
爆破工程师的能力,不是只会对孔网参数的计算,更多体现在爆破的施工组织,而爆破施工组织的重要环节是钻、爆、挖、运。
地下钻孔机械主要有凿钻机、潜孔机械、牙轮钻机、隧道掘金钻车和采矿凿岩钻车;
水下钻孔机械主要有固定支架水上作业平台、漂浮式钻孔爆破作业船与作业平台、支腿升降式水上钻孔作业平台
气动凿岩机是目前国内凿岩应用最广、数量最多的凿岩工具。但由于其能量利用率极低。凿岩速度慢、噪声很大、有被液压凿岩机逐渐取代的趋势
固有偏差:钻孔偏差做为定量的因素通常被忽视,在实际的爆破作业中是非常关键的因素,目前在隧道开挖爆破中几乎没有要求。
应严格控制欠挖。当岩石比较完整、石质坚硬时,允许岩石个别突出(每1m2内不大于0.1m2)侵入衬砌。但其隆起量不得大于5cm。拱脚、墙脚以上1m内严禁欠挖。(对整体式衬砌应小于衬砌厚度的1/3,并小于10cm,对喷锚式衬砌不应大于5cm)
7、当在浅埋、软岩、临近建筑物等特殊情况地段爆破时,应采用仪器检测围岩爆破扰动范围和振速,并采取措施减小爆破对围岩的扰动程度;
8、爆破后检查爆破效果,分析原因及时修正爆破参数。根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬程度及爆后石渣的块度,及时修正孔距、用药量、特别是周边眼的药量;根据爆破振动速度监测结果,调整但段起爆药量及雷管段数。
(1)隧道底部允许平均超挖值为10cm,局部突出每平方米内不应大于0.1m2,侵入断面不大于5cm;
(2)水沟应与边墙基础同时开挖,且一次成型。边墙基础高程应符合设计要求,每一次开挖循环用仪器检查一次。
测量人员定出隧道中心线和开挖轮廓线,用红油漆按钻爆设计图画出炮眼位置,经检测符合设计要求后方可钻孔。
2)炮眼的深度和角度符合设计,掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm;
4)当开挖面凸凹较大时,应按实际情况调整炮眼深度,使周边眼的和辅助眼眼底在同一平面上。
5)钻眼完毕,按炮眼布置图进行检查并做好记录,对不符合要求的炮眼应重钻,经检查合格后方可装药;
6)周边眼在断面轮廓上开孔,严格控制外插角,外斜率不得大于5cm/m,以尽可能使前后排炮接茬处台阶减小。
(3)周边孔装药量较小,采用小直径药卷间隔装药,用竹片固定药卷,用导爆索、非电毫秒雷管起爆,当裂隙水较多时采用防水炸药。
1、固有偏差:钻孔偏差做为定量的因素通常被忽视,在实际的隧道爆破作业中是非常关键的因素,目前在隧道开挖爆破中几乎没有要求。
采用斜眼掏槽技术,一般小型隧道进尺是宽度60%;大型隧道进尺是宽度45%。
4、炮眼的最大抵抗线、炮眼的数目和位置应根据炮眼底部的直径、所用炸药的类型及其装药密度、岩石性质和钻孔偏差等确定。
2、当断面较小或围岩软弱、破碎或对曲线、折线开挖成型较高时,周边眼间距E应取小值;
爆破作用指数的概念:n=r/w是漏斗半径与最小抵抗线的比值,是描述爆破松动程度的概念。
反向起爆:提高爆炸应力波的作用;曾长了爆破作用时间;增大炮孔的底部作用。
目前《隧道掘进实施性爆破设计方案》与实际钻爆队脱节的。爆破设计的人员几乎不参与爆破作业。更没有可持续优化改进的爆破技术方案。
