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摘要：露天矿山开采的第一道工序为穿孔作业，设备运行中会产生大量粉尘，牙轮钻机采用的除尘方法为孔底湿式降尘，使用时降尘效果明显，能满足环保和设备运行要求。因岩性变化频繁部位，以及矿岩比重大区域作业，降尘水量难以控制，水量的增加会导致岩渣形成稀泥状喷出，水量的减少会导致扬尘量大，它还会增加混入水分岩渣的重量，易导致岩渣反复回落，造成二次研磨破碎，增加钻具的磨损，在一定程度上影响了设备的故障及穿孔效率。
关键词：牙轮钻机;孔口降尘;改进措施
为了充分发挥牙轮钻机在矿山开采中的作用，使人员的安全健康与设备的运行效率达到最佳状态，最大限度地避免粉尘对大气环境的影响，必须注意牙轮钻机降尘与设备故障间的关系。从作业现场实际情况出发，以减少粉尘污染和设备故障、降低生产成本、提高设备效率为工作重点，切实可行地开展技术攻关、技术改进、自主改进等活动，从而使成果在作业现场和需要的地方得到消化。基于此，本文详细论述了牙轮钻机孔口降尘及其改进措施。
一、牙轮钻机概述
牙轮钻机即一种钻孔设备，多用于大型露天矿山。半个世纪以来，露天穿孔设备经历了“磕头钻”、喷火钻、冲击（潜孔）钻的发展，最终牙轮钻机以钻孔孔径大、穿孔效率高等优点成为大中型露天矿目前普遍使用的穿孔设备。
二、牙轮钻机孔口降尘
1、延长钻头使用寿命。孔口二次降尘可防止粉尘飞扬，减少水与岩渣混合后对钻头的研磨，改善其牙轮与牙爪间岩渣堆积对钻头轴承的影响，使钻头充分发挥其应有的作用。为避免在岩性复杂地区作业时排渣困难，岩渣未及时排出，钻头对岩渣的二次破碎导致钻头早期磨损，能更好地发挥在钻头上的压力、速度、扭矩、风量，还可防止钻头轴承和牙轮的锈蚀状况。
2、提高钻进速度。减少孔底降尘给水量，可避免岩渣与水混合后，岩渣重量增加，排渣用压缩空气不能将其全部排出孔外，以及反复破碎研磨对钻进速度的影响。钻具与孔壁间的环形空间，即排渣空间的增大和孔壁周围黏附岩渣的减少，为排渣所需的压缩空气与岩渣的排出提供了可靠的通道，加快了钻进速度，缩短了穿凿成孔时间，提高了设备作业效率。在穿孔作业中，岩性会随着穿孔深度的增加而变化，及时采取有效措施，可避免塌帮夹钻现象的发生。钻进速度的提高取决于人员的操作技能及设备的技术性能，人员对岩性变化的掌握程度，以及对影响钻进速度原因的分析与攻关改进。
3、减少粉尘飞扬。牙轮钻机利用排渣空压机产生的压缩气体将孔底岩渣排出孔外，同時，利用辅空气体对水加压后送入管道，以减少低牙轮在破碎矿岩时产生的粉尘。岩渣喷出孔口时，在气体作用下还会喷出一部分粉尘，对人员、设备和环境都有一定的影响，若增加降尘给水量，岩渣将以稀泥形式喷出孔外，部分泥状岩渣自然流入孔内形成岩渣的二次破碎。
三、牙轮钻机孔口降尘可行性研究
1、安装部位选择。在不改变原孔底湿式降尘基础上进行改进，在钻架平台下部设计一套喷淋系统，喷射方向均朝向钻具，通过一个特殊的喷嘴将有压力的水柱转变成扇形的喷雾形式喷出，在平台下方空间内，水雾和粉尘混合，粉尘重量增大跌落在周围，防止粉尘飞扬。
2、气和水雾化原理。水由水泵或压缩空气加压，在压力作用下，水通过管路以高速喷入喷嘴或低速气流，喷嘴内设有一个金属片或螺旋体，将有压力的水阻挡，使水柱或水滴进一步破碎成小水滴，通过小管口形成的高速气流，产生的负压带动水流一起喷射到扰流板上，水在高速冲击下四处飞溅，使水滴在压缩空气作用下以雾化状态经喷口喷出。
