冲击式凿岩

凿岩的方法

冲击式凿岩是凿岩法法的一种，主要是用凿岩机具在矿岩中钻凿炮眼或炮孔（见爆破）的工序。是一种机械凿岩法。特点是钻具以冲凿方式破岩，包括冲凿、回转和清渣三个主要过程。用凿岩机钻浅炮眼和小直径深炮孔，用潜孔钻机和钢绳冲击钻机钻大直径深炮孔。1813年英国人特罗蒂克(R.Treuithick)发明蒸汽冲击式钻机。1855年法国人方丹莫罗（Fontainmoreau）取得气动冲击式凿岩机专利。此后凿岩机具不断发展，使冲击凿岩技术发生了根本变化。

简介

凿岩机是用来对石方进行钻孔等作业的机械化设备。钻孔爆破法是最常用的采矿方法。它首先用凿岩机械在岩石的工作面上开凿一定深度和孔径的炮孔，然后装药爆破，再将爆破后的碎石由装岩设备运走，实现凿岩和掘进。钻孔爆破法作业循环包括钻孔、装药、爆破、出渣、喷锚支护等过程。

凿岩机实际上是一只双作用的活塞式气动（或液动）工具，其工作原理如下图1所示。

在汽（或液压）缸两腔压力差的作用下，活塞1在汽缸中往复运动，冲击钎杆2尾部进行凿岩作业，活塞在回程时带动钎子转动一定角度。这样，活塞每冲击一次，钎子就转动一次。钻杆和钻头是凿岩机的工作装置，钻杆由杆柄、杆身和杆头（钻头）三部分组成。

凿岩设备的发展历史较久，1844年生产出第一台气动凿岩机；20世纪70年代，液压凿岩机开始投入使用，并迅速占领了大部分国外市场，与此同时，电动凿岩机、内燃凿岩机也有了较大发展。根据采用的动力不同，凿岩机可分为气动凿岩机、液压凿岩机、内燃凿岩机和电动凿岩机等。

冲击式凿岩理论

目前真正选用于凿岩工程的基本方法是机械破碎法。根据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、回转式凿岩及回转一冲击式凿岩。对于金属矿山来说．主要是用冲击式凿岩。

为了有效地破碎岩石，进一步提高凿岩效率，必须深入揭露岩石在冲击载荷作用下的规律。研究冲击式凿岩的基本理论，用以指导凿岩机具的设计、选择和使用，以达到提高凿岩生产效率的目的。大量凿岩工程的生产实践及研究证明，不论岩石和刀具的几何形状如何，在冲击载荷作用下，岩石的破碎过程都有三个基本规律。一是呈跃进式破坏。作用于刀具上的外载荷增加时．岩石首先产生弹性形变．刀具伸人的深度也随之增加。但当外载荷增至一定值时，侵深迅速增加，载荷下降产生了第一次跃进式破坏。此后载荷增加时，侵深又随压力的增加而增大。当其达到一定值以后，将发生第二次跃进式破坏，依次循环。二是产生承压核。在刀具的前方产生承加核，此核由被粉碎了的岩粉组成，其形成是由于剪应力作用的结果。它的形成改变了刀具作用在岩石的边界条件，从而改变了岩石内部应力分布。三是形成破碎漏斗。在刀具侵入岩石发生跃进式破坏的时候，由于较大破碎体的分离，在岩石上形成漏斗状的崩碎坑，称之破碎漏斗。不论压头形式、侵入方式及岩石的种类如何，漏斗的顶角变化都不大，一般为120°~150°。

凿岩工作中，凿岩速度和效率是人们关心的问题，也是评价凿岩工作的主要指标，为此引进比功耗的概念（即破碎单位体积内岩石所需要的功）。冲击功是破碎效果的基本因素，是冲击式凿岩机械的主要参数之一。

冲击式凿岩机械

冲击式凿岩机械，按安设与推进方式可分为：手持式、气腿式、向上式和导轨武四种。

手持式凿岩机可以钻凿任意方向的炮眼，需要人力支承与推进，劳动强度大，仅在立井掘进中仍有使用。

气腿式凿岩机的机身下有一个气腿子，起支承和推进作用，主要用来钻凿水平和倾斜的炮眼。由于操作灵活，适应性强，使用最为广泛。定型产品有YT-23型（原7655型）、YT-24型等。

向上式（伸缩式）凿岩机的尾部固定有一个可伸缩的气腿，它既是支架又是推进器。主要用于掘进反井、煤仓及钻顶板锚杆眼时采用。它可以自下向上钻凿与水平成60°~90°的炮眼。

导轨式凿岩机由于重量大，冲击力大，需要与凿岩台车（钻车）或凿岩柱架配套使用。可钻凿水平及各种方向的炮眼。

凿岩机是利用压气推动机体内的活塞前后移动打击钎子完成钻眼工作的。它的破岩原理（钻孔形成过程）如下图2所示。

钎刃在冲击力F的作用下凿入岩石，凿出深度为h的沟槽Ⅰ—Ⅰ，然后将钎子转动一角度β，再次冲击，此时不但凿出沟槽Ⅱ一Ⅱ，而且两条沟槽之间的岩石，也被冲击时产生的水平力H剪切掉。为使钎刃始终作用在新的岩面上，必须及时排除岩石碎屑。冲击、转钎、排粉，往复循环地持续进行，便可凿出圆形炮眼。

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