潜孔钻机设计

已知条件

1.已知：南露天煤矿2012年全年生产1850万吨原煤，煤的密度为：1.38        f≥6

2.年剥离废岩7100万㎡，岩的综合硬度（f=4）

3.全年爆破，爆破煤孔径:150mm,岩石孔径：250mm

4.正常作业天数300天，以三班循环作业。

要求：

1．分别计算两种孔径的台班效率 m/台·班

2．计算所需钻机的数量

3．通过查资料列出两种钻机的技术规格和工作参数

条件：

1．岩石的类型

2．全年的传爆总量

3．传爆参数

4．参考同类岩石性的矿山的经验

5．厂家提供的技术参数

6．维护方便

 一般情况下，按全年的采剥量﹑孔径﹑设备效率来选择钻机。

钻具结构的选择

一．钻头

 原则：合理的钻头能够获得较大的钻进速度和合理的成本。

1．坚硬岩石凿岩比功较大。每个柱齿和钻头都承受较大额度载荷。要求钻头体和柱齿具有较高的强度。

2．在可钻性比较好的软岩中钻进时，凿岩速度较快，相对排渣较大，这就要求钻头就有较高的排渣能力，最好选用三翼型或四翼型。

3．在节理比较发育的破碎中钻进时，为减少偏斜。最好选择导向型较好的中间凹陷型或凸出型钻头。

4．在含粘土的岩石凿岩时，中间排渣孔常常被堵死，最好选用侧排渣钻头。

5．在韧性比较好的岩石中钻孔时，最好选用楔形齿钻头。

1.钻杆的直径及流通截面和选取

1．增大孔径﹣﹣﹣传爆效率高

2．环形截面积  宽10～25mm，排渣效率高

二．钻机的工作参数合理的匹配

1.转速

①．要求：保证钻头每次冲击后进入新的工作面，不至于干磨钻头

②．合理的与钻头的工作参数有关。

 式中 D----钻孔直径，。

         ≈20.4 r/min

         ≈13.6 r/min

2.扭矩

1．要求：能够使钻头克服孔低的摩擦与剪切阻力，孔壁的阻力防止卡钻

2．扭矩与孔深。岩性﹑孔径 ﹑硬度和节理发育程度成正比。

式中  ----转矩系数，0.8~1.2，一般取1。

≈27Nm

≈7353Nm

3.轴压力

1．要求：保证钻头始终与新面强行接触，不产生磨损。

2．轴压力是钻具推进力与重量之和。

=12kN

=12kN

4.冲击功 A(J)

