第02-03讲矿岩松碎工作总结

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1、1. 开场白我们知道，露天矿包括矿岩松碎、采装、运输和排卸四大主要生产工艺环节。这节课我们来介绍矿床露天开采的第一个主要生产工艺环节，也就是我们教材第二章的内容，矿岩松碎工作。2. 本章提要矿岩松碎工作，又称为穿爆工作，顾名思义，包括穿孔与爆破两项工作。在穿孔工作部分，我们将了解一下常用的穿孔方法和穿孔设备。在爆破工作部分， 我们首先补充一下爆破的预备知识， 这包括炸药分类与起爆方法， 岩石爆破作用机理等内容。由于是补充内容，希望大家作好笔记。然后， 我们将介绍一下露天爆破的分类， 重点讲授露天深孔爆破方式及其参数计算方法， 以及采矿对爆破工作质量的基本要求。3.矿岩松碎工作矿岩松碎工作是矿床

2、露天开采的第一个主要生产工艺环节，其目的是为随后的采装工作提供适宜块度的矿岩量，简单地说，就是为采装工作准备矿岩量。目前露天矿常用的矿岩松碎的方法主要有机械松碎法、水力松碎法和爆破松碎法。机械松碎法机械松碎法就是用一定的机械设备，直接松碎矿岩。特点是设备与工艺过程简单，易于管理， 但一次松碎的矿岩量少，不适合中硬以上矿岩。常用的机械设备是松土犁。水力松碎法水力松碎法是靠注入钻孔中的高压水使土岩胀裂而降低坚固性，以利于冲采。爆破松碎法本章我们只介绍爆破松碎法，它主要包括穿孔、爆破两项工作。爆破松碎法是应用最为广泛的方法。这种松碎方法，一次爆破量大，能破碎十分坚硬的矿岩，但需要穿凿大量炮孔和消耗大

3、量爆破器材，工艺复杂，技术和管理组织要求较高。4. 穿孔工作露天矿岩松碎工作，又称穿爆工作，包括穿孔和爆破两项工作，而穿孔工作是爆破工作的准备。什么是穿孔工作呢？穿孔工作就是在开采和剥离台阶上，按一定的设计参数，采用穿孔设备钻凿一些垂直或倾斜的炮孔，以便装入炸药进行爆破。露天矿山穿孔方法可分为机械穿孔、热力穿孔、化学穿孔和声波穿孔，其中机械穿孔是最常用的方法。机械穿孔方法又可分为滚压破碎方法，常用设备有牙轮钻机；冲击破碎方法，常用设备有手持凿岩机、凿岩台车、吊绳冲击式钻机、潜孔钻机等；以及切削破碎方法，常用的设备是旋转式钻机。1本节我们将重点讲授露天矿山常用的穿孔设备：牙轮钻机和潜孔钻机。5.

4、 牙轮钻机牙轮钻机于20 世纪 50 年代开始在美国露天矿山使用， 自 20 世纪 70 年代起， 我国开始引进和研制。牙轮钻机具有穿孔作业率高、作业成本低，机械化程度高、 适用于在各种硬度的矿岩中穿孔的优点， 已成为当今世界各国露天矿最先进的穿孔设备。目前， 美国、加拿大和俄罗斯等国的金属露天矿山中牙轮钻机的比重已占80以上，我国大型露天矿山都已大量使用牙轮钻机。牙轮钻机的钻孔直径一般为250510mm ，孔深可达50m，常用的是14 22m，倾角 60 90，以 90为主。美国是生产牙轮钻机最多的国家，主要型号45-R、47-R、60-R 以及 CD-130 和 M-4型等。国内生产的牙轮

