井巷工程井巷鑿巖技術(shù)與設(shè)備

第二章鑿巖技術(shù)與設(shè)備井巷工程一般采用鉆眼爆破法掘進本章內(nèi)容主要圍繞鉆鑿炮眼的機具，主要介紹炮眼的鉆鑿原理和常用的鉆眼機具。煤礦炮眼的鉆鑿機具常以壓風(fēng)作為動力，本章最后介紹了空氣壓縮機的基本知識及其壓風(fēng)的供應(yīng)和輸送。當(dāng)前第1頁\共有54頁\編于星期二\17點教師：李桂臣E-mail：Tel：當(dāng)前第2頁\共有54頁\編于星期二\17點個人簡介

李桂臣，男，1980年9月出生，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士后在站。2008年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，獲采礦工程專業(yè)博士學(xué)位(校級優(yōu)秀博士論文和優(yōu)秀畢業(yè)生)并留校工作，2011年1月晉升副教授，從事巷道圍巖控制方向研究。教育部“長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”創(chuàng)新團隊成員,國家自然科學(xué)基金青年基金項目負責(zé)人,“振華杯”煤礦支護先進個人,國際巖石力學(xué)學(xué)會個人會員,中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會軟巖工程與深部災(zāi)害控制分會會員,錨固與注漿分會會員,《河南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）》外審專家，中國礦業(yè)大學(xué)第八批校級優(yōu)秀青年骨干教師,中國礦業(yè)大學(xué)校級優(yōu)秀班主任,江蘇省暑期社會實踐優(yōu)秀團隊成員。與他人合作出版專著1部,發(fā)表論文30余篇(EI檢索11篇,ISTP檢索2篇),國家發(fā)明專利4項,實用新型專利17項,省部級獎勵7項。當(dāng)前第3頁\共有54頁\編于星期二\17點開挖方法（1）鉆眼爆破法（2）機械掘進法當(dāng)前第4頁\共有54頁\編于星期二\17點鉆爆法施工掘進工序：鉆眼——裝藥聯(lián)線——放炮通風(fēng)——裝巖運輸——支護工具設(shè)備：鑿巖機——炸藥——局部扇風(fēng)機——裝巖機——錨、噴、網(wǎng)、架；煤電鉆雷管、放炮器、風(fēng)筒礦車電機車、礦車淺孔：深度小于2.5m，直徑小于42mm；中深孔：深度2.5~4m，直徑小于50mm；深孔：深度大于4m，直徑大于50mm。當(dāng)前第5頁\共有54頁\編于星期二\17點本章內(nèi)容第一節(jié)破巖原理與設(shè)備第二節(jié)鑿巖機構(gòu)造與工作原理第三節(jié)鉆眼工具第四節(jié)空氣壓縮機及壓風(fēng)供應(yīng)當(dāng)前第6頁\共有54頁\編于星期二\17點本章主要參考書高爾新主編.《爆破工程》.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.1999年7月.定價：32.00元.p5～29王樹仁，程玉生編.《鉆眼爆破簡明教程》.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.1989年7月.定價：2.35元.TD23/W-759。當(dāng)前第7頁\共有54頁\編于星期二\17點第一節(jié)破巖原理與設(shè)備1.沖擊式破巖。鉆眼原理：沖擊（沖擊功）—旋轉(zhuǎn)—排粉。適用于硬巖。代表機具：鑿巖機

沖擊力一、破巖原理當(dāng)前第8頁\共有54頁\編于星期二\17點2.旋轉(zhuǎn)式破巖。鉆眼原理：壓入（軸壓）——旋轉(zhuǎn)切削——排粉。適用于軟弱巖層或煤層。代表機具：煤電鉆軸壓力回轉(zhuǎn)力矩當(dāng)前第9頁\共有54頁\編于星期二\17點適用于大直徑、中硬巖，露天深孔爆破代表機具：潛孔鉆機。3.旋轉(zhuǎn)沖擊式。鉆眼原理：沖擊式和旋轉(zhuǎn)式的結(jié)合。壓入（沖擊功+軸壓）——旋轉(zhuǎn)切削——沖擊——排粉。當(dāng)前第10頁\共有54頁\編于星期二\17點沖擊式破巖

旋轉(zhuǎn)式破巖適用于堅硬巖石軸壓力小噪音大功效低環(huán)衛(wèi)差軟巖和煤軸壓力大噪音小功效高環(huán)衛(wèi)良好兩種破巖方法比較當(dāng)前第11頁\共有54頁\編于星期二\17點二、常用的鑿巖設(shè)備(井巷掘進)

