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潛孔鉆機的應用 

在鉆孔機械應用中，氣腿式鑿巖機只能鉆鑿小孔徑、中淺炮孔；重型導軌式鑿巖機經(jīng)接桿也能鉆鑿較深的炮孔，但能量消耗大，鉆進速度慢。而潛孔鉆機的特點是活塞打擊釬桿時的能量損失不隨鉆孔的延伸而加大，因此，它適合于鉆鑿大孔徑、深度大的炮孔。  潛孔鉆機是利用潛入孔底的沖擊器與鉆頭對巖石進行沖擊破碎，因此，稱為潛孔鉆機。廣泛用于金屬礦山、水電、交通、建材、港灣和*中。潛孔鉆機：用鉆桿帶動風動沖擊器和鉆頭一起旋轉，利用風動沖擊器的活塞沖擊鉆頭破碎礦巖，通常用在中小型礦山中鉆直徑80～250毫米的炮孔。潛孔鉆機可以在中硬以上（f≥8）的巖石中鉆孔。鉆機價格比較便宜，特別適用于中小型露天礦。 潛孔鑿巖的實質，是在鑿巖過程中使沖擊器潛入孔內，以減小由于釬桿傳遞沖擊功所造成的能量損失，從而減小孔深對鑿巖效率的影響體化液壓潛孔鉆機廣泛應用于冶金、礦山、建材、鐵路、水電建設、國防施工及土石方等露天工程的bao破孔鉆鑿及水下鉆孔bao破炸礁工程中。履帶行走，鉆具回轉推進，鉆架頂升補償，鉆機調平都采用液壓驅動。采用螺桿式空氣壓縮機輸出的壓縮空氣為動力沖擊鑿巖和沖洗炮孔，使用氣壓范圍為1.05～1.4MPa，配用干式層流除塵器。鉆具采用英格索蘭高氣壓潛孔沖擊器，鉆鑿孔徑90~180毫米，深度為30米垂直或傾斜炮孔。一體化液壓潛孔鉆機是目前國內的一體化液壓潛孔鉆機，具有的高氣壓潛孔鉆進系統(tǒng)，便于高精度、率的bao破孔鉆鑿?；牟少彙⒂嬎銠C優(yōu)化設計以及功率匹配與負載適應系統(tǒng)的開發(fā)與應用，實現(xiàn)了動力系統(tǒng)從動力—泵—負載全局功率匹配，有效降低了整機能耗，確保了整機性能與高可靠性。

多功能全液壓潛孔鉆機技術參數(shù)與工作原理 

潛孔鉆機設備是消化吸收國產(chǎn)液壓錨固鉆機及隧道管棚液壓鉆機的*技術，并結合國內實際情況而設計制造的性能優(yōu)異的履帶式多功能全液壓鉆機鉆機的鉆架可在三個平面內調節(jié)，特別設計的擺動機構使得鉆架在水平和垂直方面均能方便地定位。另外鉆臂還可以±15度軸向擺動旋轉，這些特性使鉆機在所有的工況下均可施工多功能全液壓鉆機

應用領域

 一、 鐵路隧道探測及注漿孔鉆進（風化巖及完整基巖上鉆進）

⒈如果巖石普氏硬度f≤10，利用進口動力頭回轉及沖擊，需配快換釬桿及釬頭，采用高壓水排渣，亦可以利用進口動力頭回轉及沖擊，實現(xiàn)一邊鉆孔一邊注漿，防止?jié)B漏水涌出。

⒉如果巖石普氏硬度f＞10,利用進口動力頭回轉，沖擊利用高壓氣動潛孔錘進行潛孔鉆進；同時把高壓水通過沖擊器注入孔內進行除塵。

二、 鐵路隧道管棚孔鉆進（覆蓋層跟管鉆進）

⒈如果管棚孔深度≤30米，且砂卵石比較小，可利用進口動力頭回轉實現(xiàn)單作用雙回轉，即內鉆桿、套管同時回轉及沖擊，采用高壓水排渣，降低施工成本。

⒉如果管棚孔深度＞30米，可利用進口動力頭實現(xiàn)內鉆桿、套管同時回轉，沖擊利用中高壓氣動潛孔錘配偏心/對心擴孔鉆具實現(xiàn)，把高壓水通過沖擊器注入孔內。

