1、第七章第七章 凿岩钻孔机械凿岩钻孔机械第一节第一节 分类和应用分类和应用v作用：用于岩石钻孔、隧洞的开凿作业等。作用：用于岩石钻孔、隧洞的开凿作业等。v分类：分类：1）按工作原理：）按工作原理：a.冲击转动式凿岩钻孔机械：利用有楔口的钻冲击转动式凿岩钻孔机械：利用有楔口的钻具，频繁冲击岩石而形成圆形钻孔。具，频繁冲击岩石而形成圆形钻孔。作用原理：冲击力。适用于坚硬的岩石钻孔。作用原理：冲击力。适用于坚硬的岩石钻孔。b.旋转式凿岩钻孔机械：利用专门的钻头，在一定旋转式凿岩钻孔机械：利用专门的钻头，在一定的轴向力的作用下旋转钻进岩石而形成圆孔。的轴向力的作用下旋转钻进岩石而形成圆孔。作用原理：旋转
2、剪切。适用于硬度不大的岩石钻孔作用原理：旋转剪切。适用于硬度不大的岩石钻孔 c.旋转冲击式凿岩钻孔机械：兼具冲击钻进和旋转旋转冲击式凿岩钻孔机械：兼具冲击钻进和旋转钻进两种作用，具有独立的冲击机构和旋转机构。钻进两种作用，具有独立的冲击机构和旋转机构。作用原理：冲击旋转剪切作用原理：冲击旋转剪切 2）按工作特点：）按工作特点：a.凿岩机：钻凿小直径的浅孔，使用方便，但钻凿岩机：钻凿小直径的浅孔，使用方便，但钻凿速度慢。可分为：风动凿岩机、液压凿岩机、凿速度慢。可分为：风动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机、内燃凿岩机等。电动凿岩机、内燃凿岩机等。b.钻孔机：钻凿大直径的深孔，钻凿速度快，但钻孔机：
3、钻凿大直径的深孔，钻凿速度快，但重量大，需安装在行驶底盘上。可分为：潜孔重量大，需安装在行驶底盘上。可分为：潜孔钻机、牙轮钻机、冲击钻机、旋转钻机等。钻机、牙轮钻机、冲击钻机、旋转钻机等。第二节第二节 风动凿岩机风动凿岩机 v动力：压缩空气动力：压缩空气 v类型：类型：1)手持式凿岩机手持式凿岩机:重量：重量：1035kg，可用手操持，可用手操持打向下的、水平的和倾斜的炮孔，钻孔深度可达打向下的、水平的和倾斜的炮孔，钻孔深度可达5m。v2)气腿式凿岩机气腿式凿岩机:重重量：量：2550kg，使用，使用可伸缩的气腿来支可伸缩的气腿来支撑和推进凿岩机工撑和推进凿岩机工作，主要用于打水作，主要用于打
4、水平的和倾斜的炮孔。平的和倾斜的炮孔。3)导轨式凿岩机：导轨式凿岩机：重量：重量：4080kg，架设在导轨上，需架设在导轨上，需要支架来支撑，用要支架来支撑，用手动的或动力的推手动的或动力的推进装置，边冲击钻进装置，边冲击钻进，边向前推进，进，边向前推进，能钻凿各个方向的能钻凿各个方向的炮孔，钻孔孔径炮孔，钻孔孔径5070mm，孔深，孔深1540m。风动凿岩机风动凿岩机v工作原理：冲击工作原理：冲击v构造：气缸构造：气缸1、气缸盖、气缸盖2、机头、机头3v主要机构：主要机构：a.启动装置：装在气缸盖上，由进气管启动装置：装在气缸盖上，由进气管5、节气阀、节气阀19、节气阀操纵手柄节气阀操纵手柄
5、20组成。搬动手柄组成。搬动手柄20可使凿岩机可使凿岩机处于三个工作位置：慢速工作，正常工作和不工处于三个工作位置：慢速工作，正常工作和不工作。作。b.配气和冲击机构：由节气阀进入的压缩空气，借配配气和冲击机构：由节气阀进入的压缩空气，借配气机构的作用使气缸内的活塞产生往复运动以冲气机构的作用使气缸内的活塞产生往复运动以冲击钎尾。击钎尾。c.转钎机构：控制钎子的旋转。钎子的旋转运动转钎机构：控制钎子的旋转。钎子的旋转运动是在活塞作回程运动过程中进行的。是在活塞作回程运动过程中进行的。d.排粉装置：用于排出所钻的岩粉。由钻孔底部排粉装置：用于排出所钻的岩粉。由钻孔底部排出岩粉的方法有两种：用压力