3、雾化装置的运行原理。雾化是液体通过压降涣散形成雾，并均匀悬浮在空气中的一种现象。当水从喷嘴喷出并流经喷嘴孔边缘时展开成液体层，由于空气动力不稳定，液体层断裂变成拉长了管孔状的粗细圆柱体，再变成液滴，液滴直径取决于液体层的厚度及均匀性、液体的稳定性和决裂进程。其工作原理是内部压力将内部液体挤压进喷嘴内，在喷嘴内放置叶片，高速流动的液体通过叶片的旋流腔构成雾，叶片的巨细厚薄和喷头的喷孔直径必须与喷嘴相匹配，使液体冲击反弹形成直径为15～60μm左右的雾化颗粒，并通过喷嘴出口喷出形成喷雾。
四、牙轮钻机孔口降尘的改进措施
1、喷嘴装置的设计制作。使用φ20mm不锈钢管制成两个喷嘴装置，喷嘴加工成鸭嘴结构，根据安装位置确定喷嘴的固定方式与方向，通过焊接或螺纹连接固定在横管上，在其中一端或横管中部焊接软管接头，其余部分进行丝堵焊接，便于拆卸清理。制作两个三通用耐压胶管将喷嘴装置连接，另一端通过三通与压气管连接，在三通出口处连接直通式单向阀，接入带压力的水。
2、喷嘴装置试验。当具有一定压力的水顶开单向阀阀芯时，压力水进入连接单向阀的三通，此时操作压气管控制阀，使有压力的水通过管路进入喷嘴装置，在喷嘴内设置挡片以阻挡水，再从喷口以雾化及柱流形式喷出，粉尘与雾化水相遇凝结落下，以此减少降尘。
3、试验结果总结。在修复挡渣罩基础上，经多次改进与试验，孔口降尘达到了一定的目的，但离真正的雾化降尘还有一定的距离，对存在的缺陷和问题不断分析，逐步完善。使孔口排渣的使用能适应季节变化，逐步达到电控或智能控制水平，改善操作人员的工作环境，减少粉尘对设备与环境的影响。
总之，为保证牙轮钻机钻孔中产生的扬尘对环境造成的污染，影响作业人员的健康和设备的运行，当前钻机采用孔底湿式除尘法来解决存在的问题。但也有许多不利因素，钻具尤其是钻头的磨损速度加快，穿孔效率降低，研究制定出符合工作实际的方案和措施，并加以改进，在降尘达标基础上，发挥了穿孔效率，而且提高了钻头的使用寿命。
参考文献
[1]胡善文.浅谈对牙轮钻机技术改造的探索与研究[J].世界有色金属，2019（19）.
[2]李学军.牙轮钻机孔口降尘分析及研究改进措施[J].科技创新导报，2020（14）.
关键词：牙轮钻机;孔口降尘;改进措施
为了充分发挥牙轮钻机在矿山开采中的作用，使人员的安全健康与设备的运行效率达到最佳状态，最大限度地避免粉尘对大气环境的影响，必须注意牙轮钻机降尘与设备故障间的关系。从作业现场实际情况出发，以减少粉尘污染和设备故障、降低生产成本、提高设备效率为工作重点，切实可行地开展技术攻关、技术改进、自主改进等活动，从而使成果在作业现场和需要的地方得到消化。基于此，本文详细论述了牙轮钻机孔口降尘及其改进措施。
一、牙轮钻机概述
牙轮钻机即一种钻孔设备，多用于大型露天矿山。半个世纪以来，露天穿孔设备经历了“磕头钻”、喷火钻、冲击（潜孔）钻的发展，最终牙轮钻机以钻孔孔径大、穿孔效率高等优点成为大中型露天矿目前普遍使用的穿孔设备。
二、牙轮钻机孔口降尘
1、延长钻头使用寿命。孔口二次降尘可防止粉尘飞扬，减少水与岩渣混合后对钻头的研磨，改善其牙轮与牙爪间岩渣堆积对钻头轴承的影响，使钻头充分发挥其应有的作用。为避免在岩性复杂地区作业时排渣困难，岩渣未及时排出，钻头对岩渣的二次破碎导致钻头早期磨损，能更好地发挥在钻头上的压力、速度、扭矩、风量，还可防止钻头轴承和牙轮的锈蚀状况。
