试验表明,射流辅助能够降低切割头的切削阻力,采用压力约40MPa的射流在切割过程中直接引向试验时所用翼状钻头的前缘,测得的钻削阻力平均值和峰值降低了一半左右。 由于钻削阻力的减小和射流的冲刷对钻头的及时冷却,钻削速度可以提高。 普通碳化鸽合金钻头切割时温度极高,为避免过度磨损,切割速度往往不超过lm/s。 采用多晶宝石烧结钻头切割时也遇到了烧结的薄宝石层在高温(小于600°C,远低于碳化鸽钻头切割温度)下碳化的问题。 试验表明,射流可 以显著降低钻头温度,从而极大地降低了钻头的磨损,截齿寿命增加了 几乎一个数量级。 此时,可以增大进刀速度和切削深度(进给量)使切削速度得到大大的增加。射流技术的发展为射流切割岩石带来了新的前景。 使用压力 276MPa、流量27L/min、功率155kW机组进行商业化采石,设置一次,可切出深6. lm、长6. 5m 、宽5~6. 3cm 的切缝。 磨料射流是另一个新发展,它大大地提高了切割效率,试验表明(18),磨料喷头的结构对切割性能影响很大。 试验采用引射型磨料喷头,水喷嘴直径0. 35mm,磨料 喷嘴直径1.65mm,水射流压力分别为138MPa、207MPa和275MPa, 喷头移动速度为O. 5m/min。 试样为白云石。 采用S70铁屑磨料(平均粒径O. 3mm),流量840g/min进行的试验,它给出 了不同压力下磨料喷嘴长度对切割深度的影响。 磨料射流切割性能与 磨料颗粒速度密切相关。 当水射流压力较低时,水射流速度也低,只需较短的喷嘴长度,磨料颗粒即可被加速到水流的速度,长度过长反而由 于磨料颗粒之间碰撞次数增多而导致能量损失,造成射流切割效率的 下降;与此相反,当水射流压力高且速度大时,磨料颗粒的加速距离大,较长的喷嘴长度可使磨料颗粒充分加速,带来切割效率的提高。 不同压力下磨料喷嘴直径对切割性能的影响。
近年来,新的破岩方法不断出现。我国研究人员使用压力350MPa、流量8L/mm、功率55kW的机组,喷嘴直径0.12~0. 2mm的 双喷嘴钻头,以260MPa压力、80r/min钻杆旋转速度在岩石上打深 80mm、直径30mm的孔,然后向孔内注射低压水并用封压设备保 压[l9)。试验表明,破岩效率有了较大提高,这是由千岩石中存在的宏观和微观裂隙造成应力集中,较低的水压即可在裂隙中形成水模,扩大了破岩面积。 德国研究的岩石方向性切割方法,先用常规方法在岩石 中打一深孔,然后用特制喷枪在该孔孔壁上按预选的破裂方向用压力大千200MPa的超高压射流开槽,最后把高压水引入孔内,经短暂时间保压后即可按预先设定的方向使岩石破裂成块。 破裂过程中,射流压 力作用的有效分裂面不断扩大,可达孔面积的10倍。 在维持射流压力 不变的情况下,破碎岩石的力得到了相应的放大,效率较高,特别适合于开采石板材荒料,所需荒料轮廓的精确程度可由孔排保证。
射流切割岩石时产生的粉尘和摩擦火花少,使其特别适合在密闭环境,如地下开采岩石。 粉尘的减少改善了工作环境,摩擦火花的减少使得采煤时引发瓦斯爆炸的可能性大大减小。 意大利公司研制的射流辅助宝石线锯切割大理石机组,压力210~220MPa、流量18L/min、功率95kW,可在不开采巷道的情况下直接在岩面上切下成型的石板材 (岩石硬度不超过f9)。 它的切割喷头安装在支架上,可沿垂直、水平 和倾斜三个方向运动,从而切出不同的切缝。 工作时,首先由射流在岩 石内切割水平和垂直的切缝,然后用宝石线锯从岩块后部将岩块切下, 与岩体分离。 射流切水平缝时速度达到2. 54m2 /h ,深度可达3. 6m;切垂直缝时速度达到1. 66m2 /h,深度可达6m 0 平均速度达2. lm2 /h。 一个喷嘴可切100m2 岩缝,每平方米切缝耗能50kW,比目前常用钻孔 爆炸和火焰切割技术优越得多。