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巖石開鑿

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隨著我國經濟建設的快速發展,礦業開采、能源建設、基礎工程施工、交通道路發展等建設工程領域對鑿巖釬具的需求呈現上升趨勢,同時對釬具產品種類,性能和質量也提出了更高的要求。

按照巖土鉆掘工程中所使用的鑿巖機械類型,與其配套的鑿巖釬(鉆)具產品大上可分為六大類型:
1.頂錘式沖擊釬具;
2.潛孔式沖擊鉆具;
3.礦用牙輪鉆具;
4.反向天井鉆具;
5.機械截割鉆具;
6.地質勘探鉆具。

一、頂錘式沖擊釬具
頂錘式沖擊鑿巖是鑿巖機械位于釬具頂端,鑿巖機活塞直接撞擊釬具尾端,產生的沖擊功以應力波形式通過桿體到達釬頭對巖石做功(圖一)。這種鑿巖方式所用的鑿巖機械以壓縮氣體或液壓油作為動力源,可根據設備要求設計沖擊功率,因此有較高的鑿巖速率。頂錘式沖擊鑿巖釬具鉆鑿炮孔深度通常≤35m,鉆孔直徑≤152mm。
1.1 輕型鑿巖機用釬具
輕型鑿巖機械是指人工操作的鑿巖機械,這類鑿巖機械的自重小于35kg,利用人工手持或氣腿支撐作為工作平臺,鑿巖沖擊功和推進力都比較小,通常使用的釬具產品有H19mm,H22mm,H25mm 六角形整體釬桿和錐體連接釬桿,38-42mm 片狀一字型釬頭,十字釬頭,以及四齒、五齒球齒釬頭,是目前國內使用量最多的鑿巖釬具產品之一。

1.2 地下礦山開采用釬具
在我國的礦業資源中,地下礦山資源占有很大的比例。地下礦業資源開采中,要根據礦山的生產狀況,采用不同的鑿巖鉆孔爆破采礦工藝。通常,地下采礦可按照鉆鑿炮孔的深度分為:淺孔鑿巖(孔深6m),中深孔鑿巖(孔深10-30m) 和深孔鑿巖(孔深50-60m)三種形式。

1.3 鑿巖掘進用釬具
鑿巖掘進施工方法有鑿巖鉆爆掘進法與機械破巖掘進法兩種方式。國內施工主要以鑿巖鉆爆掘進法為主,其作業區域集中在基礎設施工程建設中的隧洞與涵洞掘進,以及地下礦山生產建設中的井巷工程掘進。目前在隧洞掘進和井巷工程掘進中所采用的鑿巖鉆爆掘進工藝基本上是淺孔鑿巖鉆爆法,所使用的鑿巖工具為氣腿式輕型鑿巖機和H22mm 錐體連接釬桿,38-42mm 片狀一字型釬頭,以及球四齒、五齒球齒釬頭。從鉆爆鑿巖工藝上看,采用淺孔鉆爆方式進行隧洞和井巷工程掘進不僅速度慢,工效低,爆破時也容易對巖體造成破壞。同時施工人員的勞動強度大,作業條件惡劣,工作安全環境差,在工業發達國家是早已淘汰的一種施工方法。

隧道和井巷鑿巖掘進的發展方向是采用液壓鑿巖鉆車機械化掘進和全斷面掘進機以及天井鉆機等機械化施工作業。我國對液壓鑿巖鉆車,特別是全液壓鑿巖掘進鉆車的研究工作非常重視,在二十世紀八十年代就開始研制和仿制出近十種型號的液壓鑿巖鉆車樣車,其中以全液壓鑿巖掘進鉆車為主。但由于種種原因,這些樣車都沒有成功用于實際生產中,氣腿式輕型鑿巖機仍然是鑿巖掘進工程中的主要施工機械。