2、提高钻进速度。减少孔底降尘给水量，可避免岩渣与水混合后，岩渣重量增加，排渣用压缩空气不能将其全部排出孔外，以及反复破碎研磨对钻进速度的影响。钻具与孔壁间的环形空间，即排渣空间的增大和孔壁周围黏附岩渣的减少，为排渣所需的压缩空气与岩渣的排出提供了可靠的通道，加快了钻进速度，缩短了穿凿成孔时间，提高了设备作业效率。在穿孔作业中，岩性会随着穿孔深度的增加而变化，及时采取有效措施，可避免塌帮夹钻现象的发生。钻进速度的提高取决于人员的操作技能及设备的技术性能，人员对岩性变化的掌握程度，以及对影响钻进速度原因的分析与攻关改进。
3、减少粉尘飞扬。牙轮钻机利用排渣空压机产生的压缩气体将孔底岩渣排出孔外，同時，利用辅空气体对水加压后送入管道，以减少低牙轮在破碎矿岩时产生的粉尘。岩渣喷出孔口时，在气体作用下还会喷出一部分粉尘，对人员、设备和环境都有一定的影响，若增加降尘给水量，岩渣将以稀泥形式喷出孔外，部分泥状岩渣自然流入孔内形成岩渣的二次破碎。
三、牙轮钻机孔口降尘可行性研究
1、安装部位选择。在不改变原孔底湿式降尘基础上进行改进，在钻架平台下部设计一套喷淋系统，喷射方向均朝向钻具，通过一个特殊的喷嘴将有压力的水柱转变成扇形的喷雾形式喷出，在平台下方空间内，水雾和粉尘混合，粉尘重量增大跌落在周围，防止粉尘飞扬。
2、气和水雾化原理。水由水泵或压缩空气加压，在压力作用下，水通过管路以高速喷入喷嘴或低速气流，喷嘴内设有一个金属片或螺旋体，将有压力的水阻挡，使水柱或水滴进一步破碎成小水滴，通过小管口形成的高速气流，产生的负压带动水流一起喷射到扰流板上，水在高速冲击下四处飞溅，使水滴在压缩空气作用下以雾化状态经喷口喷出。
3、雾化装置的运行原理。雾化是液体通过压降涣散形成雾，并均匀悬浮在空气中的一种现象。当水从喷嘴喷出并流经喷嘴孔边缘时展开成液体层，由于空气动力不稳定，液体层断裂变成拉长了管孔状的粗细圆柱体，再变成液滴，液滴直径取决于液体层的厚度及均匀性、液体的稳定性和决裂进程。其工作原理是内部压力将内部液体挤压进喷嘴内，在喷嘴内放置叶片，高速流动的液体通过叶片的旋流腔构成雾，叶片的巨细厚薄和喷头的喷孔直径必须与喷嘴相匹配，使液体冲击反弹形成直径为15～60μm左右的雾化颗粒，并通过喷嘴出口喷出形成喷雾。
四、牙轮钻机孔口降尘的改进措施
1、喷嘴装置的设计制作。使用φ20mm不锈钢管制成两个喷嘴装置，喷嘴加工成鸭嘴结构，根据安装位置确定喷嘴的固定方式与方向，通过焊接或螺纹连接固定在横管上，在其中一端或横管中部焊接软管接头，其余部分进行丝堵焊接，便于拆卸清理。制作两个三通用耐压胶管将喷嘴装置连接，另一端通过三通与压气管连接，在三通出口处连接直通式单向阀，接入带压力的水。
2、喷嘴装置试验。当具有一定压力的水顶开单向阀阀芯时，压力水进入连接单向阀的三通，此时操作压气管控制阀，使有压力的水通过管路进入喷嘴装置，在喷嘴内设置挡片以阻挡水，再从喷口以雾化及柱流形式喷出，粉尘与雾化水相遇凝结落下，以此减少降尘。
3、试验结果总结。在修复挡渣罩基础上，经多次改进与试验，孔口降尘达到了一定的目的，但离真正的雾化降尘还有一定的距离，对存在的缺陷和问题不断分析，逐步完善。使孔口排渣的使用能适应季节变化，逐步达到电控或智能控制水平，改善操作人员的工作环境，减少粉尘对设备与环境的影响。
总之，为保证牙轮钻机钻孔中产生的扬尘对环境造成的污染，影响作业人员的健康和设备的运行，当前钻机采用孔底湿式除尘法来解决存在的问题。但也有许多不利因素，钻具尤其是钻头的磨损速度加快，穿孔效率降低，研究制定出符合工作实际的方案和措施，并加以改进，在降尘达标基础上，发挥了穿孔效率，而且提高了钻头的使用寿命。
参考文献
[1]胡善文.浅谈对牙轮钻机技术改造的探索与研究[J].世界有色金属，2019（19）.
[2]李学军.牙轮钻机孔口降尘分析及研究改进措施[J].科技创新导报，2020（14）.