                         A=2.54×10D

                         A=2.54×10×150≈190J

                         A=2.54×10×250≈ 471J

5. 排渣风量（）

式中     ----岩渣的最大粒度，；

         ρ----岩石密度，；

         -----漏风系数，取=1.1~1.5；

         d--------钻杆外径，。

       ≈0.12

       ≈0.67

三．选型计算

1．钻机效率

潜孔钻机的生产能力，采用计算法选取。潜孔钻机的台班生产能力Vb(m)和钻进速度v(cm/min)  分别按式1—1和式1—2计算：

         Vb=0.6vTbη    ————————1-1                      

          =×k′    ——————1-2

式中      v——钻机钻进速度  cm/min

          Tb——钻机班时间，min

          η-----钻机台班利用系数。取0.8

          E——冲击功，J

          Nz——冲击频率，min

          k——冲击能利用系数，取0.6～0.8

          D——钻孔直径，cm

          a——矿岩的凿碎比功，J/cm

          k′——修正系数，取3—7.5

E﹑nz   由钻机性能表可以查得，凿岩比功a可按表1—3选取20×9.8（J/cm）

  =cm/min≈94.8cm/min

  =cm/min≈84.4cm/min

  V=0.6×0.948×60×8×0.8≈218.9m/台·班

   V=0.6×0.844×60×8×0.8≈194.5m/台·班

             潜孔钻机主要技术规格和性能参数

       钻机数量N（台） 按式1——3计算：

         N=Q/qp（1－e）   ——————1—3

式中  Q——设计的矿山规模，t/a

      P——钻机台年穿孔效率，m/a

     q——每米炮孔爆破量，t/m，煤取33，岩取35

      e--------废孔率，%

        N=≈2.2台     取3台

N=≈12.2台     取13台

摘　要:分析了露天矿山爆破时大块和根底产生的部位和原因,提出了优化爆破参数、采用等时线为对角的起爆方式、改善装药结构及采用压碴爆破等技术措施,并强调了爆破器材的管理和爆破施工的注意事项。

关键词:露天矿;爆破质量;大块;根底

露天矿爆破质量是个很重要的指标,爆破质量欠佳严重影响铲装设备的效率,也影响其它采矿作业的正常进行,加大采矿成本。因此,改善露天矿山爆破质量是当前露天矿生产比较突出的问题之一。

1　大块、根底的产生

1. 1　产生部位

根据爆破理论和几年来对大型露天矿山的现场实践与调查,大块主要出现的部位:台阶上部的临空面及孔口部位;孔网参数偏大的中心部位;未堵塞的废孔周围;底盘抵抗线过大的台阶根部及盲炮部位周围。

根底主要出现在底盘抵抗线偏大的台阶根部;孔网参数较大的中间部位的台阶底部;炮孔超深不足的台阶岩体底部及盲炮部位。

1. 2　产生的原因

(1)同一爆区超深变化大。由于个别炮孔超深偏大,使得药柱重心下降,台阶上部矿岩易产生过多大块。如果超深偏小,台阶底部矿岩受炸药能量作用减少,爆后往往出现地盘抬高甚至根底。

(2)孔网参数偏大。在孔网参数偏大的中间部位,由于受炸药破坏的作用较小,爆后使得此处大块增多,严重者出现根底。

(3)孔网参数的均匀程度。由于穿孔和掌子面地质条件等原因,使个别炮孔间距偏大,爆后出现大块,严重者产生根底。

(4)头排炮孔底盘抵抗线偏大。由于爆破后冲及岩层倾角影响,使台阶坡面角减小,加之钻机安全作业距离的,爆破后在台阶根部出现根底。南芬露天矿的下盘这种情况比较多见。

(5)炮孔的堵塞长度偏大。炮孔堵塞部分过大,使炮孔上部临空面和孔口部位受炸药破坏作用减小,造成大块偏多。

(6)未堵塞的废孔。由于已穿凿的炮孔严重偏离设计孔位需要重新打新孔,废孔若不进行必要的堵塞,其周围在爆破后常出现大块,并且在爆破瞬间还易产生飞石,危及安全。这主要是未堵塞的废孔在爆破中起导向作用,浪费了炸药能量所致。

(7)岩体裂隙程度及节理方向。露天矿爆破由于受上部台阶超钻作用,前部台阶爆破后冲及邻近爆破的震动影响,爆破岩体大多为块状结构,因此爆落的岩体通常沿原生裂隙和节理破碎,尤其是台阶上部的岩体更为明显。当爆破面与岩层走向斜交或垂直时,裂隙对爆破大块影响更明显。

(8)盲炮。盲炮是产生根底及大块,影响爆破质量的一个重要因素。

2　提高爆破质量的技术措施

2. 1　选定合理的爆破参数

2. 1. 1　底盘抵抗线

底盘抵抗线是指从台阶坡底线到第一排孔中心轴线的水平距离,是一个重要的爆破参数。底盘抵抗线过大能造成较大的根底,过小会造成炸药消耗量增多。在满足安全和装药条件的前提下按经验选取,可参考经验公式:

W=kd,

式中,W为底盘抵抗线,m;d为钻孔直径,mm;k为系数,一般取20~30,矿岩易爆时取偏大值,难爆时取偏小值。

2. 1. 2　孔距a、排距b

孔距和排距一般根据孔径计算,即: a=(20~30)d,b=(0.75~1)a. 

