露天矿采矿潜孔钻机设备选型.doc

工程技术学院采矿工程(一)班 闫二庭 2009171323 露天矿采矿潜孔钻机设备选型前言已知条件:1、 已知:南露天煤矿2012年全年生产1850万吨原煤2、 煤密度为: 1.38gcm3,硬度f63、 剥离废岩：7100万m2，硬度f=6104、 全年爆破，煤的孔径：150mm，岩石的孔径：250mm5、 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、 计算所需钻孔的数量（四舍五入）3、 列出两种钻机的技术规格和工作参数（列表）参考项目：1、 岩石的类型2、 全年的爆破量3、 传爆参数4、 参考同类型的矿山的设备经验5、 厂家提供的设备技术规格及工作参数6、 要求维护方便选型与计算一、 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，中间排渣孔出常常被堵死，最好选用侧排渣钻头。5、 在韧性比较好的岩石中钻孔时，最好选用契形齿钻头。(二) 、钻孔直径及流通截面的选取1、 增大孔径-传爆效率高2、 环形截面积 宽1025mm，排渣效率高3、 钻杆的壁厚应保证一定的刚度和强度，厚壁一般在47mm。(三) 、冲击器的选取1、 根据工作压气的压力等级合理选择相应等级的冲击器。2、 根据钻孔直径选择相应型号的冲击器。3、 根据岩石坚固性选择相应冲击器，建议软岩使用高频低能型。二、 钻机的工作参数合理的匹配1、 转矩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) 合理的与钻头工作参数有关。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。3、 轴压力1) 要求：保持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。三、两种钻机的技术规格和工作参数潜孔钻机工作参数推荐表 表11钻孔直径/mm转速/r。min-1转矩/N。m合理轴压力/kN10030-40500-10004-615015-251500-30006-1020010-203500-550010-142508-156000-900014-181、钻煤潜孔钻机的工作参数1) 钻具转速n 式中 D - 钻孔直径，mm。2) 钻具钻矩M式中 - 力矩系数，0.81.2，一般取1。D - 钻孔直径，mm。3) 轴压力,由查表得出的的范围为6-10kN。所以只要在这个范围里就符合条件。排渣风量Q4) 式中 b - 岩渣的最大粒度，取15mm。 - 岩石密度，. 式中 k - 考虑漏风系数，取k=1.2。 D - 钻杆外径，130mm。 v - 岩渣的悬浮速度，m/s,2、钻岩的潜孔钻机的工作参数1) 钻具钻速n 式中 D - 钻孔直径，mm。2) 钻具转矩M 式中 - 力矩系数，0.81.2，一般取1。D - 钻孔直径，mm。3) 轴压力,由查表得出的的范围为14-18kN。所以只要在这个范围里就符合条件。4) 排渣风量Q 式中 b - 岩渣的最大粒度，取15mm。 - 岩石密度，. 式中 k - 考虑漏风系数，取k=1.2。 D - 钻杆外径，200-230mm。 v - 岩渣的悬浮速度，m/s, 四、选型计算1、钻机效率计算：由孔的直径及以上的计算的参数选出最适合的两种钻煤型号的钻机是KQ150 和钻岩的钻机是KQ250。 