6、水冲洗的湿法排出岩粉的方法有两种：用压力水冲洗的湿法和用压气冲刷的干法。和用压气冲刷的干法。e.润滑装置：一般采用自动润滑系统，不间断地润滑装置：一般采用自动润滑系统，不间断地对活塞进行均匀润滑。对活塞进行均匀润滑。v凿岩工具：钎子凿岩工具：钎子v钎子的类型：整根钎子、组合钎子钎子的类型：整根钎子、组合钎子v钎头刃片：一字形、十字形、六角星形钎头刃片：一字形、十字形、六角星形第三节第三节 钻孔机钻孔机一、潜孔钻机（旋转冲击类）一、潜孔钻机（旋转冲击类）v工作原理：旋转剪切冲击工作原理：旋转剪切冲击v用途：钻凿坚硬岩石用途：钻凿坚硬岩石v组成：钻杆、旋转机构、冲击机构、钻具、推压组成：钻杆、旋转
7、机构、冲击机构、钻具、推压机构机构v工作过程工作过程：二、牙轮钻机（旋转类）二、牙轮钻机（旋转类）v工作原理：旋转工作原理：旋转三、冲击钻机三、冲击钻机v工作原理：冲击力工作原理：冲击力v用途：在坚硬岩石中钻凿垂直深孔，孔径用途：在坚硬岩石中钻凿垂直深孔，孔径100400mm，深度可达深度可达100m左右。左右。v特点：特点：1）能在坚硬的岩石上钻孔）能在坚硬的岩石上钻孔 2）钻孔速度慢）钻孔速度慢四、岩芯钻机（旋转类）四、岩芯钻机（旋转类）v用途：在建筑物基础上或混凝土结构物内采集岩用途：在建筑物基础上或混凝土结构物内采集岩芯或试件芯或试件v工作原理：旋转剪切工作原理：旋转剪切v工作过程：岩
8、芯钻机是一种旋转式钻孔机械，其工作过程：岩芯钻机是一种旋转式钻孔机械，其管形钻头在轴向压力作用下旋转，并研磨或割切管形钻头在轴向压力作用下旋转，并研磨或割切岩石以实现钻进。岩石以实现钻进。v用以采集岩芯的钻头和钻进方法有多种，但以铁砂钻用以采集岩芯的钻头和钻进方法有多种，但以铁砂钻进方法最普遍，它是用冷淬坚硬的铁砂作为研磨材料进方法最普遍，它是用冷淬坚硬的铁砂作为研磨材料的其它还有采用硬质合金和金刚砂管形钻头的，其的其它还有采用硬质合金和金刚砂管形钻头的，其钻进速度虽较快，但钻头价格高钻进速度虽较快，但钻头价格高v组成：旋转机构、钻杆、取岩芯筒、储碴筒、管形接组成：旋转机构、钻杆、取岩芯筒、储
9、碴筒、管形接头等。头等。五、钻孔机械的选择五、钻孔机械的选择选择钻孔机械时应考虑到下列各主要因素：选择钻孔机械时应考虑到下列各主要因素：(1)钻孔的目的。是为了填药爆破。勘探地质、地层钻孔的目的。是为了填药爆破。勘探地质、地层灌浆还是其他目的灌浆还是其他目的?(2)施工地点的地形条件。是在平坦的台阶上，还是施工地点的地形条件。是在平坦的台阶上，还是在陡峭的岩坡上钻孔在陡峭的岩坡上钻孔?(3)要求的孔径和孔深，以及岩石的硬度和磨蚀性。要求的孔径和孔深，以及岩石的硬度和磨蚀性。(4)钻孔工作量大小。钻孔工作量大小。(5)水源条件，决定用干法钻孔还是湿法钻孔。有些水源条件，决定用干法钻孔还是湿法钻孔
10、。有些钻孔的方法需要用大量的水。钻孔的方法需要用大量的水。第四节第四节 凿岩钻车凿岩钻车一、露天凿岩钻车一、露天凿岩钻车v组成：钻车底盘、钻臂、推进器、凿岩机、操纵系组成：钻车底盘、钻臂、推进器、凿岩机、操纵系统等。一般配有统等。一般配有12台钻臂，多数为单臂单凿岩机。台钻臂，多数为单臂单凿岩机。v工作过程：工作过程：二、隧洞凿岩钻车二、隧洞凿岩钻车 隧洞凿岩钻车的构造与露天式钻车基本相同，但它常隧洞凿岩钻车的构造与露天式钻车基本相同，但它常常是一种多臂钻车常是一种多臂钻车(有的多达有的多达12台或更多的钻臂台或更多的钻臂)。隧洞钻车按底盘行走装置不同可分为轮胎式、轨道式隧洞钻车按底盘行走装置