從二十世紀九十年代中期開始,國內鑿巖機械制造企業和科研機構在總結經驗的基礎上重新開始對隧道鑿巖掘進鉆車的研制,國外鑿巖機械制造企業在國內的生產企業也開始批量生產全液壓鑿巖掘進鉆車,到二十一世紀初,國內大型施工企業和礦山使用的進口和國產全液壓鑿巖掘進鉆車數量不斷增加,有的已成為隧道和井巷施工中的主要設備。從工業發達國家的隧道與井巷鑿巖設備的發展歷程可以看出,全液壓鑿巖掘進鉆車應用是施工現代化水平標志的體現,也應該是今后在我國隧道與井巷施工作業中有較大發展空間的一種鑿巖機械。

使用全液壓鑿巖掘進鉆車的主要施工場地有:大中型地下礦山井巷掘進和錨固孔鉆鑿,水電站建設中導流涵洞開鑿和地下廠房開挖,地下煤炭生產井巷掘進以及道路工程建設中的隧洞施工等。
1.4 全液壓露天鑿巖鉆車用釬具
全液壓露天鑿巖鉆車是國內施工部門使用量較多的鑿巖機械,主要用在露天礦山,水泥建材行業,石料市場,建筑業及道路工程采石場,水利水電工程,以及基礎設施建筑施工場地。
二、潛孔式沖擊鑿巖鉆具
與頂錘式沖擊鑿巖釬具不同,潛孔式沖擊鑿巖鉆具是一種以壓縮空氣為動力源,將動力部進入巖石孔洞內鑿巖的一種中大孔徑鉆爆法施工用鑿巖機械,目前在國內外鑿巖工程中應用十分廣泛。
潛孔式沖擊鑿巖鉆具通常由鉆頭、沖擊器、鉆桿三部分組成,裝備在鉆車(鉆架)上,配備空氣壓縮機組成鑿巖機組。按照潛孔式沖擊鑿巖鉆具所使用壓縮空氣壓力的不同,通常分為低氣壓潛孔鉆具(氣壓0.6-0.8Mpa),中高氣壓潛孔鉆具(氣壓1.0-2.0Mpa),高氣壓潛孔鉆具(氣壓大于2.5Mpa)三種類型。
由于驅動氣壓不同,潛孔鉆具的鑿巖效率也不同,對產品的性能要求也不一樣,因此,低氣壓潛孔鉆具和中高氣壓潛孔鉆具的產品價格也有較大差異。
三、礦用牙輪鉆具
礦用牙輪鉆具主要用于大型露天礦山、土石開鑿、水井和地熱井等工程中垂直穿孔作業。在鉆鑿過程中,牙輪鉆機通過鉆桿帶動牙輪鉆頭鑿旋轉運動,同時施加向下推力用于鉆具的穿鑿鉆孔。牙輪鉆在旋轉力作用下帶動三個鑲有硬質合金齒或排布鋼齒的牙輪分別圍繞各自的牙爪軸頸作自傳運動,同時在軸向推力作用下將合金齒或鋼齒嵌入巖石表層,利用擠壓和剪切交變復合作用力對巖石進行破碎,從而達到穿孔的目的。
四、反向天井鉆具
在國內地下金屬礦山井巷施工方法中主要以鉆爆法為主。近年來,隨著井巷無損機械化掘進技術及設備的進步與發展,反向天井鉆機已開始在一些大型地下金屬礦山應用。在地下金屬礦豎井掘進中,采用天井鉆機施工方法具有掘進速度快,勞動強度低,不破壞井巷巖石原有完整性和穩定性,井巷筒壁圓整,成井質量好,有利于地壓控制等一系列特點,是地下礦山豎井開鑿的先進施工方法。在國外
工業發達國家反向天井鉆機已經是地下礦山豎井的主要施工機械,在我國,隨著采掘工業的技術進步,在豎井開鑿施工中反向天井鉆進工藝也將逐步取代鉆爆法施工。
五、機械截割鉆具
機械截割鉆掘工藝是利用鉆掘機械產生的動力帶動鉆具(刀具)對巖土進行截割而完成鉆掘施工的一種非鉆爆施工技術。目前,國內機械截割鉆掘施工技術正處于快速發展階段,而鉆具(刀具)是機械截割掘進中的關鍵部件,其類型和質量直接影響到機械設備的應用范圍,鉆進效率和生產成本,因此,機械截割鉆具的發展趨勢和市場動態,一直受到釬具生產企業的注視。
