新型鑲齒盤形滾刀的破巖特性

1、長沙礦山研究院季刊quarterly of c1mr新型鑲齒盤形滾刀的破巖特性工程師 陳中政 工程師徽學(xué)提要本文系新型鑲齒盤形滾刀的研究試驗總結(jié)。作者闡述了鑲齒盤形滾刀的設(shè)計 特點、滾刀刀刃間距與巖橙塊滾的關(guān)系、拉力及扭矩與進尺的關(guān)系、拉力與扭矩以及拉 力與進尺的關(guān)系。作者最后論及這種新型滾刀的使用壽命與作業(yè)成本鑲齒盤形滾刀切割結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點滾刀是全斷面鉆進中直接用來破巖的工具。滾刀的種類繁多，主要有密齒形球齒滾刀、 合金鋼盤形滾刀及楔齒滾刀等。鑲齒盤形滾刀是新硏制成功的刀具（見圖1）,其破巖結(jié)構(gòu)的圖】.鑲噬盤形滾刀設(shè)計特點是力求縮小滾刀的切割結(jié)構(gòu)與巖石 的接觸面積，增大齒圈行列間距和增大齒的

2、 直徑（19毫米）及其突出高度（12毫米）， 籍以增強對巖石的切割作用，提高破巖 效率，把巖石呈大片狀剪切下來。試驗條件該型滾刀配置在tyz-1000天井鉆機的 直徑10米的擴孔刀頭上，滾刀數(shù)量為四把， 分成兩組，對稱布置。19801982年在金州 石棉礦和金川龍首礦進行工業(yè)試驗，共鉆天 井772米。天井高度為4060米，天井傾斜 度為60°90。巖石為煌斑巖、大理巖、二 輝橄欖巖、純橄欖巖、白云巖、硅質(zhì)白云巖及輝綠巖等，其抗壓強度為5001400公斤/厘米2。在鉆井過程中，新型滾刀經(jīng)受了斷層、破碎帶、溶洞等不良地質(zhì)條件和強烈的沖擊和棧動的考驗。刀刃間距與巖確塊度關(guān)系刀刃間距是刀具破

3、巖的重要參數(shù)，它對刀具的破巖效率，即破巖駅和巖磴的塊度有很大94-2014 cr如a academic journal ekctronic publishing house. all rights reserved, 影響。刀刃的間距應(yīng)保證刀刃間巖石完全破碎，同時得到最大的破碎最。刀刃的間距過小， 雖然可達到完全破碎刀刃間巖石的目的，但破碎效率低，巖磴塊度過細。刀刃間距過大時， 則刀刃間的巖石會以脊背形式殘留在巖體上，影響正常鉆進。在橄欖巖中擴孔時，鑲齒盤刀 刀刃的間距是34毫米，滾刀破巖時巖磴產(chǎn)出羞，按其重量比約有7683%為較大片狀巖確（見表1）,經(jīng)過篩分，塊度在2540毫米之間者占70%

4、以上，破巖工作面平整，這證實了 鑲齒盤刀刀刃間距是比較合理的，符合預(yù)期的破巖效果。樣 品 號拉 力 （噸）扭矩（公斤咪轉(zhuǎn) 速（轉(zhuǎn)/分）小于5 mm小于loma小于25mm小于40mm重（克）%:（克）重（克）%重 ft （克%13】.1172518265453011311543.47528.3227.717251850512023.86011.919538.613025.7327*717251864510516.390142654118528.7巖 確 篩 分 表表1裝四把滾刀的刀頭總拉力。對34亳米和68毫米兩種不同刀刃間距進行了擴孔破巖試驗，在同樣工作條件下，刀刃間 距為68毫米時，平均的

5、擴孔速度136米/時到1.348米/時，當(dāng)?shù)度虚g距為34亳米時，平均擴 孔速度2335米/時。這說明68毫米間距過大，増加間距未能達到增加破碎雖的目的。從表2 中亦可見到，對于可鉆性好，脆性大的硬巖石，不同的刀刃間距，對刀頭所耨的拉力、扭距 無明顯影響，但擴孔速度則大不相同，34毫米間距的比68毫米間距的，大大地增快了。34毫米和68亳米間距擴孔對比表表2刀刃間距（亳米）進尺 米）刀頭擴孔參數(shù)純擴孔時間（分）刀刃楔入深度（駐米/轉(zhuǎn)）擴孔速度（米/時）轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）拉力（噸）扭距（公斤米）342030107024202362.122.54681018243195025303641.531.642