三、城市高層建筑基坑的錨索孔鉆進（覆蓋層跟管鉆進）

施工工藝同鐵路隧道管棚鉆進工藝一樣。

四、地源熱泵及水電圍堰注漿孔的鉆進

1. 如果覆蓋層深度≤30米，且砂卵石比較小，可采用進口動力頭回轉實現(xiàn)單作用雙回轉，即內鉆桿、套管同時回轉和沖擊，采用高壓水排渣，起拔套管效率高，降低施工成本。在基巖上利用中高壓氣動潛孔錘空氣鉆進，鉆進深度達250米。

工作原理

潛孔鉆機是一種全氣動式鑿巖機械，有空氣壓縮機提供動力驅動氣動馬達完成各種預定動作。打開主風閥，壓縮氣體經(jīng)過油霧器，高壓氣體呈油霧狀態(tài)進入控制閥。一路不經(jīng)減壓直接進入沖擊器控制閥，另一路經(jīng)減壓閥減壓后進入風控閥，然后驅動馬達轉動。推動行走風閥，行走馬達啟動，經(jīng)兩次減速，實現(xiàn)整機前進，后退，轉彎等動作。打開液壓泵控制閥，油泵馬達啟動，操縱液壓閥控制各個油缸，可完成鉆臂的傾斜，擺動?；艿膬A斜，擺動以及左右履帶的擺動動作。操縱沖擊風閥，可完成沖擊器沖擊，進給，旋轉，快速上下移動及油泵，水泵啟動工作

潛孔鉆機的工作原理 

潛孔鉆機的工作原理與其它鑿巖機一樣，都有沖擊、轉動、排碴和推進等鑿巖成孔過程，同屬于沖擊轉動式鉆孔。不同之處在于：潛孔鉆機的沖擊器裝在鉆桿的前端，潛入孔底，隨鉆孔的延伸而不斷推進。

潛孔鉆機的特點 

與其它鑿巖機相比，它具有如下特點： 

① 沖擊能量損失不隨釬桿的加長而增加，可鑿鉆大孔直徑的深孔；

② 工作面噪音大大降低； 

③ 鉆進速度快，機械化程度高，輔助作業(yè)時間少，提高了鉆機的作業(yè)率；

④ 機動靈活；

⑤ 鉆孔質量高； 

⑥ 能鉆鑿中硬或中硬以上（f≥8）的巖石 鉆具  潛孔鉆機的鉆具包括鉆桿、沖擊器和鉆頭。鉆桿的兩端有連接螺紋，一端與回轉供風機構相聯(lián)接，另一端聯(lián)接沖擊器。沖擊器的前端安裝鉆頭。 

※ 潛孔鉆機的鉆孔過程：鉆孔時，回轉供風機構帶動鉆具回轉并向中空鉆桿供給壓氣，沖擊鉆頭進行鑿巖，壓氣將巖碴（粉）排出孔外，推進機構將回轉供風機構和鉆具不斷向前推進。

鉆桿 

※ 鉆桿的作用：是把沖擊器送到孔底，傳遞扭矩和軸壓力，并通過其中心孔向沖擊器輸送壓氣和水。 

※ 鉆桿的材料：因鉆桿受到復雜載荷作用和磨蝕作用，要求鉆桿有足夠的強度、剛度和沖擊性，鉆桿采用中空厚壁無縫鋼管與兩端按焊接而成。

沖擊器 

※ 沖擊器的作用：是通過活塞的運動把壓氣的壓力能轉變?yōu)槠扑閹r石的機械能，并實現(xiàn)孔底排碴和處理夾鉆。

※ 沖擊器的性能分析： 

沖擊器的沖擊功、沖擊頻率和耗氣量是表征沖擊器性能優(yōu)劣的主要參數(shù)。  沖擊器的沖擊功越大，鉆孔速度越高。但沖擊功的增加量有一定限度的。因為，一方面受到鉆頭硬質合金柱強度的限制；另一方面，在鉆頭直徑一定的情況下，單位功耗是不同的，且差別很大。 

