潜孔钻机的介绍

第一节 概 述 一、潜孔钻机的应用

在钻孔机械应用中，气腿式凿岩机只能钻凿小孔径、中浅炮孔；重型导轨式凿岩机经接杆也能钻凿较深的炮孔，但能量消耗大，钻进速度慢。而潜孔钻机的特点是活塞打击钎杆时的能量损失不随钻孔的延伸而加大，因此，它适合于钻凿大孔径、深度大的炮孔。

潜孔钻机是利用潜入孔底的冲击器与钻头对岩石进行冲击破碎，因此，称为潜孔钻机。广泛用于金属矿山、水电、交通、建材、港湾和国防工程中。

潜孔钻机：用钻杆带动风动冲击器和钻头一起旋转，利用风动冲击器的活塞冲击钻头破碎矿岩，通常用在中小型矿山中钻直径80～250毫米的炮孔。潜孔钻机可以在中硬以上（f≥8）的岩石中钻孔。钻机价格比较便宜，特别适用于中小型露天矿。 潜孔凿岩的实质，是在凿岩过程中使冲击器潜入孔内，以减小由于钎杆传递冲击功所造成的能量损失，从而减小孔深对凿岩效率的影响。潜孔凿岩的凿岩设备是潜孔钻机，我国地下矿山常用的有YQ-80、YQ-100及QZ-165等型号，在坚固性系数f=8~14的矿岩中钻凿孔径为80～165毫米的深孔，能获得较高的凿岩速度

一体化液压潜孔钻机广泛应用于冶金、矿山、建材、铁路、水电建设、国防施工及土石方等露天工程的爆破孔钻凿及水下钻孔爆破炸礁工程中。履带行走，钻具回转推进，钻架顶升补偿，钻机调平都采用液压驱动。采用螺杆式空气压缩机输出的压缩空气为动力冲击凿岩和冲洗炮孔，使用气压范围为1.05～1.4MPa，配用干式层流除尘器。钻具采用英格索兰高气压潜孔冲击器，钻凿孔径90~180毫米，深度为30米垂直或倾斜炮孔。一体化液压潜孔钻机是目前国内最先进的一体化液压潜孔钻机，具有高效的高气压潜孔钻进系统，便于高精度、高效率的爆破孔钻凿。国际化的采购、计算机优化设计以及功率匹配与负载适应系统的开发与应用，实现了动力系统从动力—泵—负载全局功率匹配，有效降低了整机能耗，确保了整机最佳性能与高可靠性。

二、潜孔钻机的分类

1、根据使用地点不同，分为井下潜孔钻机和露天潜孔钻机两大类。如：井下潜孔钻机有K7—80、KQJ—100型，露天潜孔钻机有KQ—100、KQ—150、KQ—200、KQ—250型，如图所示。 2、根据孔径不同，分为轻型潜孔钻机（孔径为80~100mm，机重为数百公斤到2~3吨）、中型潜孔钻机（孔径为150mm，机重为10~15吨）、重型潜孔钻机（孔径为200mm，机重为25~35吨），特重型潜孔钻机（孔径为250mm，机重为40~45吨）。 三、潜孔钻机的工作原理

潜孔钻机的工作原理与其它凿岩机一样，都有冲击、转动、排碴和推进等凿岩成孔过程，同属于冲击转动式钻孔。不同之处在于：潜孔钻机的冲击器装在钻杆的前端，潜入孔底，随钻孔的延伸而不断推进。潜孔凿岩原理简图如图所示。 四、潜孔钻机的特点

与其它凿岩机相比，它具有如下特点：

① 冲击能量损失不随钎杆的加长而增加，可凿钻大孔直径的深孔； ② 工作面噪音大大降低；

③ 钻进速度快，机械化程度高，辅助作业时间少，提高了钻机的作业率； ④ 机动灵活； ⑤ 钻孔质量高；

⑥ 能钻凿中硬或中硬以上（f≥8）的岩石。

第二节 钻具

潜孔钻机的钻具包括钻杆、冲击器和钻头。钻杆的两端有连接螺纹，一端与回转供风机构相联接，另一端联接冲击器。冲击器的前端安装钻头。

※ 潜孔钻机的钻孔过程：钻孔时，回转供风机构带动钻具回转并向中空钻杆供给压气，冲击钻头进行凿岩，压气将岩碴（粉）排出孔外，推进机构将回转供风机构和钻具不断向前推进。 一、钻杆

※ 钻杆的作用：是把冲击器送到孔底，传递扭矩和轴压力，并通过其中心孔向冲击器输送压气和水。

※ 钻杆的材料：因钻杆受到复杂载荷作用和磨蚀作用，要求钻杆有足够的强度、刚度和冲击性，钻杆采用中空厚壁无缝钢管与两端按焊接而成。 二、冲击器

※ 冲击器的作用：是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，并实现孔底排碴和处理夹钻。 ※ 冲击器的性能分析：

冲击器的冲击功、冲击频率和耗气量是表征冲击器性能优劣的主要参数。

冲击器的冲击功越大，钻孔速度越高。但冲击功的增加量有一定限度的。因为，一方面受到钻头硬质合金柱强度的限制；另一方面，在钻头直径一定的情况下，单位功耗是不同的，且差别很大。

