钻孔灌浆机具技术应用探讨Word文档下载推荐.docx
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制造商
XY-1A
180
150
90~75
140~1010
11
500
北京探矿机械厂
XY-1
100
75~110
142~570
8.8
DK-150
36~59
0-360
135~1289
7.5
600
XY-2
300
56~300
0-90
65~1172
22
950
重庆探矿机械厂
XY-2PC
56~150
81~1190
650
GX-ITD
75~150
90~600
GX-50
99~378
360
SGZ-1A
0~360
95~1000
690
杭州钻机制造厂
SGZ-ⅢA
75~130
129~1200
18.5
920
HXY-1
48~150
145~600
合肥探矿机械厂
GXY-1A
200
46~150
61~654
无锡探矿机械厂
HT-150A
56~110
83~854
380
衡阳探矿机械厂
HY-1A
50~110
750
注:
主机重量有的不含动力机,有的包含。
1.2.2冲击回转式钻机
冲击回转式钻机是以回转式钻机为基础,在钻头上部连接一个专门的冲击器(也称潜孔锤),在钻进中钻机提供一定的轴向压力和回转力矩,冲击器给钻具一定频率的冲击能量,在孔底以冲击和回转切削的共同作用破岩钻进的一种机械。
按使用动力的不同,常用的冲击器有风动式和液动式。
与回转钻进相比,它钻孔速度快,机动灵活,钻孔费用较低。
冲击回转式钻机的种类较多,灌浆工程中常用的型号及其性能见表2-3-2。
表2-3-2部分冲击回转钻机型号及性能表
转速(r/min)
QDG-2-1
50
120~300
120
15~132
30
3700
GZ-150
80
73~150
0~90
10~144
37
2000
QDG-1
25
150~200
20~90
25~130
1000
DK-150
135~1290
北京风动机械厂
MGJ-50
60
50~70
0~180
26~48
720
MGY-100
100~200
20~110
6~162
3000
MD-30
65~130
11~118
15
MD-50
110~150
-10~90
20~167
590
MD-100
110~200
11~212
3460
JMZ-150
30~50
80~150
-10~90
山东地质探矿机械厂
MK-2
75
0~90
10~155
550
煤科院西安钻探研究所
MK-4
10~300
1100
SM系列
60~315
0~463
9000~10500
意大利soilmec
Klemm802系列
254
80.5~114
8500~21000
德国宝峨公司
Mustang系列
★
30~100
阿特拉斯-柯普柯
1.2.3冲击式钻机
冲击式钻机(凿岩机)在灌浆工程中多用于回填灌浆、固结(浅孔)灌浆和衔接帷幕灌浆的钻孔。
虽然冲击钻机的钎杆也须作回转运动,但这种转动并不是在打击钎杆时发生,钎头刃在冲击破碎岩石时并不转动,是一种纯冲击式钻机。
在施工中常用的冲击钻机有手提式凿岩机、气腿式凿岩机(轻型、重型)等。
1.3钻具
钻具即钻进工具,它由主动钻杆、钻杆、钻铤、岩芯管、沉淀管、各种连接接头、接箍以及钻头组成。
这里主要介绍几种常用的钻头和扩孔器。
1.3.1硬质合金钻头
硬质合金钻头的结构要素有钻头体、切削具出刃、切削具镶焊角、切削具在钻头底面的排布、切削具在钻头上的数目、钻头的水口和水槽等。
硬质合金钻头适合于7级以下硬度的岩石中钻孔,有较高的钻进效率。
与钻粒钻头相比,它具有钻进时钻机平稳,成本低,孔壁圆整,不受钻孔方向的限制等优点,但在坚硬岩石中钻进效率不高。
常用硬质合金钻头的结构型式及主要参数见表2-3-3。