手持式機重20kg以下風(fēng)動鑿巖機氣腿式機重30kg以下導(dǎo)軌式機重35～80kg

向上式機重40～45kg⑴沖擊式破巖電動鑿巖機氣腿式機重25~30kg

導(dǎo)軌式機重30kg以下液壓鑿巖機導(dǎo)軌式機重130～360kg

內(nèi)燃機機重30kg以下煤電鉆手持式機重18kg，功率1.2kw⑵旋轉(zhuǎn)式破巖電鉆巖石電鉆導(dǎo)軌式機重35~40kg功率1.2kw

液壓鉆導(dǎo)軌式⑶旋轉(zhuǎn)沖擊式潛孔鉆機臺車式（4~6噸），架鉆式（150～360kg）傘形鉆架鑿巖臺車當(dāng)前第12頁\共有54頁\編于星期二\17點當(dāng)前第13頁\共有54頁\編于星期二\17點KQ-200型重型潛孔鉆機。鉆機在孔外，負責(zé)鉆具的進退和回轉(zhuǎn)；產(chǎn)生沖擊功的沖擊器在孔內(nèi)，因此鉆速不因鉆孔深度的增加而降低。鉆孔直徑200~220mm，孔深19m，鉆孔速度12~18m/h。適用于大型露天礦山。當(dāng)前第14頁\共有54頁\編于星期二\17點第二節(jié)鑿巖機的構(gòu)造與工作原理風(fēng)動鑿巖機可分為低頻、中頻和高頻。沖擊頻率在2000次/min以下為低頻，2000～2500次/min為中頻，超過2500次/min為高頻。國產(chǎn)氣腿鑿巖機，除YTP－26等少數(shù)為高頻外，均為低、中頻鑿巖機。手持式鑿巖機目前使用很少。氣腿式鑿巖機因重量和手持式差不多，但有氣腿支撐，可減輕體力勞動，在巖巷掘進中應(yīng)用較廣。一、風(fēng)動鑿巖機的構(gòu)造與工作原理當(dāng)前第15頁\共有54頁\編于星期二\17點風(fēng)動鑿巖機的構(gòu)造⑴柄體A：進氣進水管道、操作閥、氣腿的調(diào)壓閥和換向閥、水針。⑵缸體E：閥柜D、配氣閥C、棘輪和旋轉(zhuǎn)棒B、活塞F、消音罩。⑶機頭H：錘G、轉(zhuǎn)動套I、釬卡和外殼。排氣口活塞前端面配氣閥片當(dāng)前第16頁\共有54頁\編于星期二\17點1.沖擊機構(gòu)：氣缸+活塞+配氣裝置沖程、回程工作原理環(huán)閥配氣:Y-30,YT-23控制閥配氣:YT-24,26無閥排氣:YTP-26主機、釬子、水管、壓氣軟管氣腿和注油器當(dāng)前第17頁\共有54頁\編于星期二\17點2.旋轉(zhuǎn)機構(gòu)：內(nèi)棘輪+螺旋棒+活塞+轉(zhuǎn)動套沖程——活塞直線運動，帶動旋轉(zhuǎn)棒旋轉(zhuǎn)回程——旋轉(zhuǎn)棒迫使活塞旋轉(zhuǎn)，帶動轉(zhuǎn)動套、釬桿旋轉(zhuǎn)。當(dāng)前第18頁\共有54頁\編于星期二\17點3.排粉系統(tǒng)：風(fēng)水聯(lián)動注水機構(gòu)－開鉆供水、停鉆停水濕式排粉—壓力水，水壓比風(fēng)壓低0.1~0.2MPa強力吹掃炮眼系統(tǒng)當(dāng)前第19頁\共有54頁\編于星期二\17點4.潤滑系統(tǒng)：注油器，3~5ml/min懸掛式：懸掛在風(fēng)管彎頭處，容油量較??；落地式：放在離鑿巖機不遠的進風(fēng)管中部，容油量較大當(dāng)前第20頁\共有54頁\編于星期二\17點推進機構(gòu)與架鉆設(shè)備1.氣腿：推進+架支。支設(shè)角30°～50°2.掘進鑿巖臺車：鉆臂架支當(dāng)前第21頁\共有54頁\編于星期二\17點鑿巖臺車國產(chǎn)CGJ-2型鑿巖臺車，配備兩臺YT－24鑿巖機，軌輪式風(fēng)動馬達絲杠推進，直流電動機驅(qū)動軌輪行走當(dāng)前第22頁\共有54頁\編于星期二\17點當(dāng)前第23頁\共有54頁\編于星期二\17點⑴及時加油⑵合適的軸推力（克服反沖）⑶壓氣壓力，大于0.5MPa⑷水壓低于風(fēng)壓，供水不中斷⑸釬子質(zhì)量好《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準》規(guī)定85分貝為每天接觸噪聲8小時的允許界限，接觸噪聲的時間每減小一半，可增加3分貝，但最強不得超過115分貝。各型鑿巖機的噪聲約為105分貝（在空曠地方空打測得）。井下的噪聲85%是排氣噪聲，消音罩約降低5~7分貝。鑿巖機的使用當(dāng)前第24頁\共有54頁\編于星期二\17點1.構(gòu)造⑴沖擊機構(gòu)：油缸+活塞+配油裝置（油壓在10MPa以上）⑵旋轉(zhuǎn)機構(gòu)：獨立外回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓馬達帶動齒輪⑶排粉系統(tǒng)：側(cè)向供水排粉2.優(yōu)缺點⑴鉆速高（純鉆速2~3倍）⑵可調(diào)整（功率可調(diào)整，鉆鑿較深和直徑較大的孔）⑶自潤滑⑷可鉆硬巖、大直徑深眼⑸環(huán)衛(wèi)好（噪音90分貝以下，沒有油霧水氣）。二、液壓鑿巖機當(dāng)前第25頁\共有54頁\編于星期二\17點⑴適用條件：煤及f＜3的巖層。⑵構(gòu)造：散熱風(fēng)扇+開關(guān)手柄+電動機+減速器+釬套筒電壓127v，功率1.2~2.0kW（多為1.2kW），轉(zhuǎn)速2700轉(zhuǎn)/分。通過二級加速器：外殼為鋁合金鑄造，密封防爆。⑶軸推力：人力推頂。