※ 影响单位功耗最优的因素： ① 所破碎的岩石硬度。

② 活塞冲击速度。对于坚硬的岩石，最优冲击速度为5—7.5m/s，若过低，则钻孔速度低，单位功耗增加；若过高，则不仅会增加单位功耗，而且会引起活塞和钻头的疲劳破坏。因此，在冲击功、冲击频率和活塞重量相同的情况下，细长活塞有利于减缓活塞和钻头的疲劳破坏，破坏岩石的效果好，单位功耗小。所以，冲击器宜采用棒锤形细长活塞结构。

冲击功越大，冲击频率越高，冲击功率就越大，但冲击功率大，钻孔效率不一定高，因此，冲击器多属于大冲击功、低冲击频率类型的冲击器。 三、钻头

钻头是传递冲击能量，直接破碎岩石的工具。

1、钻头技术要求：凿岩效率、钻孔速度及钻头寿命，主要取决于钻头的结构型式及材质状况。

★ 从受力情况看，钻头承受很大的动载荷和磨擦作用，因此，要求钻头有较高的表面硬度，较好的耐磨性和足够的冲击性。

★ 从结构上看，应有利于压气进入孔底以冷却钻头和排除岩碴。

★ 从能量传递上看，钻头重量与活塞重量之比应尽可能接近于1，以提高冲击能量的传递效率。活塞重量对冲击功、冲击速度和碰撞能量传递状态都有很大影响。在同样的冲击末速度条件下，活塞重量大大，则冲击功大，冲击次数少，而碰撞反弹现象变化不明显，破岩效果是理想的，但活塞重量过大，势必将活塞尺寸加长，使其有效行程相应变小，因而冲击能量相对降低。

2、钻头类型及结构分析

① 按其结构，可分为整体式与分体式两种。整体式钻头具有便于加工和使用、能量传递效率高等优点，但整体钻头由于钻头工作面积硬质合片（柱）的磨损会导致整体钻头的报废，因此，广泛采用分体式钻头。

② 按其钻刃形状，可分为刃片型 、柱齿型和片柱混装型三种。

※ 柱齿型钻头：是用机械的方法把一定规格的硬质合金柱压入到钻头体上的齿孔中而成。 ★ 优点：① 在穿孔过程中能自行修磨，使钻头钻进速度趋于稳定；

② 可根据受力状况合理布置合金柱；

③ 柱齿磨损20%时，钻头仍然可以继续工作； ④ 嵌装工艺简单，一般用冷压法嵌装即可。

第三节 各类潜孔钻机的工作原理及使用条件 井下潜孔机 钻机工作原理：

※ 回转供风机构：一方面提供回转动力并把动力传递到钻具，完成钻具钻凿动作；另一方面，通过其空心轴把高压气水混合物送入钻杆直达冲击器，完成孔底吹碴动作。

※ 推进调压机构：一方面通过活塞杆往返运动，使回转供风机构向前滑动，钻具则以一定轴压作用于孔底，实现凿岩推进；另一方面调节气缸进气压力，实现在合理轴压力下钻孔。 ※ 操纵机构：通过操纵开关手把，操纵回转供风机构和推进调压结构完成各自动作。 ※ 凿岩支柱：升降钻机以适应作业空间的高度和钻凿不同方向的钻孔。 露天潜孔钻机

1、钻机工作原理： ※ 钻架与机架：机架通过横梁座落在履带上，钻架通过铰接方式与机架连接并绕铰接轴转动，以适应各种孔向。钻架上安装有回转供风机构、推进提升机构、钻具、接送杆机构。机架上则布置有操作机棚、除尘系统、司机室等。

※ 回转供风机构：驱动钻具回转和高冲击器供给压气。

※ 推进提升机构与调压装置。如图所示。推进钻具，保证钻头工作时始终与孔底接触，并实现回转供风机构和钻具的快速升降，调压装置是保证钻具时孔底施以合理的轴压力，以获得最优的钻孔效率。

※ 接送钻杆机构：露天潜孔机多用主、副两根钻杆。钻杆的接卸和存放由接送钻杆机构完成。

钻孔设备

水泥矿山应淘汰钻速低、排渣难的低风压潜孔钻机；淘汰送风管道长、耗能高、效率低的低风压固定式空压机。中、高风压潜孔钻机和全液压露天钻机将是水泥矿山未来的主力钻机。固定式低风压(0.5～0.7Mpa)空压机正逐步淘汰，仅适应中硬以下岩石穿孔的切削回转钻机和穿凿坚硬、极坚硬的牙轮钻机也将逐步淡化出水泥矿山市场。 中、高风压露天潜孔钻机

钻机使用中风压(1.O～1.4MPa)和高风压(1.7-2.4MPa)的压缩空气作动力，由压缩空气直接驱动冲击器和钻头选行钻孔作业，钻具回转采用液压马达，滑架起落应用液压缸支撑。目前国内外一些矿山采用钻机和压缩机分开的分体式配置，但一体化钻机，即钻机、柴油机风冷空压机和柴油机液压泵组三位一体，是钻机配置的发展方向。 全液压露天钻机

钻机自动凿岩系统能保持到贯穿孔底的最大凿岩效率，通过自动调节冲击力、推进力、旋转和双重缓冲器装置，不断适应不同岩层和岩性的变化，从而提高凿岩性能，降低能耗并延长钻具使用寿命，凿岩能量得以充分传递，并使钻进中的反射冲击波降低到最小。 全液压露天钻机采用高排量的空气压缩机，增大了排尘风量，尽快地将凿岩的粉尘颗粒分离出来，提高钻孔速度，减少钻头磨损。使用高排量空气压缩机，也加大了钻孔口径。