火力鑽機是利用火焰的高溫使岩石晶體產生熱應力而剝落形成炮孔的鑽孔機械。主要用於露天礦極堅硬的鐵燧岩(磁鐵石英岩)的鑽孔，特別適於在炮孔內不同位置鑽鑿不同孔徑的孔段和孔底掏藥壺。小型火力鑽具可用於花崗岩建材的切割、成形和精修，不能用於軟岩、低熔點岩石、彈性或熱分解後呈塑流的岩石。
基本介紹
- 中文名：火力鑽機
- 外文名：jetpiereer
- 分類：旋轉式、懸掛式和手持式
- 組成：鑽具、鑽架、燃料箱
- 最小孔徑：160mm
- 類型：鑽孔機械
發展概況,工作原理,分類,套用特點,
發展概況
1937年美國明尼蘇達州地下礦山首次使用由氧—乙炔焰燃燒溶解礦岩的鑽具，效果不佳；1947年出現以高溫、高速和高動量聯合作用的燃燒器，以剝落礦岩取代熔化礦岩；1948年製成第一台旋轉式火力鑽機，鑽鑿鐵燧岩效果良好，在20世紀50～60年代成為美國、蘇聯和加拿大等國露天礦鑽鑿極硬鐵燧岩的最主要機械。到70年代，被鑽進效率高、適應性廣的牙輪鑽機所取代。
在採礦工業發達的國家中，使用火力鑽機作為堅硬礦岩的穿孔設備之一，至今已有幾十年的歷史。火力鑽機按其燃燒器所使用的氧化劑來源不同又分為氧氣火鑽和壓氣火鑽。
以煤油（或柴油）做燃燒劑，以氧氣（純氧）做氧化劑的氧氣火鑽早在五十年代初期就已用於露天礦山穿鑿堅硬的含鐵石英岩。美國胡穆包爾特鐵礦1954年就全部使用JPM--1型氧氣火鑽。蘇聯南方採選公司1959年已採用氧氣火鑽。現在國外礦山定型使用的氧氣火鑽有JPM- 3， JPM-4 。早期生產的氧氣火鑽已被淘汰。
氧氣火鑽在堅硬的含鐵石英岩開採中作過重大貢獻，曾占絕對統治地位。但是氧氣火鑽存在著嚴重致命的缺點:
1、氧氣消耗量極大。1967年美國最大的燃燒器每小時耗氧562公斤（相當標準氧氣瓶66瓶），柴油164公斤。氧氣占總穿孔成本一半左右。同時要求礦山建立制氧廠，氧氣的運輸使用複雜，生產管理不便。
2、氧氣火鑽對礦岩有一定的選擇性，不能穿所有礦岩。由於氧氣火鑽本身存在的間題，加之近年來牙輪鑽機及其鑽頭的迅速發展，因而使氧氣火鑽在含鐵石英岩中穿孔比例逐漸下降。1964年以前，美國、加拿大的含鐵石英岩中98%使用氧氣火鑽穿孔，到1968年比例已低於牙輪鑽，但目前仍在許多礦山使用。目前美國、蘇聯在堅硬含鐵石英岩中仍保持一定比例的氧氣火鑽，原因是在這類礦岩中，牙輪鑽、潛孔鑽現在的水平尚不能合適採用，以美國明塔克鐵礦為例，原設計用火鑽，但1967年投產全部改用牙輪鑽，1968年四台牙鑽，但1969年又增加一台火鑽，在堅硬的鐵迷岩中使用。