※ 影響單位功耗*的因素：

① 所破碎的巖石硬度。 

② 活塞沖擊速度。對于堅硬的巖石，*沖擊速度為5—7.5m/s，若過低，則鉆孔速度低，單位功耗增加；若過高，則不僅會增加單位功耗，而且會引起活塞和鉆頭的疲勞破壞。因此，在沖擊功、沖擊頻率和活塞重量相同的情況下，細長活塞有利于減緩活塞和鉆頭的疲勞破壞，破壞巖石的效果好，單位功耗小。所以，沖擊器宜采用棒錘形細長活塞結構。 

沖擊功越大，沖擊頻率越高，沖擊功率就越大，但沖擊功率大，鉆孔效率不一定高，因此，沖擊器多屬于大沖擊功、低沖擊頻率類型的沖擊器鉆頭  鉆頭是傳遞沖擊能量，直接破碎巖石的工具。 

1、鉆頭技術要求：鑿巖效率、鉆孔速度及鉆頭壽命，主要取決于鉆頭的結構型式及材質狀況。 

★ 從受力情況看，鉆頭承受很大的動載荷和磨擦作用，因此，要求鉆頭有較高的表面硬度，較好的耐磨性和足夠的沖擊性。 

★ 從結構上看，應有利于壓氣進入孔底以冷卻鉆頭和排除巖碴。 

★ 從能量傳遞上看，鉆頭重量與活塞重量之比應盡可能接近于1，以提高沖擊能量的傳遞效率。活塞重量擊功、沖擊速度和碰撞能量傳遞狀態(tài)都有很大影響。在同樣的沖擊末速度條件下，活塞重量大大，則沖擊功大，沖擊次數(shù)少，而碰撞反彈現(xiàn)象變化不明顯，破巖效果是理想的，但活塞重量過大，勢必將活塞尺寸加長，使其有效行程相應變小，因而沖擊能量相對降低。 

2、鉆頭類型及結構分析 

① 按其結構，可分為整體式與分體式兩種。整體式鉆頭具有便于加工和使用、能量傳遞效率高等優(yōu)點，但整體鉆頭由于鉆頭工作面積硬質合片（柱）的磨損會導致整體鉆頭的報廢，因此，廣泛采用分體式鉆頭。 

② 按其鉆刃形狀，可分為刃片型 、柱齒型和片柱混裝型三種。 柱齒型鉆頭：是用機械的方法把一定規(guī)格的硬質合金柱壓入到鉆頭體上的齒孔中而成。

★ 優(yōu)點：

① 在穿孔過程中能自行修磨，使鉆頭鉆進速度趨于穩(wěn)定； 

② 可根據(jù)受力狀況合理布置合金柱； 

③ 柱齒磨損20%時，鉆頭仍然可以繼續(xù)工作；

④ 嵌裝工藝簡單，一般用冷壓法嵌裝即可。各類潛孔鉆機的工作原理及使用條件 井下潛孔機 鉆機工作原理： 

※ 回轉供風機構：

一方面提供回轉動力并把動力傳遞到鉆具，完成鉆具鉆鑿動作；另一方面，通過其空心軸把高壓氣水混合物送入鉆桿直達沖擊器，完成孔底吹碴動作。 

※ 推進調壓機構：一方面通過活塞桿往返運動，使回轉供風機構向前滑動，鉆具則以一定軸壓作用于孔底，實現(xiàn)鑿巖推進；另一方面調節(jié)氣缸進氣壓力，實現(xiàn)在合理軸壓力下鉆孔。

※ 操縱機構：通過操縱開關手把，操縱回轉供風機構和推進調壓結構完成各自動作。

※ 鑿巖支柱：升降鉆機以適應作業(yè)空間的高度和鉆鑿不同方向的鉆孔。 露天潛孔鉆機 

1、鉆機工作原理：

※ 鉆架與機架：機架通過橫梁座落在履帶上，鉆架通過鉸接方式與機架連接并繞鉸接軸轉動，以適應各種孔向。鉆架上安裝有回轉供風機構、推進提升機構、鉆具、接送桿機構。機架上則布置有操作機棚、除塵系統(tǒng)、司機室等。 

