风动凿岩机节能供水装置的研制.doc

风动凿岩机节能供水装置的研制 2009年6期 吕兴波、周亚岐、张淑秀 1. 河北省水利工程局第八工程处，河北 石家庄050021 2. 承德市水利水电勘测设计所，河北 承德市 067000 3. 河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250 摘 要：为解决洞室开挖中风动凿岩机供水问题，研制出节能供水装置，并计算其水压力能满足要求，节能装置的成功应用取得了显著的经济效益。 关键词：凿岩机 供水装置 节能 1 前言 隧洞开挖通常选用钻爆法施工，钻孔机械常用气腿式风动凿岩机。凿岩机在凿岩过程中要产生岩粉，这些岩粉对工人健康是很有害的，长期吸入含游离二氧化硅的粉尘，容易引起“矽肺病”。实践证明用水浸湿并冲洗岩粉能有效地消除岩石粉尘，因此凿岩机都设有风水联动冲洗装置。凿岩机接通水管后，一旦开动，即可自动向炮孔注水冲洗。冲洗水经注水阀和柄体水道注入水针座，通过水针和钎子中心注入孔底冲洗岩粉，凿岩机停止工作时，又可自动关闭水路，停止供水。 凿岩机所需水压为0.2-0.3Mpa，水压高于风压会造成高压水向机腔内倒灌，破坏正常润滑，水压过低，流量小，岩粉不能排出，易夹钎。因此选择合理的供水方案和供水压力是顺利完成凿岩工作的重要环节。 2 供水方案选择 方案一：采用洞外设置水箱方案。将水箱放置洞外且比供水点抬高30m，利用水位差产生0.20.3Mpa的水压力给凿岩机供水。这种供水方案需铺设较长的管路。当隧洞比较长时，需很长的管路贯穿整个隧洞，并且随着供水管路的不断延长，水头损失相应增大。这时就必需抬高供水点或增大管径来满足水压力要求，因此供水费用增大，尤其在寒冷的冬季施工时还需要很高的管路保温费。 方案二：直接用潜水泵供水。这种方案铺设的管路较短。当洞内出现渗水时，可以将渗水收集，利用潜水泵给凿岩机供水，施工方便，冬季洞内气温一般大于5，利用洞内积水供水，冬季施工管路无需保温。但由于潜水泵与凿岩机同时运转，所以潜水泵工作时间长易损坏。当凿岩工作快结束时，凿岩机工作台数减少时，需水量也相应减小，潜水泵阻力加大，需释放水压力来减小潜水泵负荷，因此在管路中必须设置卸压管。潜水泵长期运转不仅消耗了大量的电能，还非常容易损坏水泵，不同程度地影响施工进度。 在施工中给凿岩机供水一般采用两者相结合的方案，当隧洞进尺较短时，采用水箱供水，当洞内出现渗水时，冬季施工或开挖进尺较长时采用潜水泵直接供水。 隧洞开挖工程工期一般比较长。如果长期使用潜水泵供水很不经济，并且可靠度低，影响工程进度。根据凿岩机所需的水压为大于0.2Mpa小于供风压力这一要求，结合凿岩机风水同时使用的特征，我们研制了节能供水装置，它用风压力（0.6Mpa）转化为水压力来给凿岩机供水，这样即节省了管路，又节约了电能。 3 节能供水装置结构（见图1） 节能供水装置为一个密封的压力容器（也可用贮气罐改装），在容器上设有进水口、出水口、压风口和液位指示器。在进水口和压风口上设有控制阀门和逆止阀，它分别是为容器加水和压风的；出水口上设一个控制阀门，通过管路为凿岩机供水。压风口用胶管与供风管路相连，通过压风口就可以给容器提供压力。供水装置体积应能满足隧洞开挖一次循环的用水量，但当断面特别大时（超过100m2），在凿岩过程中水量不足时，可从进水口用潜水泵给容器加水。 4 节能供水装置工作原理 图1为凿岩机节能供水装置示意图，其主要部位有压力容器、控制阀门、逆止阀和液位指示器。控制阀门2与供风管路相连，设有逆止阀1，防止水进入风管路；控制阀3与供水管路相连，并设逆止阀4，给容器补水时防止水倒流；控制阀5为出水口给凿岩机供水。 当空压机开动后，高压风通过阀门1进入供水装置，容器内产生压强p给液面，根据帕斯卡定律可知，作用在封闭容器内处于平衡状态下的液体表面单位面积上的压力p将以同样大小传递至液体内所有各点。因此液体内部也产生压强p，因此供水水压为p，凿岩机节能供水装置在隧洞内布置如图2所示。 5 工作面水压力计算 既然节能供水装置能提供的水压力，但它所提供的水压能否满足风动凿岩机要求呢？可通过如下计算来验证。 钻机通常采用YT-28型凿岩机，其耗水量为120L/h，假设有n台钻机，供水管路直径为d=50mm钢管，供水管路L=500m，计算沿程水头损失。 1)管内流量 Q = 0.12n/3600（m3/s） 2)管内流速 (m/s) 3)沿程水头损失，m 式中L管路长度，m； d管路直径，m； v流体在管路中的平均流速，m/s； 沿程阻力系数，一般水在钢管中紊流=0.020.03，取=0.025， 则 假设 n =5-10 hf=0.0009-0.00361Mpa 因此水流沿程损失很小，接近于零，可以忽略不计。到工作面的水压近似于风压，水压可通过工作面管路中的水阀调控水量来控制。由此可知，节能供水装置所提供的水压能满足风动凿岩机的要求。 6 应用范围及工程应用 凿岩机节能供水装置是专门为风动凿岩设备提供一定压力（小于风压）水源的供水装置。它不仅适用于地下工程开挖，而且还可用于石方明挖。在长隧洞开挖中更显示其优越性。尤其是当洞内出现渗水时（水工隧洞一般会出现渗水），应用节能供水装置能节约大量的管路铺设费用。 节能供水装置已成功用于承德庙宫水库排沙洞工程和承德滦平六道河电站引水隧洞开挖。 7 结论 风动凿岩机节能供水装置的研制不仅保障了凿岩机可靠的供水，而且还节约