第三章 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； 第三章 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 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 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 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 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 凿岩机根据动力的不同，可分为风动、液压、电动、内燃凿岩机。 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） 一、凿岩机械型号编制方法 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）

第二节 凿岩机械（续） 　　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） 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 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 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： 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。 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 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： 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） 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。 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） 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 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 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 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） 一、钎头 （一）钎头形状 一字形、十字形和柱齿合金钎头 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） 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 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） 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 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 　　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。 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。