是否按设计原则划线布孔、钻孔的精度和数量保证、验孔环节、验收爆破质量环节。建立钻孔质量和光面的奖励机制,奖励到班组、钻工。
4、打孔数量不够和钻孔精度低是普遍现象;现场几乎没有管理;“5米”炮杆打3米眼,一杆支到底,怎样保证精度;
5、周边孔的光面装药结构的保证,小药卷装药法或间隔不耦合装药线、掏槽、掘进、周边孔微差的控制,50-100毫秒间隔;
利用锤头周期性地给钎头以一个轴向力P,在此轴向力—冲击力的作用下,钎头凿入岩石一个深度τ,其破碎的岩石面积为Ⅰ—Ⅰ′。为了形成一个圆形的炮孔,钎子每冲击一次之后,还须回转一个角度β,然后再进行新的冲击,相应的破碎面积为Ⅱ—Ⅱ′。如此重复运动,即形成一个具有一定深度的钻孔。
在两次冲击之间留下来的扇形岩瘤,将借钎头切削刃上所产生的水平分力T剪碎。
此外,为保证钎子持续有效地进行凿岩作业,还必须把凿岩过程中形成的粉尘从炮孔中及时地排出。
7655牌和YT27型气腿式凿岩机主要用于各类矿山、铁路、水利建设和国防石方工程中的凿岩作业。
浅孔凿岩机的钻具包括钎头和钎杆,中深孔的钎具除钎头和钎杆以外,还有连接套和钎尾。
连接套的作用是用于钎杆与钎杆、钎杆与钎尾之间的连接,使凿岩钎具形成一个传递凿岩能量的整体。
钎尾的作用是插入凿岩机转动套筒内,将凿岩机的冲击能量、回转扭矩和冲击介质传递给钎杆和钎头。
液压凿岩机是20世纪70年代开始应用生产的新型凿岩机械,它是以高压油为全部驱动力。液压凿岩机具有输出功率大、钻孔速度快、能量消耗低、零件和钎具寿命长、钻孔精度高、液压控制完善等优点
潜孔钻机可在中硬或中硬以上(f≥8)的岩石中钻孔。它与凿岩机一样,都有冲击、转动、排碴和推进的凿岩成孔过程,同属冲击转动式钻孔。如同外回转凿岩机一样,具有独立的回转机构和冲击机构,不同的是潜孔钻机的冲击机构——冲击器装于钻杆的前端,潜入孔底,随钻孔的延伸而不断推进。潜孔钻机即因冲击器潜入孔底而得名。
潜孔钻机不象凿岩机接杆钻进那样,能量损失随钎杆的加长而增加,因而能打深孔、大孔;应用于井下钻孔时,同凿岩机相比,由于冲击器深入孔内作业,工作面噪音大大降低;应用于露天钻孔时,同钢绳冲击式钻机相比,钻孔速度提高2~3倍,机械化程度较高,辅助作业时间少,提高了钻机作业率;潜孔钻机重量较轻,机动灵活,投资费用低,特别是能钻斜孔,有利于控制矿石的品位、增加边坡的稳定性、消除根底、提高爆破质量。
按作业环境的不同,有井下潜孔钻机和露天潜孔钻机两大类型。露天潜孔钻机,按钻孔直径和重量的大小,有轻型、中型和重型三种。
潜孔钻机的钻具包括钻杆、冲击器和钻头。钻杆的两端有联接螺纹,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。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,冲击器冲击钻头进行凿岩,压气将岩碴排出孔外,推进机构将回转供风机构和钻具不断地向前推进。
钻杆的作用是把冲击器送至孔底,传递扭矩和轴压力,并通过其中心孔向冲击器输送压气。井下潜孔钻机的钻杆较短,长度一般为800~1300mm,钻完一个深孔需要几十根钻杆。露天潜孔钻机一般只有二根钻杆,接杆可钻15~18m深的孔。