KQ150潜孔钻机的钻机每台班生产能力Vb (m)和钻机速度()计算： 式中 ： 钻机钻进速度，； 钻机班时间， 钻机台班时间利用系数，取0.8冲击功，冲击频率，冲击能利用系数，取0.60.8；取k=0.8矿岩的凿碎比功，钻孔直径，cm； 冲击功修正系数3-7.5KQ150型潜孔钻机技术规格： 表1-2钻孔直径（mm）150 、165爬坡能力（）14钻孔深度（m）17.5电机总容量（kw）58.5钻孔角度向下与地面成60、70、90耗气量/min17.5适用岩种各种岩石使用压力（Mpa）0.50.7钻具转速（r/min）24.9 、33.2、49.8供电电压（u）380回转扭距（Nm）2400、2316、2060配用冲击器CIR-150 CIR-170一次推进行程（m）9冲击功（J）340推进轴压（N）4100-19000冲击频率（次/min）8001750除尘方式湿式（自带），干式（另配FC-20）行走速度（km/h）1行走方式电动履带自行式制造厂宣化风动机械厂冲击频率850 主体材料27simn 压力范围0.5-0.7 Mpa冲击能量340 凿孔速度100-200 适用介质CIR 公称通径150-220 mm凿孔深度空压机决定 凿孔直径150-220 连接形式内特76*10*3 型号CIR/MD150 产品型号CIR150 CIR150冲击器性能参数表： 表13凿碎比功值： 表1-4 矿岩硬度f硬度级别软硬程度凿碎比功值3极软70*9.8在式中，冲击功（E）和冲击频率（）查表13得 E=340J =850同理凿岩比功可由表14查的，选取40*9.8（）所以钻进速度：每台班生产能力：KQ250型潜孔钻机技术规格: 表15孔径（mm）230-250使用电压（V）6000孔深（m）16总重（t）45推进行程（m）8.5爬坡10冲击功（J）1800冲击频率（次/min）2200电机容量(kw)387、3975工作外形10200593021330运输外形20445 5930 5120钻架高（m）22一次钻进（m）16适用岩种中硬及中硬以上钻孔角度（。）90钻具转速（r/min）22.3回转扭距（Nm）9427.6除尘方式干或湿式行走方式电动履带转杆直径194，210制造厂宣化风动机械厂 KQ250潜孔钻机的钻机每台班生产能力Vb (m)和钻机速度()计算：KQ250的冲击功（E）和冲击频率（）查表14得E=1800J =2200钻进速度：每台班生产能力： 2、 钻机数量的确定： 式中 设计的矿山规模，钻机台年穿孔效率， 每米炮孔的爆破量， 废孔率，%。取e=5%KQ150潜孔钻机数量的确定故钻机数量应取13台 KQ250潜孔钻机数量的确定： 故钻机数量应取2台。3、两种潜孔钻机的工作参数钻机型号钻具转 速r/min转矩转速冲击功J轴压力kN排渣风量 选择 台 数KQ-15020.392647.06 3409（由表1-1查得）6.7721KQ-25013.557352.94180016（由表1-1查得）22.2314爆破论文爆破振动危害预测目前对爆破振动危害预测的方法主要有两类，一类是通过安全判据来预测建构筑物安全；另一类方法是对在爆破振动作用下建构筑物进行力学分析，遥过数值计算和有关强度理论，来达到对建构筑物安全状况进行预测的目的。l、安全判据法峙卜嘲爆破振动控制标准制定要综合考虑各种因素的影响，参考各种结构的不同地震响应，经各种试验检验褥制订的。鬻井将爆破振动对结构物破坏分为没有破坏、造成微细裂缝和抹灰脱落、开裂、严重开裂等4类；美国将破坏程度分为3类，即结构物质点速度135cms为结构的轻微破坏(灰泥有细裂缝、原裂缝张歼)；19cms为严重破坏(灰泥脱落，严重开裂)，而将5cms为安全界限，郎认为在此值以下，结构物不会发生破坏。在后来的美国R18507报告(Siskindetal，1980)中指出0520ins。A德沃夏克在以振动速度作为破坏标准的基础上，提啦了更加明确的判断标准，其判断标准如下：u=1030cms，开始出现细小裂缝：D=3061cms，抹灰脱落，出现细小裂缝：D61cmS，抹灰脱落，出现大裂缝。实践表明，基于幅值特性的安全判据基本上满足了工程爆破的要求，使爆破安全距离的确定有章可依。但是，越来越多的工程实践表明，采用的以单一的质点峰值振动速度参数为判据的安全标准是不全面的，爆破振动安全判据中应该考虑爆震频率和建筑物自振频率以及持续时间的共同作用的影响。