※ 回轉供風機構：驅動鉆具回轉和高沖擊器供給壓氣。 

※ 推進提升機構與調壓裝置。如圖所示。推進鉆具，保證鉆頭工作時始終與孔底接觸，并實現(xiàn)回轉供風機構和鉆具的快速升降，調壓裝置是保證鉆具時孔底施以合理的軸壓力，以獲得*的鉆孔效率。 

※ 接送鉆桿機構：露天潛孔機多用主、副兩根鉆桿。鉆桿的接卸和存放由接送鉆桿機構完成鉆孔設備    

水泥礦山應淘汰鉆速低、排渣難的低風壓潛孔鉆機；淘汰送風管道長、耗能高、效率低的低風壓固定式空壓機。中、高風壓潛孔鉆機和全液壓露天鉆機將是水泥礦山未來的主力鉆機。固定式低風壓(0.5～0.7Mpa)空壓機正逐步淘汰，僅適應中硬以下巖石穿孔的切削回轉鉆機和穿鑿堅硬、極堅硬的牙輪鉆機也將逐步淡化出水泥礦山市場。  中、高風壓露天潛孔鉆機    

鉆機使用中風壓(1.O～1.4MPa)和高風壓(1.7-2.4MPa)的壓縮空氣作動力，由壓縮空氣直接驅動沖擊器和鉆頭選行鉆孔作業(yè)，鉆具回轉采用液壓馬達，滑架起落應用液壓缸支撐。目前國內外一些礦山采用鉆機和壓縮機分開的分體式配置，但一體化鉆機，即鉆機、柴油機風冷空壓機和柴油機液壓泵組三位一體，是鉆機配置的發(fā)展方向。  

全液壓露天鉆機    

鉆機自動鑿巖系統(tǒng)能保持到貫穿孔底的zui大鑿巖效率，通過自動調節(jié)沖擊力、推進力、旋轉和雙重緩沖器裝置，不斷適應不同巖層和巖性的變化，從而提高鑿巖性能，降低能耗并延長鉆具使用壽命，鑿巖能量得以充分傳遞，并使鉆進中的反射沖擊波降低到zui小。   

全液壓露天鉆機采用高排量的空氣壓縮機，增大了排塵風量，盡快地將鑿巖的粉塵顆粒分離出來，提高鉆孔速度，減少鉆頭磨損。使用高排量空氣壓縮機，也加大了鉆孔口徑。

1、鉆進效率高，生產(chǎn)實踐證明，其鉆研進效率比波動沖擊回轉鉆進效率高了3～10倍，效率提高的原因是：單次沖擊功大，排渣風速高，孔底干凈，無二次破碎；由于無液柱壓力，在無地下水的情況下，改善了孔底破條件。 

2、潛孔錘的柱齒或球齒硬質合金鉆頭，在堅硬破碎巖石中伴用，既有利于破巖，又有比金剛石鉆頭壽命高的適應性，大大降低了鉆頭成本。 

3、因鉆具轉速低，鉆具對孔壁的碰撞機會較少，而且這咱鉆進方法是以高頻對孔底沖擊，養(yǎng)活了對巖石或傾斜地層產(chǎn)生孔斜的影響，從而可提高鉆孔的垂直度，同時，也可減少孔壁巖石坍塌。

4、比起回轉鉆進，潛孔錘鉆進所需的鉆壓和扭矩要小得多。這樣可減輕鉆機的設備的質量和能力，為大口徑硬巖鉆進，邊坡坑滑加固錨桿孔鉆進創(chuàng)造了有利有使用條件。 

5、風動潛孔錘鉆進采用的無循環(huán)干式作業(yè)，空氣既作為動力又作為排渣介質，不污染環(huán)境。 

6、風動潛孔錘工作時單次沖擊功在瞬間即可生產(chǎn)*作用力，因而它可應用于軟層沖擊擠密不排土鉆進，也可用于非開挖鋪管的夯管技術。 

隨著潛孔錘結構形式的發(fā)展，工作性能的優(yōu)化，鉆研進工藝的完善以及應用時所顯示出的優(yōu)點，使人們越來越認識到潛孔錘鉆進在變東地層、礦產(chǎn)勘探及工程地質勘探、錨因工程、灌漿孔、大壩倒垂孔中應用具有良好前景。