三、旋轉(zhuǎn)式鉆眼機械－煤電鉆當(dāng)前第26頁\共有54頁\編于星期二\17點適用范圍：用于煤礦井下及其周圍介質(zhì)中有甲烷、煤塵等爆炸性混合物氣體的環(huán)境中，在交流50Hz，電壓為127V的供電網(wǎng)絡(luò)中，在回采及掘進工作面對中硬和硬煤層鉆眼之用。產(chǎn)品特點：1、結(jié)構(gòu)緊湊，型式多樣，有普通型、強力型、濕式型等。2、扭矩大，適合中硬和硬煤層鉆眼。ZM系列礦用隔爆型手持式煤電鉆當(dāng)前第27頁\共有54頁\編于星期二\17點第三節(jié)鉆眼工具一、鑿巖機的釬子1.整體釬子：當(dāng)前第28頁\共有54頁\編于星期二\17點2.組合釬子

一字形：速度快、制造和修磨簡單、磨損快、易夾釬形狀十字形：速度慢、孔圓⑴釬頭X、Y形及球齒形：硬巖鉆眼材料釬頭體：合金鋼，55SiMnMo、40MnMoV

釬刃：鎢鈷類合金。當(dāng)前第29頁\共有54頁\編于星期二\17點當(dāng)前第30頁\共有54頁\編于星期二\17點a)鑲KO型硬質(zhì)合金片;b)鑲K1型硬質(zhì)合金片標準直徑十字形釬頭釬頭結(jié)構(gòu)參數(shù)①刃角，110o②隙角，3o③弧形釬刃，180mm曲率半徑④釬頭直徑，38~43mm⑤排粉溝當(dāng)前第31頁\共有54頁\編于星期二\17點

釬肩：環(huán)形（六角形釬桿）、耳形（圓形釬桿）組成釬尾：108mm±1.0mm（淬火硬度HRC49~55）中心孔：⑵釬桿端面形狀:中空六角形B22、B25；

中空圓形D32、D38（重型導(dǎo)軌式鑿巖機）材料：ZKT7、ZKT8ZK8Cr、ZK55SiMnMo⑶釬頭和釬桿的連接：錐形連接，錐角度為7°，插入深度24~38mm