美国、英国、德国和瑞士等一些发达国家很早就已经考虑了振动速度和对应频率的综合影响，将这两个指标纳入爆破振动安全判据。其中美国矿业局(USBM)和露天矿复垦管理局(OSMRE)分别制定了各自的标准，将此两个标准合成以后，成为目前国际上比较流行的爆破振动安全判据(图1-1)。德国爆破振动安全判据(BRD-DIN4150)将建筑物分为工业和商业建筑、民用建筑和重点保护建筑三种类型，综合考虑了爆破引起的最大质点振速和振动频率的影响，充分反映了不同频率的爆破振动对建筑物的影响(图1-2)。图1-1 USBM和OSMRE安全判据图1-2 DIN4150安全标准2000年3月，中国工程爆破协会召开了“爆破振动安全距离合理判据专题研讨会，与会专家达成共识之一就是：建议以振速和频率作为综合判据，振速为主，频率作修正参考依据。因此，在国家标准GB67222003中对地面建筑物采用了以质点振动速度峰值和振动主频率作为联合判据(表1-1)所示。存在的问题与研究意义爆破地震的安全决定于外因和内因两个因素。外因就是地震荷载的大小和形态，内因就是被保护物本身结构与基础的承受能力。被保护物种类于差万别，对各物理量的敏感程度千变万化。外荷载统称为爆破地震，其物理量有运动参数、力学参数、振动作用时间和频谱等。要在这两个因素之间规范一个包罗万象的“安全判据是不可能的，但在工程中又必须确认保护物的安全状态。尽管国内外很多研究人员在该领域做了大量的工作，取得了很多成果，在某些方面有了很大进展。但从爆破振动作用机理及传播规律、爆破振动水平及竖向重要性、爆破振动危害预测到爆破振动安全距离判据都有很多问题需要解决，尚有做进一步的工作的必要。(1)在爆破振动作用机理及传播规律方面，近些年来，虽然有学者着手进行爆破地震波传播和作用机理理论研究，并且也在所取得进展方面见仁见智，但还是需进行这方面的验证性和创新性的研究，以图在机制和理论上合理解释研究过程中出现的一些灰区，如以质点振动峰值参数作安全判据的问题，目前主要是加大安全系数和牺牲工程成本，即使如此，仍然有与爆破地震相关的工程问题或工程事故出现，在某些场合下，监测所获质点振动峰值参数(速度、加速度和位移等)在明显远小于允许的安全值的情况下，但却造成了围岩、结构和建筑物的破坏。与此相反，在远远超过了当前安全标准允许值却并未造成工程破坏和电器设备遭到跳闸或紊乱等情况也能遇到。尽管目前已认识到地震动峰值、频谱特性和持续时间对结构响应的重要影响，并有将上述因素引入安全判据的研究和探讨，但还是不尽如人意。因此，进行爆破地震波的传播和作用机理研究，仍是爆破地震效应研究重要方向之一。(2)许多学者在水平和竖向爆破分量引起建筑物破坏的重要性方面做出了大量的理论以及实践究，并且也取得了似乎合理的结论，但是这些结论都是针对某一特定破坏类型得到的分析结论，缺乏普遍性、客观性。(3)尽管众多研究人员对爆破振动特征参量预测做了大量的工作，但由于影响爆破振动的因素多且其传播介质非常复杂，目前对爆破振动的预测还不尽如人意。采用经验公式对幅值进行预报，形式上比较简单，但预报精度较差，又不能反映任何频率信息；对波形预报由于需要高精度雷管等硬件，在工程使用还需要一个时期；数值模拟方法受模型简化的影响其准确性还有待提高。(4)实践表明，采用单一的幅值判据很难满足工程爆破的实践要求；频率在某种程度上讲是被保护物对爆破振动的反应，考虑爆破振动频率的安全判据事实上是考虑了被保护物自身的振动频率。由于被保护结构千差万别，因此应该根据不同类型建筑物详细制订相应爆破振动安全判据，否则爆破振动判据在使用过程中可操作性就很差；持续时间是影响结构物破坏的又一个重要因素，但是目前的爆破振动安全判据都没有给予考虑。第二章爆破地震效应及其对民房的破坏机理研究针对建筑物的爆破地震效应问题，目前国内外的研究还较少。由于历史的原因，湖北某露天采场周围有许多民房，在长期的爆破振动作用下，很多民宅出现了不同程度的破坏，这导致了工农纠纷不断。要实现对建筑物爆破振动危害的控制，必须研究爆破地震效应理论及其对建筑物的破坏机制。