沖擊器的類型 

1、按沖擊器的配氣方式和結構特點，可以分為有閥和無閥兩種類型

（1）有閥式?jīng)_擊器，這類沖擊器的特點，是由配氣結構的閥片控制的。按排氣方式可分為旁側排氣和中心排氣兩種。旁側排氣沖擊器使用zui早，因其汽缸內的氣體由鉆頭兩側排出，故稍旁側沖擊器、中心排氣沖擊器是使汽缸內的氣體經(jīng)鉆頭的中心孔排出。這種沖擊器的排粉效果好，鉆頭使用壽命長，鉆進效率高，較旁側沖擊器更適用于潛孔鉆進的條件和要求。目前，用于巖土鉆掘的沖擊器多為中心排氣沖擊器。 

（2）無閥沖擊器，這種沖擊器沒有閥，控制活塞往復運動的配氣系統(tǒng)是布置在汽缸壁上，當活塞運動時自動配氣。由于這類沖擊器不用閥片配氣，所以稱為無閥式?jīng)_擊器。這類沖擊器的工作壓力比有閥式要低，在相同工作壓力下產(chǎn)生的沖擊功要大一些。沖擊器的結構及其工作原理  沖擊器是一個能產(chǎn)生沖擊作用的氣功裝置，其基本結構一般由配氣機構，內外缸、活塞幾部分組成空氣潛孔錘的工作原理  通過不斷改變進排氣方向，就可實現(xiàn)活塞在氣缸內的不斷往復運動，從而也能不斷反復沖擊鉆頭，這就是氣功沖擊器工作的zui簡單原理和過程。造成控制反復改變進排壓縮空氣方向的機構叫配氣機構，配氣機構是沖擊器的核心部分，當壓縮空氣進入前氣室時推動活塞上行，當壓縮空氣進入后氣室時推動活塞下行。活塞是沖擊器的一個能量轉換裝置，它依靠活塞運動將壓縮空氣的能量轉換為沖擊的機械能，一般是以沖擊動態(tài)表示，沖擊功的大小決定于活塞的重量及運動速度。下面就以圖二闡述沖擊器的基本工作原理空氣潛孔錘鉆進技術不同于普通的切削與研磨原理。它是將壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣的能量通過空氣潛孔錘這個能量轉換裝置，對需要破碎的巖石產(chǎn)生高頻的沖擊能量，當這個能量（沖擊功）達到巖石的臨界破碎功時，便產(chǎn)生體積破碎，同時工作后的氣體在一定的風速條件下將巖石顆粒排出孔外以實現(xiàn)鉆進的目的。潛孔鉆鉆進的操作技術雖然簡單，但是沒有科學和熟練的操作，不可能取得理想的鉆進效果，有時還可能發(fā)生麻煩。因此，合理的選用鉆進技術參數(shù)如鉆壓、風壓、風量和轉速是取得理想鉆進效果的基本條件。

鉆壓 

空氣潛孔錘鉆進的基本工作過程，是在靜壓力（鉆壓）、沖擊力和回轉力三種力作用下不碎巖的。其鉆壓的主要作用是為保證鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反彈力，以便有效地傳遞來自沖擊器的沖擊功。鉆壓過小，難以克服沖擊器的工作時的背壓和反彈力，直接影響沖擊功的有效傳遞，鉆壓過大，將會增大回轉阻力和使鉆頭早期磨損。鉆具組合的整體結構  潛孔錘取心鉆具的組合，是以潛孔沖擊器通過自行研制的花鍵軸套式聯(lián)動器與取心鉆具連接成可拆卸的整體，再與鉆桿柱、主動鉆桿、液壓動力頭連接。下入孔內，通過空壓機供給具有一定壓力的壓縮空氣，在鉆機的回轉作用下，實現(xiàn)潛孔錘鉆具的沖擊回轉鉆進花鍵軸套式聯(lián)動器  采用何種機構將潛孔沖擊器的沖擊功及鉆機回轉力短傳遞到孔內取心鉆具及鉆頭上，是實現(xiàn)沖擊回轉取心鉆進的關鍵部分。通常潛孔沖擊器與鉆頭的連接多采用花鍵賀柱銷式。結構雖然簡單，但其徑向間隙過大，同心度差，不能適應較長取心鉆具的連接強度和預防鉆孔彎曲的要求。 