隨著氧氣火鑽大量使用和它暴露出的嚴重問題，這就限制它的繼續發展並逐漸為其它鑽機所淘汰，但是熱力穿孔又存在著許多優點，因此加拿大於59~60年對火鑽穿孔時岩石的物理機械性質和其機械破碎性質進行研究發現：當溫度870℃以下時岩石即破碎，而氧氣火鑽的溫度高達2500℃，遠遠超過岩石破碎所需要的溫度，而以壓縮空氣作氧化劑的壓氣火鑽火焰溫度是比較合適的（1600℃左右），它既保留了氧氣火鑽穿孔的特點，又大大地降低了穿孔成本。1960年12月加拿大林德公司設計了柴油消耗量為13.6公斤/時的壓氣小火鑽，經過6個月的試驗，使氣流速度達到了音速。1962年初製造了中型壓氣火鑽（柴油消耗45.4公斤/時），年底在克維別克和奧恩達里兩露天礦進行試驗，穿孔深度6米，取得了良好成績。1963年該公司設計製造了JPAM-100大型壓氣火鑽，柴油消耗114公斤/時。穿孔直徑可由140毫米擴大到610毫米，孔深18米。
工作原理
氧化劑（純氧、空氣、二者混合物或硝酸）經旋流裝置產生的渦流在燃燒器內與經噴嘴霧化的燃油混合燃燒，噴出高溫（1600～3000℃）、高速（1100～1800m/s）火焰，使孔底岩石表面晶體驟然膨脹而剝落和破碎，燃燒尾流吹出岩碴，孔底露出新表面，從而不斷形成炮孔（見下圖）。以硝酸作氧化劑可使鑽速提高3倍以上，但是排出的岩碴和煙霧對工作區內人員的健康有害。岩石的剝落性與礦岩的導熱性和膨脹率成正比，與礦岩的抗壓強度成反比。
分類
按結構形式分為旋轉式、懸掛式和手持式：
（1）旋轉式火鑽由鑽具、鑽架、燃料箱及泵送系統、履帶行走底盤和操縱系統組成。工作機構鑽具包括主鑽桿、上端的電動旋轉裝置及接頭、下端的加長鑽桿、集流管、噴嘴、燃燒器和擴孔器。氧氣、燃油和水用軟管送至旋轉接頭，經主鑽桿內的分立管道送至下端的燃燒器內。這種鑽機鑽鑿的最小孔徑為160mm。在鐵燧岩和花崗岩中鑽鑿孔徑為240mm的孔時，鑽速分別為3.5～5m/h和6～18m/h，耗油量為136L/h。
（2）懸掛式火鑽是在鋼繩衝擊鑽機的鑽架上用衝擊鋼繩懸吊火力鑽具製成。鑽管不旋轉，每分鐘上下振動45次，振幅108mm。在鑽進過程中，藉助重力下放鑽具，保持鑽頭與孔底有適當距離。最小鑽孔直徑為127mm，最大深度可達67m。在鐵燧岩和花崗岩中鑽鑿孔徑為200mm的孔時，鑽速分別為1.7～6m/h和6.7～10m/h。
（3）手持式火鑽重9.5kg，鑽具後部設有流量控制閥，在燃燒器端部裝有可調擋板，保護鑽工免受孔內噴出的氣流和岩碴的傷害。可鑽孔徑為30～51mm，能從岩層上切下3～30m長、10m寬和64～76mm厚的板材。
套用特點
火力鑽機的主要優點是，在某些極硬而又磨蝕性強的岩石中，其鑽孔速度比牙輪鑽機高，而費用又比牙輪鑽機低。另外，它還可進行擴孔作業，以形成多種形狀的炮孔內腔，從而可把炸藥集中裝在最適當的部位，以改善爆破效果。在石英含量高的極堅硬岩石中，火鑽的熱應力作用發揮得最好。因此，美國一些開採鐵燧石的礦山，多採用火鑽，如明塔克鐵礦年產鐵燧石1500萬噸，僅用4台JPM-4型火鑽進行穿孔作業。但是，對於氧化礦物、裂隙發育的岩石以及粘土含量超過2—4%的岩石，火鑽是難以勝任的。可見，鑽孔費用高，適用岩性不廣，是火鑽的兩個主要缺點。所以，隨著其他鑽孔技術的發展，火鑽的利用範圍逐漸縮小， 目前只有個別礦山仍在使用。