5、钻机主要有HYZ-250 、KY-250 、KY-310 、YZ-55 和 YZ-35等型号。 牙轮钻机的工作原理牙轮钻机穿孔原理主要是通过钻机的回转和推压机构使钻杆带动钻头连续转动，同时对钻头施加轴向压力， 以回转动压和强大的静压形式使与钻头接触的岩石粉碎破坏。在钻进的同时， 通过钻杆与钻头中的风孔向孔底注入压缩空气，利用压缩空气将孔底的粉碎岩渣吹出孔外，从而形成炮孔。 牙轮钻机的钻具牙轮钻机的钻具包括钻杆、稳杆器、减震器和牙轮钻头四部分，如图所示。这是典型的牙轮钻头的外形及其结构。钻杆的作用是把钻压和扭矩传递给钻头。钻杆的长度有不同的规格。采用普通钻架时，每根钻杆的长度为 9.2、 9.9

6、m。采用高顶钻架时，考虑到底部磨损较快，仍用短钻杆，钻孔过程中上下两钻杆交替与钻头连接，以达到两根钻杆均匀磨损。稳杆器的作用是减轻钻杆和钻头在钻进时的摆动，防止炮孔偏斜，延长钻头的使用寿命。2钻头是破碎岩石的主要工作部件， 其作用： 在推进和回转机构的作用下， 以压碎及部分削剪方式破碎岩石。牙轮钻头由牙爪、牙轮、轴承等部件组成。 发展趋势近十年来，牙轮钻机得到迅速发展，它不仅在各国矿山逐步推广使用，而且技术水平也显著提高。当前，国内、外牙轮钻机的发展趋势是：加大钻孔直径，孔径由目前常用的250310mm 发展到 380mm、 450mm 、 510mm加大轴压力、回转功率和钻机重量，实行强化钻

7、进采用高钻架长钻杆，减少钻机的辅助作业时间采取措施，提高牙轮钻头的使用寿命6. 潜孔钻机潜孔钻机是我国目前中小型露天矿山广泛使用的穿孔设备。钻孔直径一般为100 250mm ，孔深30m以内，有特殊要求时，最小孔径可达70mm。与牙轮钻机相比，潜孔钻机具有以下特点：价格便宜，工作噪音小，钻孔速度较快；由于钻进时轴压小，钻杆不易弯曲， 穿孔方位的精度较高。当孔径大于200mm 时，与牙轮钻机相比，穿孔速度慢， 动力消耗多30 40%，作业成本高。潜孔钻机的工作方式属于风动冲击-回旋式凿岩。在穿孔过程中，风动冲击器跟随钻头一起潜入孔内，由活塞运动所产生的冲击功直接传至钻头破碎岩石，并借助钻杆上部的

8、回转机构，风动冲击-回旋式凿岩。由于冲击器和钻头随钻孔延深而潜入孔底，故能充分利用冲击功，提高穿孔效率。7. 穿孔设备的选择国内外矿山穿孔的主体设备是牙轮钻机，钻孔直径向着大孔径方向发展（250 310mm380mm 、 450mm、 510mm）。通常按露天矿的规模大小选择适宜的穿孔设备。一般认为，特大型、大型露天矿，宜采用钻孔直径310mm 的牙轮钻机；中型露天矿，可采用钻机直径150 250mm 的牙轮钻机或潜孔钻机；小型露天矿，则应采用钻孔直径150mm 的潜孔钻机或牙轮钻机。38. 爆破工作我们知道，目前岩石爆破技术在土木工程（如，道路路堑和边坡的修筑，建构筑物的拆除，等等）、采矿工

9、程（如，井巷掘进，矿岩的松碎，等等）、水利水电（如，水下炸礁，疏通河道，等等）、国防军事等众多领域中广泛应用。我国每年大约有9 亿吨以上的矿石产量、平均13 亿吨的煤炭产量都是采用爆破作为岩石开挖的手段而获得的。因此，有专家预计，在未来一定时期内，爆破技术仍将是岩石开挖的主要手段。由于我们没有系统学习有关爆破工程的知识，因此， 在讲授露天矿山爆破工作之前，我们需要补充一下相关的内容。这部分内容包括：炸药及其爆炸的基本知识炸药分类与起爆方法岩石爆破作用原理9. 炸药及其爆炸的基本知识首先来介绍一下“炸药及其爆炸的基本知识”。爆炸是人们日常生活中经常见到的现象。例如自行车爆胎、锅炉胀裂、燃放鞭炮、