11、不同可分为轮胎式、轨道式和履带式三种，亦有拖式和自行式之分。轮胎式主和履带式三种，亦有拖式和自行式之分。轮胎式主要用于纵坡不大的各种规格断面的隧洞和地下工程要用于纵坡不大的各种规格断面的隧洞和地下工程的钻孔作业，采用比较普遍。轨道式钻车主要用于的钻孔作业，采用比较普遍。轨道式钻车主要用于采用有轨运输的各种断面的水平隧洞的钻孔作业。采用有轨运输的各种断面的水平隧洞的钻孔作业。履带式的主要用于水平及倾斜的各种断面隧洞的钻履带式的主要用于水平及倾斜的各种断面隧洞的钻孔作业。孔作业。第五节第五节 岩石掘进机岩石掘进机tunnel boring machine(TBM)：岩石（隧道）掘进机是：岩石（隧道
12、）掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘设备。按掘进机在工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。进机和部分断面掘进机。v组成：刀盘及铲斗、大轴承及密封、导向壳体、大梁、组成：刀盘及铲斗、大轴承及密封、导向壳体、大梁、支撑及推进系统、前后下支承及调向机构、皮带输送支撑及推进系统、前后下支承及调向机构、皮带输送机和随机支护等。机和随机支护等。工作过程：工作过程：a.水平支撑板撑住洞壁，刀盘旋转掘进，水平支撑板撑住洞壁，刀盘旋转掘进，推进油缸推进刀盘，掘进一个行程；推进油缸
13、推进刀盘，掘进一个行程；b.水平支撑回缩收起，前、后下支撑落地，水平支撑回缩收起，前、后下支撑落地，机壳体由推进油缸拉回，准备下一次掘进；机壳体由推进油缸拉回，准备下一次掘进；c.前、后下支撑回缩，水平支撑板撑住洞前、后下支撑回缩，水平支撑板撑住洞壁，刀盘旋转，开始下一次掘进。壁，刀盘旋转，开始下一次掘进。掘进开始掘进开始 作业开始时，主支撑架相对主机架，作业开始时，主支撑架相对主机架，处在前位，主支撑靴撑紧洞壁。处在前位，主支撑靴撑紧洞壁。TBMTBM调整方向定位后，后支撑靴提起。切削刀盘转调整方向定位后，后支撑靴提起。切削刀盘转动，推进液压缸伸出，动，推进液压缸伸出，TBMTBM向前掘进。
14、推进液压向前掘进。推进液压缸全部伸出，缸全部伸出，TBMTBM掘进向前移动一个行程。掘进向前移动一个行程。掘进终了准备换步掘进终了准备换步 切削刀盘停止转动，后支撑切削刀盘停止转动，后支撑靴伸出抵到仰拱上以承受机器后端重力；前支靴伸出抵到仰拱上以承受机器后端重力；前支撑靴与底面接触以承受机器前端重力。主支撑撑靴与底面接触以承受机器前端重力。主支撑靴回缩。靴回缩。换步开始换步开始 当主支撑靴回缩后，使推进装置的推进液当主支撑靴回缩后，使推进装置的推进液压缸反向进油，则活塞杆缩回带动主支承架与主支撑压缸反向进油，则活塞杆缩回带动主支承架与主支撑靴一起相对主机架向前移动一个行程。靴一起相对主机架向前
15、移动一个行程。换步终了换步终了 换步时推进液压缸活塞杆全部缩回，则换换步时推进液压缸活塞杆全部缩回，则换步终了，可以进行下一个掘进循环。即主支撑靴伸出，步终了，可以进行下一个掘进循环。即主支撑靴伸出，再与岩壁接触撑紧，提起后支撑靴离开仰拱，使前支再与岩壁接触撑紧，提起后支撑靴离开仰拱，使前支撑靴处于浮动状态。撑靴处于浮动状态。TBMTBM定位找正，开始工作。定位找正，开始工作。v 岩石掘进机的使用岩石掘进机的使用掘进速度：掘进机是采用开挖、出碴和衬砌联合作业，掘进速度：掘进机是采用开挖、出碴和衬砌联合作业，故它的掘进速度是指一次成洞的进尺速度，并随故它的掘进速度是指一次成洞的进尺速度，并随洞径大小、岩石性质和地质构造等因素而变化。洞径大小、岩石性质和地质构造等因素而变化。
