潜孔钻机选型

露天矿潜孔钻机选型设计说明书

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露天矿潜孔钻机设备选型

已知条件

1.南露天煤矿2013年全年生产1780万吨原煤，煤的密度为1.48，硬度f≥5

2.年剥离废岩8400万m2，岩的综合硬度f=6-8

3.全年爆破煤的孔径：150mm,岩石孔径：262mm

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（四舍五入）

3.通过查资料列出两种钻机的技术规格和工作参数（列表）

条件：

1.岩石的类型

2.全年穿爆量

3.穿爆参数

4.参考同类型矿山的设备经验

5.查找厂家提供的设备技术规格及工作参数

6.要求维护方便

一、钻具的选择：

1、钻头的选择

原则：合理的钻头能够获得较高的钻进速度和合适的钻孔成本。 ⑴坚硬岩石 ⑵软岩

⑶节理比较发育的破碎带 ⑷有粘性的岩层 ⑸韧性强的岩石

2、钻杆直径及外经间的流通截面积选择 ⑴孔经↑→穿爆效率↑→钻机设备↓。

⑵每种钻机都要保证环形截面积寛10-25mm ，可以增加排岩效率。

二、钻机工作参数的合理匹配

1、转速

⑴要求与冲击功保持在临界值以上，保证在一次冲击碎岩后能旋转进入新的岩面。而不是发生钻磨岩层（只是磨损钻头） ⑵合理的钻速与冲击器的参数相匹配。

0.780.95

6500n min r D ??= ?

??

D-------钻孔直径mm

0.8

6500n 20.4min 150r ??=≈ ?

??

煤

0.8

6500n 13.1min 262r ??=≈ ?

??

岩

2、扭矩

⑴、能够克服钻杆与孔底、孔壁之间的摩擦阻力、剪切力，防止卡钻头、钻杆。钻孔阻力与孔深成正比。

⑵深孔、节理发育、大孔径尽量采用扭矩大一些的钻具。

5

.82

D k M m =

式中 m k ----转矩系数，0.8~1.2，一般取1。

5.81502=煤

M ≈2647Nm 5

.82622=岩

M ≈8076Nm

3、轴压力

⑴要求保持钻头在冲击中能紧贴孔底，既不发生反跳也不发生加速钻头磨损。 ⑵轴压力是推进力与钻具重量之和

f P H )5.3~3(= 1553=×=煤H P kN 2173=×=岩H P kN

4.冲击功 A(J)

1.78-2 D 10

2.54=A ×J

≈ 150 102.54=A 1.78-2××煤190J ≈ 262 102.54=A 1.78-2××岩512J

5.排渣风量 Q （min /3m ）

()

1000ρ

7

.4104-π606

22b V V

d D K Q =×=

10007.4104)-(606

22ρ

πb d D k Q ?×=

式中 b ----岩渣的最大粒度，mm ； ρ----岩石密度，3/m kg ； k -----漏风系数，取k =1.1~1.5；

d--------钻杆外径，mm 。

()

≈100048.157.4104133-1501.33.14606

22××××××=煤Q 0.12min /3

m ()

≈10001.26.117.410

4219-2621.33.14606

22××××××=Q 3.12min /3

m 三、选择设备类型

技术参数的拟合：

根据所计算所需煤孔的相关参数查询现在厂家生产的潜孔钻机，选择适合的潜孔钻机。相关参数如下：

JK590(D)采用原装进口行走马达，行走双速控制；原装进口液压油泵；原装进口操纵阀系统，增压发动机，钻臂、滑架、履带设计结构更为坚固，钻孔角度

更加灵活。

JK590(D)履带式液压潜孔钻机采用柴油发动机（电动机）-液压油泵组为钻机的液压马达行走、回转、推进及提升、油缸摆角定位等提供动力，钻机钻孔作业时只有潜孔冲击器消耗压缩空气。与全气动钻机相比，能源（燃油或电量）消耗节约40%-50%。JK590（D）履带式液压潜孔钻机主要用于露天矿山开采、水电工程、筑路等石方工程钻孔作业。

根据所计算所需岩石孔的相关参数查询现在厂家生产的潜孔钻机，选择适合的潜孔钻机。相关参数如下：

JKS300型履带式多功能水井钻机是一种新型、高效、节能、多功能的液压

钻机，主要用于钻凿水井、监测井、地热空调孔、锚固、国防工程等钻孔作业；该钻机采用潜孔冲击套管跟进护壁钻孔工艺，有效解决松散层不易成孔岩石层进尺慢的技术难题。该钻机配备有大功率液压马达回转、油缸推进及提升、高风压潜孔冲击器，钻孔进尺效率高消耗低。是国内潜孔式水井钻机的标杆产品。

松散层可用切削牙轮钻井作业，泥浆排渣，适于复合地质条件做孔，回转机可以翻转，卷扬大于6米，液压支腿行程大，不需吊车钻机即可转场装卸。

四、选型计算

1. 钻机效率

表1-3 凿随比功率 矿岩硬度f

硬度级别 软硬程度

凿碎比功率a/(J 3-cm ?)