实践证明,采用正三角形布孔,即使得b=0.866a,能明显改善矿岩破碎效果。特别是在逐孔起爆时,各方向的抵抗线均相等,爆破作用基本均匀,更能改善破碎效果。

2. 1. 3超深h

超深是指深孔在台阶底盘标高以下的深度,其作用是降低装药中心的高度,以便有效克服台阶底部阻力,避免或减少根底。根据经验,超深值确定如下:

h=(5~10)d.

选取超深时注意:后排孔的超深值一般比头排小0. 5m左右。底盘抵抗线偏小时,取偏小的值;底盘抵抗线偏大时,取偏大的值,即可适当增大超深来克服。但当台阶坡面角太小、底盘抵抗线过大时,不能再过于加大超深,因为超深过大不仅浪费钻孔和炸药,而且由于炸药中心过低,会使台阶上部产生较多的大块,且破坏下一台阶表面岩体的完整性,影响下一循环的穿孔作业,甚至造成塌帮,形成废孔。

2. 1. 4　堵塞长度

合理的堵塞长度应能阻止爆炸气体产物过早地冲出孔外,使破碎更加充分。采用连续柱状装药时,堵塞长度一般取底盘抵抗线的0. 7~0. 8倍,视矿岩和炸药的性质而定。露天矿深孔爆破的堵塞长度比较大,有时可以适当减少炮孔堵塞长度,以达到减少炮孔上部大块的目的。经过实践和观察,认为堵塞长度不宜小于孔径的20~25倍,否则易产生飞石。

2. 1. 5　炸药消耗量

炸药消耗量q与岩石坚固性系数f的关系见表1。表1　炸药消耗量q与岩石坚固性系数f的关系

表1数据以多孔粒状铵油炸药为标准,如果采用其他种类炸药,需要进行换算,确定实际单位炸药消耗量。根据经验,在保证爆破安全的前提下,可以适当增大q来改善爆破质量。

2. 1. 6　每孔装药量

在合理选取其它爆破参数的条件下,每孔装药量Q可按下式计算:

Q=qaHW,

式中,H台阶高度,m。

根据经验,在多排孔爆破时,后排孔的q值应取为第1排孔q值的1. 1~1. 3倍。

2. 2　采用等时线为对角斜线的起爆方式

沿炮孔围成的四边形对角线方向的孔基本上是同时起爆的。对角起爆是宽孔距爆破技术应用的典范,宽孔距爆破技术就是适当拉大孔距而缩小抵抗线。对角起爆同宽孔距技术的原理一样,炮孔数与普通方法一样,每个炮孔的装药量也相同,只是抵抗线减小,而孔距a按同样比例增加,使得应力降低区位于矿岩起爆层以外的空间,有利于减少大块的产生。

2. 3　采用合理的装药结构

采用垂直孔爆破时,由于底部阻力较大,有必要使用超深将药包中心下降到坡底水平附近,但这易使台阶上部炸药分布过少而产生大块,必须采用合理的装药结构。

(1)中间气体间隔分段装药。中间间隔分段装药是指将深孔中炸药分成2~3段,用适当长度的气体或炮泥等间隔物隔开。采用分段装药可避免炸药过于集中在深孔下部,使台阶中、上部矿岩也能受到不同程度的破碎,减少塌落形成的大块。

(2)混合装药。在深孔底部装高密度、高威力炸药,在上部装入普通硝铵炸药,以适应台阶矿岩阻力下大上小的规律,既避免了台阶根底,又减少台阶上部大块的产生。目前,南芬露天矿头排孔底盘抵抗线较大时,多采用底部装重铵油炸药,上部装多孔粒状铵油炸药,取得一定的良好效果。