钻杆承受着冲击振动、扭矩及轴压力等复杂载荷的作用,并且由孔壁和钻杆之间排出的岩碴对其表面产生喷砂性的磨蚀作用。因此,要求钻杆有足够的强度、刚度和冲击韧性。钻杆一般采用中空厚壁无缝钢管。
钻杆直径的大小,应满足排碴的要求。由于供风量是一定的,排出岩碴的回风速度就取决于孔壁与钻杆之间的环形断面积的大小。对于一定直径的钻孔,钻杆外径越大,回风速度越大。一般要求回风速度为25~35m/s.。
冲击器是潜孔钻机的心脏部件,它的质量优劣,直接影响着钻孔速度和钻孔成本。对冲击器的基本要求是:性能参数好,钻孔效率高:结构简单,便于制造、使用和维修;零部件工作可靠,使用寿命长:能在各种岩层,如含水层里正常工作。国产冲击器主要有有阀冲击器和无阀冲击器两种类型,它们的技术特征列于表4—1。
在钻孔过程中,钻头上端承受活塞的冲击,下端打击在岩石上,同时还承受着轴压、扭矩和岩碴的磨蚀作用,受力状态极其复杂。
影响钻头工作性能和使用寿命的因素很多,包括钻头的结构设计和钻头体材质的选择;硬质合金的质量、形状、固齿工艺以及钻头使用和修磨制度等等。
因此,要求钻头材料具有较高的动载荷强度和优良的耐磨性;结构上应利于压气进入孔底以冷却钻头和排除岩碴;形状简单,易于制造;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。
在钻头工作面上用机械的方法压入头部为球形的硬质合金柱,故又称之为球齿形钻头。柱齿钻头便于根据受力状况合理地布置合金柱。边缘部分速度快、阻力大,可以镶嵌较多的合金柱,使每个齿负担凿岩面积大致相等,有利于提高钻进速度和钻头寿命;钻头体通常做成整体式,便于加工和使用,与分体式相比,能提高能量传递效率;钻头与冲击器之间多采用花键联接,传递的扭矩大、受力均匀、磨损小、寿命长。
为了使钻头端面上所有柱齿达到均匀磨损并防止卡钻,J-200B型钻头头部加工成近似球体,边齿的倾角设计成45°,使边齿突出较多,有利于提高钻头寿命;此外,还在钻头体周边上铣了一些小缺口,从减少钻头与孔壁的接触面积,减少摩擦,防止卡钻。
冲击功、冲击频率和耗气量是表征冲击器性能优劣的三个主要参数,它们的计算方法与气动凿岩机相应参数的计算类似。
冲击功越大,冲击频率越高,冲击功率就越大。冲击功率综合反映了冲击器具有做功能力的大小。但是,冲击功率大,钻孔效率不一定就高。
根据应力波理论,活塞和钻头的疲劳破坏,主要取决于最大应力(即应力波的峰值),而随着活塞冲击速度的提高,应力峰值也增大。
受到钻头硬质合金柱强度的限制;在钻头直径一定的情况下,不同的冲击功破碎单位体积岩石所消耗的冲击功——单位功耗是不同的,而且差别很大。
潜孔钻机的工作参数主要指钻具施于孔底的轴压力、钻具的回转速度、扭矩和排碴风量等。合理地选择这些参数,不仅能获得最优的钻孔效率还能延长钻具的使用寿命。合理的钻机工作参数与钻头直径、孔向、岩石坚固性、压气压力、冲击频率以及钻头结构型式等因素有关,迄今尚未掌握其规律。因此,钻机的工作参数只能根据生产经验或用实验方法建立的经验公式来计算。
潜孔凿岩主要是依靠钻具的冲击能量来破碎岩石,钻具回转只是用来更换冲击位置,避免重复破碎。因此,潜孔凿岩不需要很大的轴压力。轴压力过大,不仅易产生剧烈振动,还会加速硬质合金的磨损,甚至引起硬质合金崩角或断裂,使钻头过早损坏;轴压力过小,则钻头不能很好地与岩石接触,影响能量的传递效率,甚至使冲击器不能正常工作。