（留有過渡縫隙6～8mm）

能量傳遞效率和釬桿、釬頭壽命當(dāng)前第32頁\共有54頁\編于星期二\17點

洛氏硬度（Rockwellhardness），這是由洛克威爾（）在1921年提出來的，是使用洛氏硬度計所測定的金屬材料的硬度值。該值沒有單位，只用代號“HR”表示。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C為三種不同的標準。稱為標尺A、標尺B、標尺C。HRA是采用60Kg載荷和鉆石錐壓入器求的硬度，用于硬度極高的材料。例如：硬質(zhì)合金。HRB是采用100Kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球求得的硬度，用于硬度較低的材料。例如：退火鋼、鑄鐵等。HRC是采用150Kg載荷和鉆石錐壓入器求得硬度，用于硬度很高的材料。如淬火鋼等

其測量方法是，在規(guī)定的外加載荷下，將鋼球或金剛石壓頭垂直壓入待試材料的表面，產(chǎn)生凹痕，根據(jù)載荷解除后的凹痕深度，利用洛氏硬度計算公式HR=（K-H）/C便可以計算出洛氏硬度。洛氏硬度值顯示在硬度計的表盤上，可以直接讀取。上述公式中，K為常數(shù)，金剛石壓頭時K=0.2MM，淬火鋼球壓頭時K=0.26MM；H為主載荷解除后試件的壓痕深度；C也為常數(shù)，一般情況下C=0.002MM。由此可以看出，壓痕越淺，HR值越大，材料硬度越高。一般用代號HRA、HRB、HRC來表示材料的硬度，其中HRA表示試驗載荷588.4N（60KG-F）使用頂角為120度的金剛石圓錐壓頭試壓；HRB表示試驗載荷980.7N（100KG-F）使用直徑1.59MM的淬火鋼球試壓；HRC表示試驗載荷1471.1N（150KG-F）使用頂角為120度的金剛石圓錐頭試壓。對于硬度較高的制刀材料，制刀界通用HRC來表示刀鋒硬度，比如HRC60，即代表在試驗載荷為1471.1N、使用頂角為120度的金剛石圓錐壓頭時，被試材料的壓痕深度為0.08MM。簡而言之，硬度越高，抗磨損能力越高，但脆性也越大。硬度最高不超過60HRC。通常一把好刀的刀刃硬度應(yīng)在洛氏硬度50HRC以上，60HRC以下。當(dāng)前第33頁\共有54頁\編于星期二\17點麻花釬子⑴鉆頭主刃1、主刃夾角、副刃2、副刃夾角主副刃夾角：90~120o

刃角：鉆煤時為60o，硬煤或軟巖時為75o或更大⑵麻花鉆桿：菱形或矩形，T7或T8鋼傳遞軸壓和扭矩，螺旋溝槽排粉，螺距一般為70～80mm。二、電鉆釬子當(dāng)前第34頁\共有54頁\編于星期二\17點當(dāng)前第35頁\共有54頁\編于星期二\17點以錨桿支護為核心的錨噴支護，錨、梁、網(wǎng)支護，錨索支護，桁架錨桿支護以其安全、高效、經(jīng)濟的優(yōu)越性在煤礦巷道支護中得到廣泛的推廣應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，到2004年底，我國國有煤礦巖巷錨噴支護率大于90%，煤巷錨桿支護率達到55%。錨桿支護是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其安全、可靠性不僅取決于正確的設(shè)計方法和施工工藝，而且還取決于配套機具及材料的選擇。

我國煤礦巷道錨桿支護

配套機具及材料

當(dāng)前第36頁\共有54頁\編于星期二\17點1.我國錨桿鉆機的發(fā)展歷程我國煤礦巷道錨桿鉆機的發(fā)展至今已有近50年的歷史，無論是巖巷錨桿鉆機還是煤巷錨桿鉆機，都是在引進、消化、吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國實際情況研究、開發(fā)、改進、提高，從而形成了具有我國特色的錨桿鉆機產(chǎn)業(yè)。我國錨桿鉆機的發(fā)展，大致可分為三個階段見表1。當(dāng)前第37頁\共有54頁\編于星期二\17點階段時間鉆機類型及品種適應(yīng)范圍起步階段（巖巷）

20世紀60年代至70年代（1）引進英國維克多支腿式電動錨桿鉆機，仿制了FB系列、EZ—1.2型電動錨桿鉆機；（2）研制開發(fā)了7655、ZY-24等沖擊旋轉(zhuǎn)單體氣腿式鑿巖機；（3）研制轉(zhuǎn)架式旋轉(zhuǎn)錨桿鉆孔安裝機。如MGJ-1型，CGM-40型，YMJ-1型（見圖1、圖2、圖3）；

