露天矿潜孔钻机设计说明书-文档

呼伦贝尔学院工程技术学院露天采矿机械第1页共12页1、已知条件：⑴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。⑵年剥离废岩8400万m2，岩的综合硬度f=6~8⑶全年爆破煤的孔径：150mm,岩石孔径：262mm⑷正常作业天数300天，以三班循环作业。2、要求：⑴分别计算两种孔径的台班效率m/台·班

⑵计算所需钻机的数量（四舍五入）

⑶通过查资料列出两种钻机的技术规格和工作参数（列表）一、钻具结构的选择1、钻头钻头是直接破碎岩石的工具。钻孔过程中，钻头上端受活塞的冲击，下端和岩石撞击，同时承受轴压、扭矩和岩渣的腐蚀作用。因此，对钻头的要求是：表面硬度高、耐磨性好、形状简单、有足够的冲击韧性、能承受很大的载荷。钻头选取的原则：合理的钻头能够获得较大的钻进速度和合理的成本。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，最好选用楔形齿钻头。2、钻杆的直径及流通截面和选取1）增大孔径穿爆效率高；2）钻杆直径越大，气流速度越高，排渣效果越好。当然也不能大到岩渣难以通过，一般环形截面的环宽取10~25。3）要求钻杆有足够的强度、刚性和冲击韧性。钻杆一般采用后壁无缝钢管，两端有接头。钻机的工作参数合理的匹配1.转速转具转速的合理选择对于减小机器震动、提高钻头使用寿命和加快钻进速度都有很大作用。工作要求：1）转速的大小应能保证钻头在两次相邻冲击之间的转角最优。2)岩石越硬，回转速度应越低；频率越高，转速也越高，因此，硬岩、低频选下限，软岩、高频则取上限。3)保证钻头每次冲击后进入新的工作面，不至于干磨钻头。4)合理的钻头工作参数。钻具的合理转速n(r/min)常用以下经验公式确定：式中D钻孔直径，。根据上述公式可知：KQ—150、KQ—250的转速分别为n1、n2≈20.4r/min≈13.6r/min2、扭矩钻具的扭矩是用来克服钻头与孔底的摩擦阻力和剪切阻力、钻具与孔壁的摩擦阻力，以及因炮孔不规则造成的各种阻力。工作要求：1）能够使钻头克服孔底的摩擦与剪切阻力，孔壁的阻力防止卡钻。2）扭矩与孔深。钻具阻力矩与钻孔直径、孔深均成正比。根据实践得出的钻具转矩M（Nm）与钻头直径的关系：式中转矩系数，0.8~1.2，一般取1。根据上述公式可知：KQ—150、KQ—250的扭矩分别为M1、M2≈2647Nm≈7353Nm3、轴压力潜孔钻机钻孔时，轴压力过大不仅使钻机产生剧烈振动，还将加速硬币合金的磨损，甚至引起合金崩角或断裂，使钻头过早损坏；轴压力过小，钻头不能很好的与岩石接触，影响能量的有效传递，甚至是冲击器不能工作。工作要求：1）保证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潜孔钻机的合理轴压力PH（N）可用下列公式确定：式中f—岩石的坚固性系数。根据上述公式可知：KQ—150、KQ—250的轴压力分别为P1、P2η钻机台班利用系数。取0.8E——冲击功，JNz——冲击频率，mink——冲击能利用系数，取0.6～0.8D——钻孔直径，cma——矿岩的凿碎比功，J/cmk′——修正系数，取3—7.5E﹑nz:由钻机性能表可以查得，凿岩比功a可按表1—3选取20×9.8（J/cm）=cm/min≈63.16cm/min=cm/min≈56.24cm/minV=0.6×0.6316×60×8×0.8≈145.5m/台·班V=0.6×0.5624×60×8×0.8≈129.6m/台·班机型KQ—150KQ—250孔径（mm）垂直孔深（m）孔向（°）钻杆直径（mm）钻具回转转数（r/min钻具回转扭矩（N·m）轴压力（KN）钻具提升速度（m/min）孔底有效提力（KN）辅助提升力（N）工作压力（MP）除尘方式行走方式钻机重量（t）15017.560、75、9013321.7、29.2、42．