潜孔钻机钻孔时,钻进部件(含回转供风机构、钻具)自重施于孔底的有效轴压力,与钻凿某种岩石所需要的合理轴压力是不相等的,所以在潜孔钻机上设置了调压装置,以便调整施于钻具上的作用力,使凿岩作业在合理的轴压力下进行。
冲击器的反跳力,其值为活塞在每一个工作循环中使气缸返回到初始位置所需要的最小轴推力,N
钻头每冲击一次只能破碎一定范围的岩石。当钻具转速过高时,在二次凿痕之间,势必留下一部分未被冲击破碎的岩瘤,使得回转阻力矩增大,钻机振动加剧,钻头端面及径向上的硬质合金迅速磨损,不仅降低了钻孔速度,甚至造成夹钻事故;当转速过低时,则可能产生重复破碎现象,没有充分利用钻头的冲击能量,钻速降低。
钻具的最优转数应当根据钻头两次冲击之间能破碎的最大孔底扇形面积的最大转角来确定。然而,这个合理的转角与钻头直径、岩石物理机械性质、冲击功、冲击频率、轴压力、钻头刃数和形状、以及硬质合金片(柱)的磨损程度等因素有关。
一般说来,当钻孔直径愈小、岩石硬度愈低、冲击功愈大、冲击频率愈高、轴压力愈大、钻头刃数愈多、硬质合金片(柱)愈锋利的情况下,钻具转速可以高些。反之,转速应低些。
由于轴压力作用在钻具工作面上产生的摩擦阻力矩,钻刃剪切两次冲击间遗留下来的岩瘤时所受的阻力矩,钻具与孔壁之间的摩擦阻力矩,
钻具回转扭矩的大小与孔径的大小、岩石坚固性、钻头形状、轴压力和回转速度的大小诸因素有关。
排碴风量的大小对钻孔速度和钻头的使用寿命影响很大。实践表明:增大排碴风量,可以更有效地清除孔底岩碴,避免大颗粒岩碴的重复破碎,降低不必要的能量消耗,从而提高了钻进速度;增大排碴风量,能够有效地冷却钻头,并减少钻头的磨损,延长了钻头的使用寿命;此外,排碴干净,可以增加有效的孔深,减小超钻深度,提高了钻孔的利用率。但是,风量过大会增加空压机的容量和能耗,还会加速钻杆的磨损。
合理的排碴风量,决定于在钻杆和孔壁之间的环形空间内有足够大的回风速度,以便及时地将孔底岩碴排出孔外。这个回风速度必须大于最大颗粒岩碴在孔内空气中的悬浮速度(即临界沉降速度)。根据国外的经验,认为回风速度大约为25.4m/s,最低不能小于15.3m/s。对于比重较大的某些铁矿,悬浮速度较大,有的甚至超过45.7m/s。
凿岩钻车是将凿岩机构、推进装置、定位装置等安装在机械底盘或钻架上进行凿岩作业的设备。露天凿岩钻车一般安装一台凿岩设备,地下凿岩钻车可安装一台或多台凿岩设备,实现快速、高效凿岩。国外凿岩钻车上广泛使用液压凿岩机。
井下潜孔钻机用于井下钻孔作业。在无底柱分段崩落采矿法中,用于钻扇形爆破深孔;在掘进天井、通风井时,用于钻吊灌穿绳孔;在掘进平巷或各种碉室时,用于钻中深爆破孔。国产井下潜孔钻机的技术特征列于表4-3。
推进调压机构由推进气缸7、滑板10.支架13、滑架14组成。用螺栓将回转供风机构和支架联接在滑板上。钻具以一定轴压作用于孔底,实现凿岩推进。调节气缸的进气压力,便可实现在合理轴压力下钻孔。
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