10、矿井瓦斯爆炸、原子弹爆炸等都属于爆炸现象。那么，什么是爆炸呢？一般认为，物质发生急剧的物理或化学变化，放出大量的能量，并对周围介质做机械功 （亦即， 炸药的内能转化为机械压缩能， 使原来的物质或其变化产物以及周围介质产生运动），同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸。爆炸现象具有以下三个特征：能量转化高速进行炸药的内能转化为机械压缩能的时间不足1ms爆炸物周围的介质受到瞬间形成的强大压力的作用周围介质产生强烈压缩、变形以至破坏。10. 爆破现象按照爆炸发生的原因不同，自然界各种爆炸现象可归纳以下三大类。 物理爆炸简单地说， 物理爆炸是由物理原因造成的， 即爆炸前后物质的化学成份没有发生改

11、变， 只是物态发生了变化。例如，当蒸汽锅炉内压力过大，超过了锅炉所能承受的抗压强度，使锅炉突然破裂，并发出巨大的声响，就是典型的物理爆炸。 核爆炸是由于某些物质的原子发生核裂变（U235 的裂变）或核聚变（氘、氚、锂的聚变）而引起的爆炸。核爆炸所释放的能量，可以达到普通炸药爆炸能量的几百万倍，具有强烈的爆破作用。目前，在岩土工程中，核爆炸的应用范围和条件仍十分有限，基本未得到有效的应用。 化学爆炸化学爆炸是由于化学变化造成的爆炸。炸药爆炸、 井下瓦斯或煤尘与空气混合物的爆炸，等等， 都属于化学爆炸。与物理爆炸不同，化学爆炸后有新的物质生成。例如，硝酸铵炸药爆炸后生成水蒸汽、氧气和氮气，并放出大

12、量的热量。NH 4 NO3N2 2H2O1 O 2 126.4kJ / mol211. 炸药爆炸应具备的条件炸药主要是由碳（C）、氢（ H）、氮（ N）、氧（ O）四种元素组成的化合物或混合物。在平常条件下，炸药是一种比较安定的物质，并不像有些人认为的那么可怕，除起爆药外，炸药的活化能值是相当大的，也就是说，要想让炸药发生爆炸，需要施加较大的外部能量。但是，当局部炸药分子被活化达到足够数目时，就化失去稳定性，引起炸药爆炸。也就是说， 炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条件的化学反应才是爆炸。炸药爆炸必须具备三个条件：放热反应、生成大量气体和高速反应。这三者缺

13、一不可，反过来，也只有具有这三个反应条件的物质才能称为炸药。412. 炸药爆炸应具备的条件 放热反应首先了解一下炸药爆炸应具备的第一个条件：炸药的化学反应必须是放热反应。炸药爆炸的实质，就是炸药中的化学能在瞬间转化为对外界做功的过程。放热是炸药爆炸的能源， 爆炸反应只有在炸药自身提供能量的条件下才能自动进行。也就是说， 化学反应释放出的热既是对外做功的能源，又是化学反应进一步加速进行的必要条件。没有这个条件， 爆炸过程就根本不能发生；没有这个条件， 反应也就不能自行延续，因而也不可能出现爆炸过程的反应传播。所以说，化学反应过程是否释放能量，决定了炸药能否产生爆炸；而释放热量的多少又是爆炸作用大小的决定因素之一。例如，硝酸铵在不同条件下发生如下的反应 在较低温度时（低于 150），产生分解反应，吸热，不爆炸150 CHNO3NH 3170.8kJ / mol （硝酸和铵气）NH 4 NO3 在加热到 200左右时，发生热分解反应，放