92906、2447、21410～5.81624.549000.49～0.69干式或湿式电动履带14170230169019422.39427.60～29.412～1698196000.49～0.69干式或湿式电动履带45250219下表为KQ—150的冲击器HDH360性能参数名称数值钻孔直径（mm）总长（mm）外径（mm）重量（kg）耗风量（m/min）冲击功（J）冲击频率（次/分）与钻杆连接方式风压（kg/）可配钻头152、16514501361268.5—25820820—1475内AP13—1/27—21DHD360—19A，DHD360—19B下表为KQ—250的冲击器CWG200性能参数名称数值钻孔直径（mm）总长（mm）外径（mm）重量（kg）耗风量（m/min）冲击功（J）冲击频率（次/分）与钻杆连接方式风压（kg/）可配钻头204、254173418027712—311560860—1510内AP14—1/27—21CWG200—19A，CWG200—19B2、钻机数量的确定钻机数量N（台）按下式计算：N=Q/qp（1－e）式中Q—设计的矿山规模，t/aP—钻机台年穿孔效率，m/aq—每米炮孔爆破量，t/m，煤取33，岩取35e—废孔率，%根据上述公式可知：KQ—150、KQ—250的需求量分别为N1、N2N=≈3.0台取3台N=≈12.4台取13台孔钻机除尘系统研潜究1概述目前在我国露天矿山中,潜孔钻机占钻孔设备总数的50%-60%。中、小型露天铁矿、石灰矿、有色金属矿山的钻孔设备绝大多数为潜孔钻机。潜孔钻机露天工程爆破孔钻凿在生产过程中产生大量粉尘,粉尘如果排入大气会产生严重污染,严重危害职工身体健康,给劳动者本人和家庭带来不幸和痛苦;同时,也严重地影响着企业的经济效益。粒径小于10μm的粉尘排入大气后,很难落至地面,其中的一部分可以几小时、几天、甚至几年浮游在大气中。这些微细粉尘具有很强的吸附能力,很多有害气体、液体或某些金属元素都能吸附其上。受污染的空气被人吸入后,会引起或加重呼吸系统的各种疾病。粉尘如果落到设备的运动部件上,会加速运动部件的磨损,减少设备的使用寿命,也会导致产品成本的增加。为减轻粉尘排放浓度和改善职工操作环境,研究设计一套简单、紧凑、高效、经济的除尘系统很有必要。2潜孔钻机除尘系统工作原理如图1所示,工作时捕尘罩紧罩孔口,孔底岩粉通过排尘风压吹至孔口,再在除尘风机抽吸共同作用下,粉尘由捕尘罩进入风管,经旋风除尘器进行一级粗除尘,再由脉冲除尘器进行二次精细除尘,达到除尘、提高作业效率的效果。捕尘罩采用自阻力封孔器,既保证钻进速度,又实现了快速封孔、导尘的目的。选用半圆周蜗旋切向进入式旋风除尘器,提高了净化效率,减少了阻力损失。采用脉冲除尘器,脉冲喷吹控制仪控制电磁脉冲阀,喷吹压缩空气对滤芯循序清灰,使除尘器的阻力保持在设定范围内,从而保证除尘器的处理能力和收集效率。在除尘器的阻力过大时可将脉冲除尘器的滤芯拆下用高压水冲洗。3潜孔钻机除尘系统主要结构组成部分图1潜孔钻机除尘系统工作原理图3.1捕尘罩捕尘罩使用自阻力封孔器,其结构如图2所示,封孔器由橡胶软罩、吸尘罩、隔尘毡垫、封孔器机体、随钻杆转动体、紧固把手、预紧装置以及导尘口等组成。