙轮钻机,基本原理 牙轮钻机钻孔时，依靠加压、回转机构通过钻杆，对钻头提供足够大的轴压力和回转扭矩，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用。牙轮在孔底滚动中连续地挤压、切削冲击破碎岩石，有一定压力和流量流速的压缩空气经钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆和孔壁的环形空间不断地吹至孔外，直至形成所需孔深的钻孔。,1.3牙轮钻机,1.3牙轮钻机,结构特
2、征 钻具 牙轮钻头、钻杆、稳杆器 钻架 回转机构 主传动机构 行走机构 排渣系统 除尘系统 液压系统 气控系统 干油润滑系统 动力及配置,1.3牙轮钻机,1.3牙轮钻机,用途 多用于大型露天矿山，以钻孔孔径大、穿孔效率高等优点成为大、中型露天矿目前普遍使用的穿孔设备 。,1.3牙轮钻机,国外牙轮钻机主要生产厂家,1.3牙轮钻机,选型原则 牙轮钻机是露天矿技术先进的钻孔设备，适用与各种硬度矿岩的钻孔作业，设计大中型矿山钻孔设备首先要考虑选用牙轮钻机。 中硬以上硬度的矿岩采用牙轮钻机钻孔优于其他钻孔设备。 满足年钻孔量的同时，还要保证设计生产要求的钻孔直径、孔深、倾角及其他参数。,1.3牙轮钻机,
3、选型原则 根据矿区自然地理条件选择设备和配套部件。如高海拔、高寒、炎热气候地区对主要设备配套部件、空压机、变压器、除尘、液压及电控系统等都有特殊要求。 动力条件。动力源往往决定选用钻机的类别，大中型矿山一般选用电动。 美国牙轮钻机一般是工作可靠，寿命长，但价格昂贵，零部件供货周期长，是否选用应进行综合分析后确定。,1.3牙轮钻机,选型指标 钻机效率 可通过计算方法或参考类似生产矿山直接选取。 台班生产能力 钻进速度 废孔率 设备数量的确定 牙轮钻头消耗量,1.3牙轮钻机,台班生产能力,式中：Lb牙轮钻机台班生产能力，m； v牙轮钻机的机械钻进速度，cm/min； Tb班工作时间，h； 工作时间
4、利用系数，0.40.5,1.3牙轮钻机,钻进速度 它与钻机性能、钻头形式、孔径、矿岩硬度等因素有关。 近似计算公式：,式中：v钻机钻进速度，cm/min； P轴压，N；n钻头转速，r/min； D钻头直径，cm；f岩石坚固性系数。,1.3牙轮钻机,废孔率 选取废孔率，可采用类别法，也可参考下表进行选择。,1.3牙轮钻机,设备数量的确定,式中：N所需设备数量，台；Q设计矿山年采剥总量，t； Q1每台牙轮钻机的年穿孔效率，m/a； q每米炮孔爆破量，t/m； e废孔率，%；,1.3牙轮钻机,每米炮孔爆破量 一般应按设计的矿（岩）石爆破孔网参数分别进行计算，有时也可参照下表选取：,1.3牙轮钻机,牙
5、轮钻头消耗量 牙轮钻头在各类矿山的使用寿命：,1.3牙轮钻机,牙轮钻头消耗量 寿命长短取决于钻头结构形式、材质、加工工艺、岩石硬度和操作水平等因素。消耗量可参照下表：,单位： （m/个）,1.4 露天潜孔钻机,潜孔钻机 由冲击器潜入孔内，直接冲击钻头，而回转机械在孔外，带动钻杆旋转，向矿岩钻进的设备。,1.4 露天潜孔钻机,1.4 露天潜孔钻机,潜孔钻机可在中硬或中硬以上(f8)的岩石中钻孔。它与其他凿岩机械一样，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
6、伸而不断推进。 潜孔钻机因冲击器潜入孔底而得名。,1.4 露天潜孔钻机,1.4 露天潜孔钻机,凿岩原理 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。,1.4 露天潜孔钻机,潜孔钻机特点 1）不像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，且凿岩速度受孔深影响小。 2）以高压气体排出孔底的岩渣，很少有重复破碎现象 。 3）孔壁光滑，孔径上下相等，一般不会出现弯孔。 4）潜孔钻机较轻，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。
7、,1.4 露天潜孔钻机,冲击器 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。 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。 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,1.4 露天潜孔钻机,有阀冲击器的构造 无阀冲击器的构造,1.4 露天潜孔钻机,有阀冲击器 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