3~6 6~8 8~10 10~15 15~20 20~25 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 软 中等 中硬 硬 很硬 极硬 (20~30)×9.8 (30~40)×9.8 (40~50)×9.8 (50~60)×9.8 (60~70)×9.8 >70×9.8

JK590(D)潜孔钻机的钻机每台班生产能力b V (m)和钻进速度v(/min cm )计算：

钻进速度：

a D k k En v z 2'

4π=

每台班生产能力：

η

b b vT V 6.0=

式中 ：

v —钻机钻进速度，/min cm ；

b

T —钻机班时间，min ,已知为8小时；

η —钻机台班时间利用系数，取0.8；

E —冲击功，J ；取E=700 z

n —冲击频率，1

min -；取z n =1200

k —冲击能利用系数，取0.6～0.8；取k=0.8 D —钻孔直径，cm ；为150mm

k '——表示冲击功修正系数，为3—7.5，这里取5 a ——矿岩的凿碎比功，J/cm 3可按表1—3选取35×9.8

（J/cm 3）

v 1=

5.8

935154.13.8

0120070042×××××××cm/min ≈55.5cm/min

V b =0.6vT b η

V b1=0.6×0.555×60×8×0.8≈127.9 m/台·班

JKS300潜孔钻机的钻机每台班生产能力V b (m)和钻进速度ν(/min cm )计算： 钻进速度：

a D k

En v z 24π=

每台班生产能力：

η

b b vT V 6.0=

式中 ：

v —钻机钻进速度，/min cm ；

b

T —钻机班时间，min ，已知为8小时；

η —钻机台班时间利用系数，取0.8；

E —冲击功，J ；取E=820 z

n —冲击频率，1

min -；取1200=z n

k —冲击能利用系数，取0.6～0.8；取k=0.8

D —钻孔直径，cm ；D=262mm

α—矿岩的凿碎比功，3/cm J ;根据教材表1.3取a=30?9.8

k '——表示冲击功修正系数，为3—7.5，这里取7；

则：min /8.34≈8

.9302.2614.378.012008204π422'2cm a D kk En v z ×××××××== η

6.02b b vT V =

2b V =0.6×0.348×60×8×0.8≈80.2m/台·班

2. 钻机数量的确定：

JK590(D)潜孔钻机数量的确定：

)1(e qp Q

N -=

式中： Q —设计的矿山规模，a t /，

p —钻机台年穿孔效率，/m a ；

q —每米炮孔的爆破量,m t /；煤取33，岩取35

e —废孔率，%。取e=5%

其中：

t Q 4

101780×=； m p 11511030039.127=××

=； q ——每米炮孔爆破量，t/m ，煤取33，岩取35

则 )1(e qp Q

N -=

)(5≈%)5-1(331151*********台×××= JKS300潜孔钻机数量的确定:

)1(e qp Q

N -=

式中： Q —设计的矿山规模，a t /，

p —钻机台年穿孔效率，/m a ；

q —每米炮孔的爆破量,m t /；煤取33，岩取35

e —废孔率，%。取e=5%

其中：

t Q 4

101780×=； m p 7218030032.80=××

=； q ——每米炮孔爆破量，t/m ，煤取33，岩取35

则 )1(e qp Q

N -=

)(36≈%)5-1(35721801084004台×××=

两种钻机的部分工作参数

钻机型号钻具转矩

kN.m

冲击功

J

轴压力

kN

钻进速

度

cm/min

钻机台班

生产能力

m/台

选择台

数

JK590D JKS300 2647

8076

700

820

15

29

55.5

34.8

127.9

80.2

5

36

露天开采中降低爆破成本的途径与实践

陈鹏

辽宁工程技术大学学生处(123000)

摘要：矿山露天开采中,爆破成本在矿山生产成本中占有相当大的比例,如何降低爆破成本是国内许多矿山面临的问题。文中提出了矿山爆破工艺改进与完善的具体措施,并将最新的堵塞方法引入到露天开采中，实践证明取得较好的效果，有效地控制了爆破成本,降低了爆破费用。

