新型镶齿盘形滚刀的破岩特性

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1、长沙矿山研究院季刊Quarterly of C1MR新型镶齿盘形滚刀的破岩特性工程师 陈中政 工程师徽学提要本文系新型镶齿盘形滚刀的研究试验总结。作者阐述了镶齿盘形滚刀的设计 特点、滚刀刀刃间距与岩橙块滾的关系、拉力及扭矩与进尺的关系、拉力与扭矩以及拉 力与进尺的关系。作者最后论及这种新型滚刀的使用寿命与作业成本镶齿盘形滚刀切割结构的设计特点滚刀是全断面钻进中直接用来破岩的工具。滚刀的种类繁多，主要有密齿形球齿滚刀、 合金钢盘形滾刀及楔齿滚刀等。镶齿盘形滚刀是新硏制成功的刀具（见图1）,其破岩结构的图】.镶噬盘形滚刀设计特点是力求缩小滚刀的切割结构与岩石 的接触面积，增大齿圈行列间距和增大齿的

2、 直径（19毫米）及其突出高度（12毫米）， 籍以增强对岩石的切割作用，提高破岩 效率，把岩石呈大片状剪切下来。试验条件该型滚刀配置在TYZ-1000天井钻机的 直径10米的扩孔刀头上，滚刀数量为四把， 分成两组，对称布置。19801982年在金州 石棉矿和金川龙首矿进行工业试验，共钻天 井772米。天井高度为4060米，天井倾斜 度为6090。岩石为煌斑岩、大理岩、二 辉橄榄岩、纯橄榄岩、白云岩、硅质白云岩及辉绿岩等，其抗压强度为5001400公斤/厘米2。在钻井过程中，新型滚刀经受了断层、破碎带、溶洞等不良地质条件和强烈的冲击和棧动的考验。刀刃间距与岩确块度关系刀刃间距是刀具破岩的重要参数

3、，它对刀具的破岩效率，即破岩駅和岩磴的块度有很大94-2014 CR如a Academic Journal Ekctronic Publishing House. All rights reserved, 影响。刀刃的间距应保证刀刃间岩石完全破碎，同时得到最大的破碎最。刀刃的间距过小， 虽然可达到完全破碎刀刃间岩石的目的，但破碎效率低，岩磴块度过细。刀刃间距过大时， 则刀刃间的岩石会以脊背形式残留在岩体上，影响正常钻进。在橄榄岩中扩孔时，镶齿盘刀 刀刃的间距是34毫米，滚刀破岩时岩磴产出羞，按其重量比约有7683%为较大片状岩確（见表1）,经过筛分，块度在2540毫米之间者占70%以上，破岩工

4、作面平整，这证实了 镶齿盘刀刀刃间距是比较合理的，符合预期的破岩效果。样 品 号拉 力 （吨）扭矩（公斤咪转 速（转/分）小于5 mm小于lOma小于25mm小于40mm重（克）%:（克）重（克）%重 ft （克%13】.1172518265453011311543.47528.3227.717251850512023.86011.919538.613025.7327*717251864510516.390142654118528.7岩 確 筛 分 表表1装四把滚刀的刀头总拉力。对34亳米和68毫米两种不同刀刃间距进行了扩孔破岩试验，在同样工作条件下，刀刃间 距为68毫米时，平均的扩孔速度13

5、6米/时到1.348米/时，当刀刃间距为34亳米时，平均扩 孔速度2335米/时。这说明68毫米间距过大，増加间距未能达到增加破碎虽的目的。从表2 中亦可见到，对于可钻性好，脆性大的硬岩石，不同的刀刃间距，对刀头所耨的拉力、扭距 无明显影响，但扩孔速度则大不相同，34毫米间距的比68毫米间距的，大大地增快了。34毫米和68亳米间距扩孔对比表表2刀刃间距（亳米）进尺 米）刀头扩孔参数纯扩孔时间（分）刀刃楔入深度（駐米/转）扩孔速度（米/时）转速（转/分）拉力（吨）扭距（公斤米）342030107024202362.122.54681018243195025303641.531.642371994

6、-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved httpi/Aki.nct拉力、扭矩与进尺的关系试验表明，每把滚刀扩孔所需的拉力与扭矩对天井钻机的钻进能力有很大的影响.镶齿 盘刀在f = 45及f = 810的岩石中扩孔的工作参数如表3 o刀头工作参数表3、项目井号、进尺（毫米/转）拉力1（吨/把）扭矩1:备注公斤米/吨i公斤米/把 i公斤米/刀头66142-324.5885.42391.211564.88橄榄岩,810,有小断层破碎 带4566121.626.7445.6307.801

7、231.2橄榄岩 f= 810,致密668315.9472.5430.651772.6煌斑岩6米，大理 岩和二辉橄榄岩 10米 f 二 4 5, 致密橄箍岩14米15802.684.9667.18333.211332.84大理岩f二58橄榄岩81015204.23.15108.3341.151364.58橄榄岩8-10有破碎夹层平均2.785.0875.8360.81443.22由表3可以看到当岩石硬度为f = 10以下时，每把镶齿盘刀所需的拉力平均为315674 吨,扭矩为307.8430.65公斤米，而每转刀刃楔入深度可达1.62-4.2毫米。以五条共186米 天井的平均值计算，每把滚刀所