6、371994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved httpi/aki.nct拉力、扭矩與進尺的關(guān)系試驗表明，每把滾刀擴孔所需的拉力與扭矩對天井鉆機的鉆進能力有很大的影響.鑲齒 盤刀在f = 45及f = 810的巖石中擴孔的工作參數(shù)如表3 o刀頭工作參數(shù)表3、項目井號、進尺（毫米/轉(zhuǎn)）拉力1（噸/把）扭矩1:備注公斤米/噸i公斤米/把 i公斤米/刀頭66142-324.5885.42391.211564.88橄欖巖,810,有小斷層破碎 帶"4566121.626.7

7、445.6307.801231.2橄欖巖 f= 810,致密668315.9472.5430.651772.6煌斑巖6米，大理 巖和二輝橄欖巖 10米 f 二 4 5, 致密橄箍巖14米15802.684.9667.18333.211332.84大理巖f二58橄欖巖81015204.23.15108.3341.151364.58橄欖巖8-10有破碎夾層平均2.785.0875.8360.81443.22由表3可以看到當(dāng)巖石硬度為f = 10以下時，每把鑲齒盤刀所需的拉力平均為315674 噸,扭矩為307.8430.65公斤米，而每轉(zhuǎn)刀刃楔入深度可達1.62-4.2毫米。以五條共186米 天井

8、的平均值計算，每把滾刀所需的平均拉力為5.08噸，扭矩為360.8公斤米，每轉(zhuǎn)破巖 效率為278毫米。當(dāng)鑲齒盤刀在白云巖（抗壓強度為13551960公斤/厘米2）中 擴孔時所需的平均拉力為4.32865噸/把，扭矩為146.5865公斤米/把， 每轉(zhuǎn)刀刃楔入深度為212毫米。因此，該型滾刀需用的軸壓與扭矩較低，而其破巖效果較 好。表4為各型滾刀楔入深度的比較。從表中可以明顯地看到，鑲齒盤刀不但在f = 10以下 的中軟巖石中有較快的擴孔速度，在f = 1214的中硬巖石中，也同樣具有良好的擴孔速 度。71994-2014 ciffna academic journal ekctronic pu

9、blishing house. all rights reserved, 能向竝力（咚/把）滾刀類型孔徑（奄米）1巖石每轉(zhuǎn)楔入深度（毫米500矽質(zhì)砂巖0.9500花崗 巖0.4密齒滾刀500800變質(zhì)砂巖0.51500鉛鋅黃鐵礦礦體0.40.51200灰?guī)r0.30.4盤形刀500大理巖;l511500灰?guī)r1.0 鑲齒滾刀1000:白云巖2.121000獷體（様欖巖）2.784拉力與扭矩的關(guān)系當(dāng)巖石硬度、刀頭直徑相等時，扭矩值隨著軸壓的變化而作線性變化。圖2為刀頭的拉 力和扭矩之間的關(guān)系。從圖中可以看到不同巖石的拉力與扭矩的線性關(guān)系。這種關(guān)系不但與巖石硬度有關(guān)，而 在更大程度上取決于巖石的破碎程

10、度丿同時，由于巖石的內(nèi)部組成的差異，同類的巖石會出 現(xiàn)不同的情況，如在6612井致密高品位橄欖巖中，有一部分硬度比校髙，這種情況可以從圖 2中明顯看岀。對質(zhì)地堅硬的礦巖來說擴孔時所需的拉力大，扭矩小。當(dāng)每把滾刀最大的拉 力為84噸時，每把滾刀所需的最大扭矩為460公斤米，對于鏤齒盤形滾刀，每提高02噸 拉力，相應(yīng)地需増加10公斤米左右的扭矩。對硬度低的圍巖妣相反，所需拉力低而扭矩 大，每把滾刀所需的扭矩為559公斤米，拉力為4.1噸，每提高0.2噸拉力，就需増加100公 斤米左右的扭矩。因此，從試臉數(shù)據(jù)中可以看出，彼齒盤刀破巖時，由于巖石硬度和破碎 性質(zhì)不同，每增加一定值的拉力時，所需增加的扭

11、矩值亦不相辰，巖石硬度高，所需增加的 扭矩值就較小，巖石硬度低，巖層破碎則所增加的扭矩值就大，而且是成倍地超過硬度高的 巖石。25圖2.拉力與扭矩關(guān)系圖16614井y 2 6612井$ 3 668井；41580井拉力與進尺的關(guān)系從圖3中可以很明顯地看到，拉力與進尺亦呈線性關(guān)系，互成正比増長，但是増長有一 定的范圍，拉力的増長有一個最優(yōu)值，超過此值，進尺亦不能按比例增長了。從圖3中還可 以看到在不同巖石中拉力的最優(yōu)值。拉力與進尺之間的基本關(guān)系是巖石硬度髙時，所需拉力大，進尺小,進尺增長比例亦小;巖 石硬度低時，所需拉力亦小但進尺大,進尺的增長比例亦大見表5。但是拉力與進尺的線性關(guān)不同巖層中拉力與