关键词：露天开采；爆破成本；不耦合装药；控制

1 引言

矿山露天开采中，爆破成本占露天生产直接成本的比例较重，是除运输之外的第二大高成本工序,其比例占生产成本的13%左右。因此,矿山开始积极探索控制爆破费用,降低爆破成本的有效途径。为了进一步提升爆破的效果,很多学者专家对此做了大量的研究,通过不断的摸索和理论实践,取得了明显的效果。本文以露天开采爆破为基础,从装药结构、炸药的选择、堵塞方式以及爆破网络等几个方面着手探讨改善爆破效果的途径和原理。

2 影响爆破成本的因素

露天煤矿爆破成本由人员工资、雷管消耗、炸药消耗、炸药车费用4部分组成。其中人员工资和炸药车费用只要合理定员、定额，加强管理就可控制，其费用是固定的。因此，对爆破成本影响最大、最直接的就是爆炸物品的单耗和价格,尤其是炸药单耗。影响炸药单耗的主要因素有：矿岩的物理力学性质;爆区的地质构造和岩体结构。

黑宝山露天煤矿位于黑龙江省嫩江县境内，属于寒温带，冬季严寒干燥，初霜与结冻期为9月份，解冻期为5月份，区内冻土深度为1.5~2.2m。露天矿每年包

括冻土爆破在内的剥离爆破量为500万m 3

。经实验确定炸药单耗为0.57 kg/m

3

，矿

山实际生产炸药单耗为0.61 kg/m 3

。主要原因是矿区岩性及岩体结构复杂,地质构

造较多。矿区内裂隙发育、断层多,岩石硬度系数f=6~8，工程地质条件恶劣。

3 降低爆破成本的措施

3.1改善装药结构

在露天矿开采中,选择合理的装药方式,可使用较少的炸药达到较好的爆破效果的目的,从而提高经济效益以及减小爆破震动。装药方式一般分为连续装药和间隔装药。采用炮孔连续柱状装药结构时，炸药过于集中炮孔底部,上部大块率较大,二次爆破费用较高。将连续装药改为分段装药结构后,底部装入的炸药量约为总药量的2/3，填入厚50㎝炮泥作为夹层,再装入1/3的药量,两段药分别用起爆弹

起爆，可改善爆破效果[1]。

其理论基础是：炮孔间隔装药主要包括孔底间隔和中部间隔装药，其共同的本质是用水、岩粉或空气等材料为间隔介质,由此来改变药柱与炮孔壁的接触关系,从而降低压缩应力波和爆轰气体产物作用于孔壁的初始压力,使这种压力的作

用时间延长(见图1)，使之不至于形成压碎区或明显减小压碎区的范围,使炮孔在装药量减少的情况下,依靠炸药能量有效利用率的提高,来达到保证爆破破碎质量的目的。当采用岩粉作为间隔介质时,可以改变炸药沿炮孔长度方向上的分布,使之与炮孔不同区段的抵抗线大小更相适应,有助于爆堆岩体的破碎更均匀。

3.2采用分区爆破

黑宝山露天矿工程地质条件复杂，岩石硬度分布不均,岩石抗风化能力不一。可按岩石的可爆性和炸药能量利用率进行可爆性分区分级。在具体施工中,可根据岩石的硬度、密度、脆韧性3个指标，结合岩体结构、风化程度进行爆破分区，每区按照不同级别进行试验，从而确定各区的爆破参数和炸药单耗。

3.3合理选择炸药

根据炸药爆炸的爆轰性与矿岩性质相匹配的理论,以炮孔不同部位岩体的岩性,选择不同威力的炸药,以达到炸药的爆炸能量均匀分布并作用于岩体,提高爆破能量的利用率,亦获得良好的爆破效果。

爆破坚硬岩石时应选用高威力炸药。坚硬岩石的密度大,纵波速度快,波阻抗大,对应力波传播的阻尼作用大。

爆破软岩时应选低威力炸药。软岩一般属低波阻抗岩石,不需很高的应力即可破碎。在软岩中采用高威力炸药,往往效果极差。原因是爆炸时，炸药的特性阻抗未达到岩石的波阻抗之前,随着炸药特性阻抗的增加,岩石破碎程度也增强。若炸药的特性阻抗超过岩石的波阻抗时,爆炸后会产生很多初始裂缝,并迅速与表面大气沟通,致使岩体中应力提前卸载,降低破碎能力。此外会导致空腔半径增大,使炸药的绝大部分能量消耗在爆炸近区,爆后形成很大的空洞,而预定破碎区内岩体得不到破碎,降低了爆破效果和爆破能量利用率。