巖巷掘進炮孔錨桿孔的施工，巖巷錨桿孔的施工，鋼絲繩砂漿錨桿的安裝表1我國錨桿鉆機發(fā)展的三個階段當(dāng)前第38頁\共有54頁\編于星期二\17點階段時間鉆機類型及品種適應(yīng)范圍試驗推廣階段（巖巷、煤巷）20世紀80年代至90年代（1）引進英格索蘭、阿特拉斯等公司液壓鉆車，并在國內(nèi)建合資廠生產(chǎn)；（2）引進澳大利亞氣動錨桿鉆機，仿制、研制、試驗煤巷液壓、電動、氣動錨桿鉆機，如MZ、MYT等液壓錨桿鉆機，HMD、MDS等電動錨桿鉆機，MQT、MQB等氣動錨桿鉆機；大斷面巖巷掘進炮孔、全方位錨桿孔的施工。煤巷頂板、邊幫錨桿孔的鉆孔及錨固劑的安裝。

表1我國錨桿鉆機發(fā)展的三個階段（續(xù)）當(dāng)前第39頁\共有54頁\編于星期二\17點階段時間鉆機類型及品種適應(yīng)范圍應(yīng)用發(fā)展階段

20世紀90年代中后期至今（1）在引進澳大利亞諸多產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，開發(fā)適合國情的頂板、邊幫系列氣動錨桿鉆機，產(chǎn)品質(zhì)量更趨成熟，品種更趨多樣化；（2）進一步完善單體液壓錨桿鉆機，形成幫、頂系列產(chǎn)品；（3）開發(fā)研制了可打全方位錨桿孔的氣腿式鑿巖機，如7665M、ZY24M；（4）研制、試驗與懸臂式掘進機配套的機載錨桿鉆裝機；（5）引進澳地利澳鋼聯(lián)公司鉆、裝、錨一體化掘進機組。（見圖4、圖5）

實現(xiàn)機掘巷道快速掘進與錨桿快速鉆裝，實現(xiàn)掘進機掘機和鉆、裝、錨平行作業(yè)。表1我國錨桿鉆機發(fā)展的三個階段（續(xù)）當(dāng)前第40頁\共有54頁\編于星期二\17點圖1電動錨桿鉆機結(jié)構(gòu)簡圖1-防爆電機2-減速器3-鉆桿4-袋式捕塵器5-鉆頭6-支撐桿7-把手當(dāng)前第41頁\共有54頁\編于星期二\17點圖2氣腿式鑿巖機推進及支撐原理示意圖RLR-RHRT當(dāng)前第42頁\共有54頁\編于星期二\17點當(dāng)前第43頁\共有54頁\編于星期二\17點圖4機載錨桿鉆機當(dāng)前第44頁\共有54頁\編于星期二\17點圖5機載式臨時支護裝置當(dāng)前第45頁\共有54頁\編于星期二\17點2.煤礦錨桿鉆機的現(xiàn)狀液壓、氣動錨桿、錨索鉆機品種齊全，已形成系列化，在單體、輕型系列產(chǎn)品已完全取代進口產(chǎn)品，完全滿足國內(nèi)市場的需求，并開始外銷。新材料（輕型復(fù)合材料）已逐步在鉆機中得到運用，產(chǎn)品質(zhì)量、性能、可靠性基本達到國外同類產(chǎn)品20世紀90年代末的水平。且價格僅為國外同類產(chǎn)品的1/3～1/4。當(dāng)前第46頁\共有54頁\編于星期二\17點

骨干生產(chǎn)廠已建立了完善的配件供應(yīng)、維修、技術(shù)服務(wù)體系。我國煤礦錨桿鉆機以單體為主，臺車式、機載式掘錨一體化機組至今沒有定型產(chǎn)品，仍處于試驗研究階段。現(xiàn)有手持式、支腿式幫錨桿鉆機在幫孔施工，錨固劑安裝上仍很困難，必須研制全方位錨桿鉆孔安裝機。目前國內(nèi)錨桿鉆機生產(chǎn)市場十分混亂，質(zhì)量、價格差異大。當(dāng)前第47頁\共有54頁\編于星期二\17點圖6齒輪式氣馬達頂板錨桿鉆機圖7柱塞式氣馬達頂板錨桿鉆機當(dāng)前第48頁\共有54頁\編于星期二\17點液壓泵站主油管油馬達推進缸操縱手把圖8MYT系列鉆機主要結(jié)構(gòu)示