12、進尺的相對增長值表5巖石最高拉力（噸/把）最高進尺（亳米/轉(zhuǎn)）拉力增長值（噸/把）進尺增長值（帝米/轉(zhuǎn)）巖致密高品包橄欖2.1°10.04橄欖巖7.33.420.10.08圍巖6.s4.604 10.09煌斑巖0.1071994-20)4 academic journal ekctronic publishing house. all rights reserved, http系和拉力與扭矩的不相同，它僅和巖石硬度有關(guān),巖石破碎反而會破壞其線性關(guān)系，因為巖石 破碎會引起卡鉆，需要加大扭矩，降低拉力，而進尺亦必然脫離拉力與進尺的直線關(guān)系了。圖3 拉力與進尺關(guān)系圖1-6

13、614 井 9 26612 井 $ 3 668井）41580井鑲齒盤刀的使用壽命和成本新型鑲齒盤形滾刀在810巖石中的使用壽命已超過400米，在f = 1215的巖石 中，其使用壽命亦已超過300米，滾刀尚在使用，現(xiàn)按上述壽命計算，其成本如下：滾刀壽命鉆井成本（米）（元/米）刀具費用刀具費占總成本的比墅元/米）（%）備注300139.6333.3324滾刀尚在使用1400:131.32519滾刀尚在使用結(jié)論新型鑲齒盤形滾刀的破巖機構(gòu)設(shè)計合理。試驗結(jié)果表明，它的使用范圍廣，適用于抗壓 強度500-1400公斤/厘米2的巖石。破巖效率高，巖石破碎呈大片狀，塊度2540毫米的巖 屑占70%以上。破巖

14、所需的拉力和扭矩小，鉆井速度快，一般為1525米/時，最高達 35米/時，使用壽命長，已達400米。因此，它是一種高效的新型破巖刀具。27.?19942。14 chirm academic journal ekctronic publishing house. all rights reserved, http vw.s：vd.3 noe3第三卷第三期長沙礦山研究院孝刊quarterly of cimrabstractsa mathematical model of production scheduling of hu- angshaping lead and zine minehu qin

15、g - huaitdu su and tu tong-chunby means of systems engineering and computers, this paper gives a recommendation of the main considerations for planning and scheduling the production of huaagshaping lead and zine mine, an underground mine in hunan province. it covers a mathematical model of large-sca

16、le linear programming of this problem. practice shows that this model and the method recommended are of both correctness and, in general, availabilityapplication of bulk explosives in underground metal mineswu tong-shunthe development of modern commercial bulk an - based explosives has reached a lev

17、el available for its use in all underground metal mines. in this paper the characteristics of detonation effects of such explosives and its influent factors, the requirements and technical properties when used in the urnderground mines, the dead * pressing effets in the process of explosion as well

18、as some improvements in blasting techniques are summarized. in addi- tion, a general description of the practical application of such bulk explosives in some mines both home and abroad is also presented.rock-cutting characteristics of new type button disccutterchen zhong- zhengcao min xuethis paper

19、is a summary of the experiments of button disc - cutters which describes the design features of button disc - cutter and the various relation - ships between the cutting edge interval and the debris particle-sizes, the 1994-20解 china academic journal ekctronic publishing house. abits reserved, pulli

20、ng force, torque and the advance rate, the pulling force and the torque, the pulling force and the advance rate. finally, the service life and cost of the new type button disc- cutter are also involved in.the productivity of lhd and its operating cost analyses he zheng- zhongon the survey basis, the

21、 productivity and unit operating cost of lhd used in some underground mines in china are generally reviewed. it has been pointed out by the author that the application of lhd has brought about great changes in underground mining techniques and made lhd ma- chines become one kind of major mucking equ

22、ipments in several china's un - derground mines. nevertheless, owing to the lower annual productivity per unit and its higher unit operating cost, a further widespread application of such machines has been considerably restricted, thus, from the viewpoint of economic effectiveness, the auther ha

23、s proposed that in developing under - ground mine equipments, some specific models of machines should not be uni- laterally stressed on, while some available improvements and developments of different types of loading and hauling machines are necessitated corres- pondantly with the practical conditions and certain technical level of the mines. in the end, some helpful approaches for improvements to the application of lhd in our mines are also suggested.the application and prospects of raise-boring in chinafang wei - minraise-