工作时,先将封孔器机体套在潜孔钻机的钻杆上,拧动紧固把手,使紧固把手压紧顶紧装置,从而增大封孔器与钻杆的摩擦力,其紧固程度以封孔器在钻杆上不能自行滑动,但可以用手推动为止。也就是说,钻杆在不断推进的同时,借助其与封孔器之间的自然阻力,确保封孔器橡胶软套始终紧贴岩壁,粉尘既不会泄漏飞扬,又不影响钻杆钻进。自阻力封孔器既省去预先封孔程序,又保证钻进速度,实现了简易快速封孔、导尘的目的。3.2旋风除尘器旋风除尘器是利用旋转的含尘气体所产生的离心力,将粉尘从气流中分离出来的一种干式气-固分离装置。它结构简单、制造容易、造价和运行费用较低,对于捕集5-10μm以上的较粗颗粒粉尘,净化效率很高。但对于5-10μm以下的较细颗粒粉尘净化效率较低,因此用于潜孔钻机除尘系统的一级除尘系统。旋风除尘器根据进气口的型式可分为:螺旋面进口、切向进口型、蜗壳进口型和轴向进口型。而根据有关部门的对比试验资料,以圆筒体外包的蜗壳型结构最为合理。蜗壳与筒体相切面角度有180°与270°两种,其中气流旋转180°后与筒体外缘相切的蜗壳型最好。这种型式的优点是:进入的气流径向减薄,可以减少其对内部气流的干扰、撞击作用,从而多少可以避免进入气流与排出管撞击产生粗颗粒粉尘的逃逸,同时减少阻力20%～30%[2]。由于现有文献上的压力损失计算式只适用于切向进口,不具有通用性,因此提出了一种压力损失计算的修正公式,即考虑入口阻力系数,使其能适用于各种入口型式下的压力损失计算,且压力损失的计算式作为设计旋风分离器筒体直径的计算基础,修正的压力损失计算式是:对于给定的Q和P,利用(8)式可以准确地计算出所设计旋风分离器的直径D1,然后依据式(7)可以初步完成旋风分离器的其他机构尺寸的设计计算。旋风分离器初步设计完成后,为减少大量的工业试验,降低设计成本,我们采用设计要求的分级粒径值,对所设计旋风分离器的性能进行理论校验计算。3.3脉冲喷吹袋式除尘器脉冲喷吹清灰袋式除尘器是20世纪60年代发展起来并得到广泛应用的除尘设备。主要由排气口、上部箱器、喷射管、文丘里管、控制器、脉动阀、进气口、滤袋、框架、中部箱体、灰斗和排灰阀等组成。其优点是清灰效率高,能有效地保证较低的阻力和相当高的净化效率。脉冲喷吹清灰的基本原理是:将压缩空气在极短暂的时间内(不超过0.2s)高速喷向滤袋,同时诱导数倍于喷射气量的空气形成空气波,使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动,在短促的时间内形成滤袋往复地“鼓、瘪、鼓”的波浪形变形,使粉尘层发生变形、断裂,以块团状脱离滤布并受重力作用下落.清灰时,清灰气流在使滤袋膨胀变形的同时也穿过袋壁和粉尘层[2]。脉冲喷吹控制仪是袋式除尘器喷吹清灰系统的主要控制装置,它的输出信号控制电磁脉动阀,喷吹压缩空气对滤袋循序清灰,使除尘器的阻力设定在规定范围内,以保证除尘器的处理能力和除尘效率。脉冲控制仪硬件以单片机为核心进行设计,包括CPU、I/O接口、键盘、高亮LED显示器、掉电存储电路、隔离电路、输出驱动和电源等部分,系统的结构框图如图4所示。系统的软件设计采用模块化的结构。根据系统的控制功能,采用自顶向下的方法进行设计。整个系统软件结构合理,便于设计和调试。其系统控制软件流程如图5所示。4结束语除尘系统设计的好坏,直接影响到除尘效率、环境质量以及技术经济性能。本文通过对潜孔钻机的除尘系统的工作原理和结构特点的分析,采用蜗壳型旋风除尘器和脉冲喷吹袋式除尘器两级除尘系统,减轻了粉尘的排放浓度,使粉尘的排放量达到