本章从爆破地震效应以及民房破坏机制方面分析了爆破地震效应的实质、爆破振动对民房的破坏机制、砌体房屋的震动破坏特征和破坏机理、爆破地震效应的影响因素等。21爆破地震效应爆破作业产生的地震波携带的能量传至既有建筑物后，会引起结构振动，在一定程度上影响既有建筑物的稳定与安全。本节从爆破地震效应的实质以及爆破振动与天然地震的区别两个方面阐述爆破振动的产生机制。211爆破地震效应的实质爆破地震效应是指炸药在介质中爆炸后，在一定范围内产生的地震现象。炸药在介质中爆炸后并在介质中产生强大的冲击波。当冲击波传播至离爆源10R一-15R(R为药包半径)时，其传播速度接近声速，波头压力降低，冲击波转变为介质中的应力波；随着传播距离的增加，在爆源远区，波的传播速度等于声速，幅值很低，作用时间增加，此时应力波转变成介质中的地震波。爆破作用引起的地震波是一种极为复杂的随机波，为了研究的方便，假定介质是均质、各向同性的弹性体，介质质点作简谐运动。因此，介质质点的运动状态可用位移X、速度矿和加速度口等物理量进行描述，即啪1：X=A sin国ty：鱼：缈彳sin缈f (21)出口：_dg_-0 2么sin(09t+zr)dt式中：么一质点振动的最大振幅212爆破地震与天然地震的差异爆破地震与天然地震有显著的差异，其特点如下跚1：1、爆破振动加速度峰值非常高，衰减快。一般天然地震在7度地震条件下约为01-0159，8度地震也只有02039，而爆破地震远大于此。目前世界上记录到的天然地震加速度最大值仅为数g，而在大爆破的近区测得的加速度高达2539。但是爆破振动衰减很快，破坏区范围很小。2、爆破振动频率高。天然地震震动的加速度的主频率大都在天然地震卓越频率只有2-10Hz，很少超过20Hz，而爆破地震远高于此，但爆破地震动的加速度主频率大都在1050Hz，有的高达100Hz。与普通工程结构的自振(基振)频率相比。前者与它相接近，后者则比它高得多。3、爆破振动持续时间短。爆破地震的主震段持续时间一般不超过05s，短者小于O1s，而一般天然地震持续时间在10s以上或更长。4、天然地震加速度最大值平均为019时，一般会造成房屋一定程度的破坏，而爆破地震加速度值为1Og时，才会引起房屋的轻微破坏，这与爆破地震的频率高、持续时间短、幅值衰减快等特点有很大的关系。砌体房屋的爆破振动破坏机理及模型不同类别的工程爆破在不同爆心距引起的震动是复杂多样的，它对建筑物的破坏既有近区的高频冲击、波动破坏作用，又有中远区类似天然地震的震动破坏情形。砌体房屋的震动危害程度和特征的差异，主要是由于震动特性与房屋结构的构造及动力特性关系不同而形成的不同破坏过程和机理引起的。研究分析表明，砌体房屋的爆破振动破坏机理及模型可分为以下3类：(1)冲击波动破坏在爆源近区，爆破地震效应主要以应力波的形式传播引起。结构物和介质直接受到爆破应力波的作用，这种作用带有冲击和高频的特性。由于结构物自振频率于地震波的主振频率相羞甚远：或者由于介质的约束，结构物(如地下建筑或建筑物的基础)不能作自由振动，因而结构的动力反应不大。这种由应力波直接作用产生的破坏机制称为波动机制。因为爆破应力波的衰减很快，作用时间很短，因此对于大体积建筑结构，这种破坏往往是局部的。在爆破工程中这类问题一般采用一维应力波参量直接核算结构或介质受到的最大应力和应变，并根据结构或介质材料的强度理论进行判断。(2)爆破振动破坏在大量爆破的中远区，砌体房屋受低频长周期的地震波作用。由于其主振频率接近于房屋结构的自振频率。其波长相当于或大于房屋结构的平面特征尺寸，此时结构将产生局部或整体的振动效应，其破坏结果主要由地震惯性力产生的剪应力作用于墙体而引起的，称之为振动(剪切)破坏机理。根据爆破地震反应谱理论建立砌体房屋的振动剪切破坏模型1，在爆破地震作用下，房屋结构沿高度在第f点处的剪力2陋2 (2-11)层间各墙段承受的地震荷载按侧移度分配，第f层中第，墙段分配到的地层剪力为：Q驴=k护(七护)Q，该部位所受的剪应力为=Q4，式中：K圩为水平爆破地震系数；cz为综合影响系数；历为综合影响系数；t(f)为第振型第f点处的坐标；形为集中在第i点的自重；砟为第f层中第，墙段的侧移刚度；4为f到，墙段的净截面面积。