5.1 非開挖工程鉆具
非開挖施工技術是地下工程施工中的一種新工藝,在我國工程施工中應用也只有不到十年的時間。由于這項技術可以在不開挖地表條件下進行鉆掘作業,不影響交通,不破壞環境,施工周期短,因此被廣泛應用在市政工程以及穿越江河、鐵路、高速公路、機場等地下管線鋪設工程中。
5.2 采煤機截齒
我國的煤炭儲量與年開采量均排世界前列。2005 年以來,隨著煤炭市場銷售價格的調整,煤炭生產企業的經濟效益形勢好轉,各大煤炭企業不斷由日本、德國、美國、英國、波蘭、奧地利、澳大利亞等國家引進各種型號的綜合采煤機和半煤巖掘進機,國內煤炭采掘機生產企業的銷售量也在增長,煤炭行業機械化采煤程度正在逐年遞增截齒是采煤機切割煤塊的工具,其性能好壞直接影響采煤機組的效率、能耗、煤塵大小與塊煤率。目前,我國年產煤炭量已接近30 億噸,其中地下開采量約占75%左右,隨著大型煤炭生產企業機械化采煤率的不斷提高,采煤機截齒市場需求量和市場發展潛力應該是比較樂觀的。關注煤炭掘進機截齒
市場發展動向和銷售途徑,收集各種采煤機配套截齒、齒座技術資料,探索新的生產工藝,提高截齒質量,同樣應該是釬鋼釬具生產企業應當重視的問題之一
5.3 路面冷銑刨機截齒
隨著我國高速公路建設的快速發展,路面冷銑刨機械已經是高速公路路面和城市道路養護機械中使用量較多的一種設備。路面冷銑刨機對高速公路、城市道路、廣場、機場等大面積路面的開挖翻修有很高的工作效率,是一種有很大市場發展前景的施工機械。
5.4 隧洞掘進盾構機刀具
隧洞掘進盾構機是近年來在國內地鐵建設工程、過江隧道、鐵路、隧洞及大型水電工程中逐漸使用的全機械化巖土掘進鑿巖設備。盾構機刀具的配置和產品使用性能直接影響整機的刀盤使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進速度和施工效率,是非常重要的鑿巖鉆具產品。
5.5 挖槽機截齒與路面平整機用截齒
挖槽機是一種在軟土及松散地層中快速開挖鋪設管線溝槽用的一種大型施工機械,國外工程建設在管線開挖施工中使用挖槽機的數量是很多的。我國近幾年在新疆和西北地區油氣管道施工中,以及大型水電工程壩體基礎開挖中也開始使用進口的挖槽機施工。
六、地質勘探鉆具
隨著我國經濟建設的快速發展,礦業資源的勘探開發已經成為重要的工業項目之
一。國家“十一五”發展綱要明確提出21世紀我國的地質鉆掘工程技術要向更寬的領域拓寬,地質勘探設備要向高度機械化、輕便化、自動化、國際通用化方向發展。按照這種發展趨勢,地質勘探工程不僅需要加強煤炭、冶金、有色、核工業等領域的勘探工程外,也將為國家公益性工程和面對社會商業化服務,以及承接海外勘探工程項目,我國的地質勘探設備和鉆具產品將迎來新的快速發展
時期。
七、結語
鑿巖釬具是鑿巖機械的配套工具,產品規格種類多,使用領域廣,使用方法各異。國際上著名鑿巖釬具生產企業大都具備了從制造鑿巖設備到配套鑿巖釬具的全過程生產能力。在他們眼中,鑿巖釬具就是為鑿巖機械配套的工具產品。因此,他們對鑿巖釬具的使用性能,配套的規格種類都有著更深層次的理解,也就能生產出各種類型的優質鑿巖釬具。

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