8、没有被利用。 无阀冲击器 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。,1.4 露天潜孔钻机,钻头 刃片型钻头 柱齿型钻头 常用柱齿型钻头（球齿型钻头）,1.4 露天潜孔钻机,潜孔钻机工作参数的确定 潜孔钻机的工作参数主要指钻具施于孔底的轴压力、钻具的回转速度、扭矩和排碴风量等。 合理地选择这些参数，不仅能获得最优的钻孔效率还能延长钻具的使用寿命。 合理的钻机工作参数与钻头直径、孔向、岩石坚固性、压气压力、冲击频率以及钻头结构型式等因素有关。 钻机的工作参数只能
9、根据生产经验或用实验方法建立的经验公式来计算。,1.4 露天潜孔钻机,轴压力 潜孔凿岩主要是依靠钻具的冲击能量来破碎岩石，钻具回转只是用来更换冲击位置，避免重复破碎。 因此，潜孔凿岩不需要很大的轴压力。轴压力过大，不仅易产生剧烈振动，还会加速硬质合金的磨损，甚至引起硬质合金崩角或断裂，使钻头过早损坏；轴压力过小，则钻头不能很好地与岩石接触，影响能量的传递效率，甚至使冲击器不能正常工作。,合理的轴压力，N,钻孔直径，cm,岩石普氏硬度系数,1.4 露天潜孔钻机,回转速度 钻头每冲击一次只能破碎一定范围的岩石。 当钻具转速过高时，在二次凿痕之间，势必留下一部分未被冲击破碎的岩瘤，使得回转阻力矩增大
10、，钻机振动加剧，钻头端面及径向上的硬质合金迅速磨损，不仅降低了钻孔速度，甚至造成夹钻事故； 当转速过低时，则可能产生重复破碎现象，没有充分利用钻头的冲击能量，钻速降低。,合理转速,1.4 露天潜孔钻机,扭矩 钻孔作业时，钻具需克服的回转阻力矩 钻具回转扭矩的大小与孔径的大小、岩石坚固性、钻头形状、轴压力和回转速度的大小诸因素有关。,力矩系数，KM=0.81.4，一般取KM=l.0,数理统计公式计算,1.4 露天潜孔钻机,排碴风量 排碴风量的大小对钻孔速度和钻头的使用寿命影响很大。 增大排碴风量，有效清除孔底岩碴，避免大颗粒岩碴的重复破碎，降低不必要的能量消耗，从而提高了钻进速度；能够有效地冷却
11、钻头，并减少钻头的磨损，延长了钻头的使用寿命；此外，排碴干净，可以增加有效的孔深，减小超钻深度，提高钻孔的利用率。 风量过大会增加空压机的容量和能耗，加速钻杆的磨损 合理的排碴风量，决定于在钻杆和孔壁之间的环形空间内有足够大的回风速度。这个回风速度必须大于最大颗粒岩碴在孔内空气中的悬浮速度(即临界沉降速度)。,一般可用下面的公式来计算岩碴的悬浮速度,合理的排碴风量按下式计算,钻杆外径，m,钻孔直径 ，m,考虑漏风的系数，k=1.31.5,合理的排碴风量，m3/min,岩石密度，kg/m3,岩碴的最大粒度，mm,岩碴的悬浮速度，m/s,1.4 露天潜孔钻机,钻具的结构选择 钻头 原则：合理的钻头
12、能够获得较大的钻进速度和合理的成本。 坚硬岩石凿岩比功较大，每个柱齿和钻头体都承受较大的载荷，要求钻头体和柱齿具有较高的强度； 在可钻性比较好的软岩中钻进时，凿岩速度较快，相对排渣量较大，这就要求钻头就有较高的排渣能力，最好选用三翼型或四翼型； 在节理比较发育的破碎带中钻进时，为减少偏斜，最好选择导向性较好的中间凹陷型或凸出型钻头； 在含粘土的岩层凿岩时，中间排渣孔常常被堵死，最好选用侧排渣钻头； 在韧性比较好的岩石中钻孔时，最好选用楔形齿钻头；,1.4 露天潜孔钻机,钻具的结构选择 冲击器 冲击器的选择必须依据工作气压、钻孔尺寸和岩石特性等参数 根据工作压气的压力等级合理选择相应等级的冲击器
13、； 根据钻孔直径选择相应型号冲击器； 根据岩石坚固性选择相应冲击器。软岩建议使用高频低能型冲击器，硬岩建议使用高能低频型冲击器；,1.4 露天潜孔钻机,选型 钻机效率 潜孔钻机的生产能力，采用计算或参考类似生产矿山的指标选取。 台班生产能力 Vb= 0.6vTb,式中：Lb钻机台班生产能力，m； v钻机的机械钻进速度，cm/min； Tb班工作时间，h； 工作时间利用系数，0.40.5,1.4 露天潜孔钻机,选型 钻机效率 潜孔钻机钻进速度,式中：v -钻机钻进速度，cm/min； E -冲击功，J nz-冲击频率，min-1； k-冲击能利用系数，取0.60.8； D-钻孔直径，cm； a-
14、矿岩的凿碎比功，J/cm3。,1.4 露天潜孔钻机,选型 钻机效率 潜孔钻机钻进速度,凿碎比功值（a）,1.4 露天潜孔钻机,选型 钻机数量的确定,式中 ：Q -设计的矿山规模，t/a； p-钻机台年穿孔效率，m/a； q-每米炮孔的爆破量，t/m； e-废孔率，%,1.4 露天潜孔钻机,选型 每米炮孔爆破量,谢谢观看/欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,