(3)累积震动破坏在反复大量爆破区域附近砌体房屋的受震破坏结果是由最大震动荷载和重复循环加载效应联合作用引起的，砌体房屋在非弹性工作阶段，即使荷载未达到极限强度值，由于累积能量损耗，也会丧失其承载力，称之为累积震动破坏机理。根据江近仁等人的砖结构在重复循环加载试验中得出的结论，累积震动破坏模型可用砌体受震的最大变形和累积能量损耗两个参数来描述其地震破坏结果的概率模型侧，它用“破坏指标广表示：，一=(鲁)2+367(矗)112】05 (2-13)式中：为最大位移；瓯为与极限强度与初刚度的交点相对应的位移；占为累积能量损耗：绒为极限强度。爆破振动对建筑物的破坏程度和特征因爆源、场地和建筑结构自身的多样性而难以用某种单一指标进行安全评价，上面对砌体房屋受爆破振动破坏的机理和模型进行了初步研究，在一定程度上为建立适合具体建筑结构特征的爆破地震效应的安全评定方法提供了理论依据、分析方法和观测重点哪71。_爆破振动衰减规律研究露天采场周边民房的爆破地震效应规律，需要对爆破振动进行实地测试。通过对测试后的数据进行综合分析处理，掌握爆破地震波在一定爆破条件及地层地质情况下的传播规律与衰减特性，得出爆破振动衰减规律方程。借助爆破安全判据以预测振动强度，为进一步研究爆破振动对民房的影响规律和实现有效的振动控制提供参考参量，以便采取合适的控制措施，达到实现安全、高效采矿的目的。31爆破振动预测的研究现状为达到爆破设计时满足被保护目标的爆破振动控制，需要对被保护目标处进行爆破振动预测。国内外许多学者针对爆破振动预测做了大量研究，并提出了观点，但方法不一，形式不同，主要体现在以下三个方面。311爆破质点振动强度的表示方法目前，国内外表示质点振动强度的参量有位移、速度、加速度和频率。各国在其安全规程中采用何种表示方法有所不同，主要有以下三种H引： (1) 以加速度作为质点振动强度的参数。在爆破载荷作用下，岩体累积残余变形是导致岩体稳定性变化的合理参量，而岩体质点振动加速度分布特性更能直接反映出振动惯性力的变化规律。此外，利用加速度便于进行建筑物的爆破地震荷载的换算，并进行建筑物的应力分析。而且，加速度与建筑结构破坏有一定的相关性。因此，早期的一些国家(如美国)采用加速度作为衡量地震动强度的标准。(2)以速度作为质点振动强度的参数。目前，一些国家(如中国、法国等)采用质点振速作为地震动强度的判据。这是因为：大量的现场试验和观测表明，爆破地震破坏程度与质点振速大小的相关性最好；而且，当炸药量、爆源距离、最小抵抗线相同，而传播地震波的岩上介质有变化时，振动速度值虽有一些变化，但较其它物理量而言，振速与岩土性质有较稳定关系。此外，利用速度的优点是能和地震波所携带的能量与所产生的地应力相联系，并和结构中产生的动能和内应力建立关系。(2) 以速度一频率作为振动强度的判据。采用单一的质点振速作为地震动的评定标准具有很大的局限性。这是因为建(构)筑物种类繁多结构各异，爆破类型很多，起爆方式不一，爆破条件和爆破地震波通过的介质情况复杂。在地而质点振动速度值相同的情况下，将会出现不同的振动频率和振动持续时间。近年来一些观测和分析表明，相同的建(构)筑物，在振速相同的条件下，不同的振动频率和振动持续时间，对建(构)筑物的结构动力影响是不一样的。由于爆破振动的持续时间一般都比较短，而频率的影响较为突出。结构物在爆破作用下破坏的最主要因素是振动强度、振动频率，仅考虑单一的因素都不合理。因此，目前一些国家制定爆破振动安全标准时，普遍考虑了频率和振动速度的共同影响。本文通过理论分析和现场测试相结合的方法，针对露天采场周边民房的爆破地震效应问题进行了研究。采用多元线性回归方法对爆破振动测试数据进行分析，得到了质点爆破振动衰减规律预测的有效公式；对测试得到的数据进行了数值