3.4 采用新型爆破技术

即采用堵塞爆破技术。传统的堵塞方式仅使用岩粉或者砂土,山东金仓矿业股份公司的仓上金矿在1999年进行了采场底部水介质爆破试验，即在药包和炮孔底部之间充入深1m的水介质,利用水传播爆轰波的特性来破碎岩石。试验表明水介

质爆破可以改善爆破质量,降低炸药单耗,但由于其工艺复杂,难度较高,没有普及

应用[2]

。这里主要介绍比较先进的堵塞方法—深孔水-土复合封堵。该方法爆破

除了装药结构、注水和堵塞等三方面施工工艺与常规深孔爆破不同外,其余相同。下面分二种情况叙述深孔水-土复合封堵爆破施工工艺。

(1)有水炮孔。可将抗水炸药或经防水处理的非抗水炸药按设计药量装入炮孔中，一般采取体积不耦合装药结构,,这样孔中的水就被挤压到孔上部。如水位超过需堵塞位置,可用一简便的汲水器械将多余的水汲出；如水位不到需堵塞位置,可由外部直接注水或用塑料袋装水充填入炮孔到需堵塞位置。须特别指出的是，水与土相接之处需一隔离物，其作用是能承受一定量土的重力作用,避免被压垮后土进入水中形成饱和土。这一隔离物的选材随手可得,固定办法也很简单。在隔离物上用土进行炮孔回填堵塞。

(2)无水炮孔。可直接将抗水炸药或用塑料袋装的非抗水炸药按照设计药量装入炮孔，然后向孔中注水到需堵塞位置，放入隔离物后就可用土回填堵塞炮孔。

采用深孔水-土复合封堵爆破最主要是改善了破碎效果。因为一方面由于水介质的封堵

作用,使得爆炸压力的作用时间延长,使孔底充分破碎，因此爆后孔底部根底少；另一方面由于水介质的引入，虽然孔口部位堵塞长度缩短15%~30%，但堵塞物和炸药顶部间水介质将爆炸压力“无损”传递破碎岩石,因此孔口部位大块明显减少，爆碴粒径沿孔深远比常规深孔爆破均匀。不仅如此，深孔水-土复合封堵爆破比常规深孔爆破降低了炸药用量,所以爆破所产生的振动强度相应降低,提高了安全程度。由于水对地质裂隙的封堵作用,使得气体不会从裂隙中过早泄漏,因此相对常规深孔爆破飞石少且抛掷近。实践证明,这种堵塞方法简单可行,而且

爆破后的块度均匀,效果得到了明显的改善[3]。

3.5 细化爆破设计，选择最佳起爆方法

在爆破设计时，要逐孔量出孔网参数、孔深、底盘抵抗线，根据月末验收平面图和年度设计平面图，确定出较准确的段高，逐孔计算炸药消耗量。同时可采用方形孔组排间微差起爆方法，增大自由面数目，提高炸药能量利用率，降低炸药消耗。

除上述的技术措施外，加强爆破施工管理、加强爆破物品监督管理、采用招标的方式采购爆炸物品等管理措施也会影响到露天矿的爆破成本。

4 结论

采用上述技术和管理措施后，初步计算可降低5%炸药消耗量。以黑宝山露天矿为例，2004年铵油炸药总耗按1700t计算，可以节省炸药85t，按每吨铵油炸药1680元计算，可节省炸药费用14.28万元。

露天矿山矿区地质构造、采剥工艺、爆破技术等条件的不尽相同,控制爆破成本、降低爆破费用的手段方法也不相同。只要在工艺技术与管理上挖掘潜力、深化改革,从爆破工序的各个环节抓起, 改善了爆破质量、控制爆破成本并使爆破与采装总体经济效益最佳，是可以达到的。

参考文献

[1] 张国建.露天矿深孔底部间隔装药结构的研究[J].中国矿业.1998：13~14.

[2] 姜文成.浅谈露天开采爆破成本控制[J].黄金.2005：25~26.

[3] 王俊平.露天开采爆破效果优化的理论性探讨[J].矿业快报.2005：19~21.

The way and practice on blasting cost control t during surface mining Chen Peng

(Department of Student Management Liaoning Technicial University)

Abstract

during surface mining, the blasting cost makes a considerable proportion in production costs of mines. How to reduce blasting cost is a problem faced by many mines of China. This paper puts forward concrete measures of improving blasting techniques, and used the latest filling way in the surface mining, which gets better effect in practice, reduce blasting cost effectively, and decrease blasting expense. Keywords: surface mining; blasting cost; uncoupling charge; control