8、需的平均拉力为5.08吨，扭矩为360.8公斤米，每转破岩 效率为278毫米。当镶齿盘刀在白云岩（抗压强度为13551960公斤/厘米2）中 扩孔时所需的平均拉力为4.32865吨/把，扭矩为146.5865公斤米/把， 每转刀刃楔入深度为212毫米。因此，该型滚刀需用的轴压与扭矩较低，而其破岩效果较 好。表4为各型滚刀楔入深度的比较。从表中可以明显地看到，镶齿盘刀不但在f = 10以下 的中软岩石中有较快的扩孔速度，在f = 1214的中硬岩石中，也同样具有良好的扩孔速 度。71994-2014 ciffna Academic Journal Ekctronic Publishing Hou

9、se. All rights reserved, 能向竝力（咚/把）滚刀类型孔径（奄米）1岩石每转楔入深度（毫米500矽质砂岩0.9500花岗 岩0.4密齿滚刀500800变质砂岩0.51500铅锌黄铁矿矿体0.40.51200灰岩0.30.4盘形刀500大理岩;L511500灰岩1.0 镶齿滚刀1000:白云岩2.121000犷体（様榄岩）2.784拉力与扭矩的关系当岩石硬度、刀头直径相等时，扭矩值随着轴压的变化而作线性变化。图2为刀头的拉 力和扭矩之间的关系。从图中可以看到不同岩石的拉力与扭矩的线性关系。这种关系不但与岩石硬度有关，而 在更大程度上取决于岩石的破碎程度丿同时，由于岩石的内部

10、组成的差异，同类的岩石会出 现不同的情况，如在6612井致密高品位橄榄岩中，有一部分硬度比校髙，这种情况可以从图 2中明显看岀。对质地坚硬的矿岩来说扩孔时所需的拉力大，扭矩小。当每把滚刀最大的拉 力为84吨时，每把滚刀所需的最大扭矩为460公斤米，对于镂齿盘形滚刀，每提高02吨 拉力，相应地需増加10公斤米左右的扭矩。对硬度低的围岩妣相反，所需拉力低而扭矩 大，每把滚刀所需的扭矩为559公斤米，拉力为4.1吨，每提高0.2吨拉力，就需増加100公 斤米左右的扭矩。因此，从试脸数据中可以看出，彼齿盘刀破岩时，由于岩石硬度和破碎 性质不同，每增加一定值的拉力时，所需增加的扭矩值亦不相辰，岩石硬度高

11、，所需增加的 扭矩值就较小，岩石硬度低，岩层破碎则所增加的扭矩值就大，而且是成倍地超过硬度高的 岩石。25图2.拉力与扭矩关系图16614井y 2 6612井$ 3 668井；41580井拉力与进尺的关系从图3中可以很明显地看到，拉力与进尺亦呈线性关系，互成正比増长，但是増长有一 定的范围，拉力的増长有一个最优值，超过此值，进尺亦不能按比例增长了。从图3中还可 以看到在不同岩石中拉力的最优值。拉力与进尺之间的基本关系是岩石硬度髙时，所需拉力大，进尺小,进尺增长比例亦小;岩 石硬度低时，所需拉力亦小但进尺大,进尺的增长比例亦大见表5。但是拉力与进尺的线性关不同岩层中拉力与进尺的相对增长值表5岩石

12、最高拉力（吨/把）最高进尺（亳米/转）拉力增长值（吨/把）进尺增长值（帝米/转）岩致密高品包橄榄2.110.04橄榄岩7.33.420.10.08围岩6.S4.604 10.09煌斑岩5.75.50.10.1071994-20)4 Academic Journal Ekctronic Publishing House. All rights reserved, http系和拉力与扭矩的不相同，它仅和岩石硬度有关,岩石破碎反而会破坏其线性关系，因为岩石 破碎会引起卡钻，需要加大扭矩，降低拉力，而进尺亦必然脱离拉力与进尺的直线关系了。图3 拉力与进尺关系图1-6614 井 9 26612 井 $

13、3 668井）41580井镶齿盘刀的使用寿命和成本新型镶齿盘形滚刀在810岩石中的使用寿命已超过400米，在f = 1215的岩石 中，其使用寿命亦已超过300米，滚刀尚在使用，现按上述寿命计算，其成本如下：滚刀寿命钻井成本（米）（元/米）刀具费用刀具费占总成本的比墅元/米）（%）备注300139.6333.3324滚刀尚在使用1400:131.32519滚刀尚在使用结论新型镶齿盘形滚刀的破岩机构设计合理。试验结果表明，它的使用范围广，适用于抗压 强度500-1400公斤/厘米2的岩石。破岩效率高，岩石破碎呈大片状，块度2540毫米的岩 屑占70%以上。破岩所需的拉力和扭矩小，钻井速度快，一般

14、为1525米/时，最高达 35米/时，使用寿命长，已达400米。因此，它是一种高效的新型破岩刀具。27.?19942。14 Chirm Academic Journal Ekctronic Publishing House. All rights reserved, http vw.s：Vd.3 Noe3第三卷第三期长沙矿山研究院孝刊Quarterly of CIMRABSTRACTSA MATHEMATICAL MODEL OF PRODUCTION SCHEDULING OF HU- ANGSHAPING LEAD AND ZINE MINEHu Qing - huaitDu Su and

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16、ing of this problem. Practice shows that this model and the method recommended are of both correctness and, in general, availabilityAPPLICATION OF BULK EXPLOSIVES IN UNDERGROUND METAL MINESWu Tong-shunThe development of modern commercial bulk AN - based explosives has reached a level available for i

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18、ts in blasting techniques are summarized. In addi- tion, a general description of the practical application of such bulk explosives in some mines both home and abroad is also presented.ROCK-CUTTING CHARACTERISTICS OF NEW TYPE BUTTON DISCCUTTERChen Zhong- zhengCao Min xueThis paper is a summary of th

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