為將潛孔沖擊器之沖擊力及鉆具回轉扭矩有效地傳遞到巖管，通過多種方案比較，創(chuàng)造性地設計出花鍵軸套式聯(lián)動器裝置，花鍵軸寺通過特殊變徑接頭與沖擊器外擄下接頭相連，花鍵軸下端采用頂錐式“梯形螺旋紋”與巖心管接頭相連，上端直接接受沖擊器活塞垂直傳遞沖擊力，成功地解決了沖擊器與取心鉆具連接及沖擊回轉力的傳遞。   

空氣潛孔錘取心鉆頭 

為了實現(xiàn)取心鉆進，應根據(jù)空氣鉆進的基本特點，巖石的機械物理特性進行設計鉆頭，以取得的應用效果，取心鉆頭分為單管與雙管兩種，

1、鉆頭體：當沖擊回轉時，鉆頭體承受著沖擊、回轉扭矩，軸向靜載荷，處于復雜的應力狀態(tài)，為適應氣功沖擊回轉鉆進的技術要求，鉆頭體材質應具有高的抗擠壓、抗彎曲、抗扭強度，本次試驗選用FF710釬頭鋼，這是一種低炭板狀馬氏體鋼，空冷硬度可達HRC40～45，機械強度高，韌性好，耐磨，抗沖擊性能好，經(jīng)鍛制按鉆頭冠部設計加工成型，為適應各種地層的需要，可將鉆頭體進行調質和表面滲氮外照，以進一步提高鉆頭體的強度和耐磨性以提高鉆頭的使用壽命。 

2、鉆頭體連接螺紋，應具有連接強度高，易拆卸的特點，通過強度計算設計螺距8mm特殊梯性和母螺紋連接型式，鉆頭內車削錐度3°的卡簧座。 

3、鉆頭體通風排粉糟。通過計算在鉆頭底唇及內外側面銑磨通風排粉弧形通道10×20mm四組。鉆頭適用范圍  潛孔錘單管取心鉆頭（柱齒及片齒）主要適用于較完整的中硬、硬、中等研磨性、脆性的可鉆性4～8給均質或非均質的砂巖、石灰?guī)r以及火成巖類地層，亦可用于可鉆性3～5級砂巖、粉砂巖層，不適應軟的塑性泥質巖類地層。  潛孔錘雙管取心鉆頭，主要適用于較完整較破碎的中硬－硬、中等研磨性、具脆性的可鉆性4～8級均質或非均質的砂巖、灰?guī)r及成巖以及第四系砂卵石層鉆進，亦可用于可鉆性3～5級砂巖、粉砂巖層。

取芯卡簧 

卡簧與卡簧座配套使用，專門用以卡取巖心，是潛孔錘取的鉆具，不可少的重要易損零件空氣潛孔錘鉆進的地質條件，通常適用于可鉆研性5～10級的中硬—堅硬巖石才能充分體現(xiàn)出其技術*性，然而為拓展其應用領域及與常規(guī)地質鉆探設備的配套使用，分別在四川盆地以沉積巖為主的泥質，鈣質膠結的泥巖、砂巖、粉砂巖為主的一套“紅色地層”，和含水半富的厚層砂卵礫石層以及成都周邊的花崗巖、片麻巖、石灰?guī)r等硬碎性地層進行了生產(chǎn)試驗，其主要工作對象不僅包括以月攻地質、工程地質、環(huán)境地質勘探、水井鉆探、工程地質勘察，而且包括地質災害治理、水利水電基礎施工、邊坡支護與錨固超前預支護管棚施工等鉆探為目的的鉆探工作。雖然試驗的地層不是很全面，但其有一定的代表性，不過作為技術方法配套以及潛孔錘鉆進獲得的技術經(jīng)濟指標仍可以進行綜合評價