(1)阶梯肋骨钻头。
阶梯肋骨钻头是用T105型硬合金切削具焊接而成的,其特点是肋骨片较厚、水口宽、钻进时孔底呈阶梯状。
可钻进3~5级岩层。
如页岩、砂页岩和胶结不紧密的砂岩等。
其结构型式见图2-3-2。
表2-3-3常用硬质合金钻头的型式及主要参数
钻头结构
型式
钻头直径
主要尺寸(mm)
肋骨数
硬合金数(粒)
备注
D
D1
d
C
阶梯肋骨钻头
152/112
130
116
10
4
14
参见图2-3-1
132/92
110
96
112/73
91
77
9.5
12
93/57
61
8
77/42
46
单双粒
钻头
154/131
142.5
135
—
18
参见图2-3-2
134/112
123
12~18
114/92
103
95/73
84
9
79/57
68
59
56
49
42
6
内外镶合金钻头
152/133
10~12
参见图2-3-3
132/114
112/94
93/75
6~8
75/59
58/40
三八连续掏槽式合金钻头
94/74
4组(12)
参见图2-3-4
78/58
3组(9)
59/39
2组(6)
扭方柱硬合金钻头
113/93
参见图2-3-5
6~9
品字形硬合金钻头
114/93
5组(15)
参见图2-3-6
95/74
79/58
全断面
矛式合金
114
参见图2-3-7
95
79
翼片钻头
结构型式和主要尺寸参见图2-3-7和表2-3-4
取芯钻头的钻头直径表示方法是以分子表示包括出刃的外径,以分母表示包括出刃的内径。
通常所称“钻头直径”是指不包括合金出刃的钻头最大外径(D)。
全断面钻头的直径是指包括合金出刃的钻头最大外径。
图2-3-2阶梯式肋骨钻头
(2)内外镶硬合金钻头。
内外镶硬合金钻头镶有T313型硬质合金,在较坚硬地层也可镶T105切削具,可斜镶也可直镶。
适用于3~5级岩层,如均质石灰岩、大理石、较松散的砂岩及页岩等,也可镶T110型合金,用以钻进5~7级和部分8级不均质岩层,如长兴灰岩、硅化灰岩和凝灰岩等。
其结构型式见图2-3-3。
图2-3-3内外镶硬合金钻头
(3)三八式硬合金钻头。
也称三八连续掏槽式硬合金钻头,这种钻头把T105、T107、T110型小、中、大八角柱状硬质合金切削具顺序排成一组,产生连续掏槽,扩槽的破岩作用,耐磨性较高,适用于5~7级多裂隙地层。
其结构型式见图2-3-4。
图2-3-4三八式硬合金钻头
(4)扭方柱硬质合金钻头。
也称“负前角阶梯钻头”,该钻头镶T130型硬质合金,方柱切削具扭转45°
,分内、中、外三环分布。
并把切削具成10~15°
负前角斜镶。
三环的底出刃不同,成阶梯状。
其特点是能承受较大的轴向压力,不易崩刃,可钻进5~7级及部分8级中硬岩层。
特别适用于钻进研磨性大,均匀性差的岩层,如辉长岩、玄武岩、砂岩、风化的辉绿岩、闪长岩、矽嘎岩、硅化的页岩和石灰岩等。
其结构型式见图2-3-5。
图2-3-5扭方柱硬合金钻头
(5)矛式钻头。
矛式钻头是一种不取芯、全断面硬质合金钻头,钻头主翼片呈锥形,侧翼片较短,起扩孔保径作用,镶T310型硬质合金切削具。
钻头中间有一个φ27mm的水眼,为增大水流速度,可制成φ14mm的收敛式水眼,形成强力冲洗。
适用于钻进2~4级红色黏土,疏松砂岩及塑性强的地层。
其结构型式见图2-3-6。
图2-3-6矛式钻头
(6)三翼片阶梯硬质合金钻头。
翼片阶梯硬质合金钻头体的形状呈炮弹形,可用普通钻粒钻头改制,翼片用15mm厚钢板制成阶梯形,在翼片边缘镶S306型硬质合金。
这种钻头适用于钻进3~4级页岩,部分5级砂页岩及灰岩,是适于强力规程的一种钻头。
其结构型式见图2-3-7,规格尺寸见表2-3-4。
图2-3-7三翼片合金钻头
表2-3-4三翼阶梯式硬质合金钻头尺寸单位mm
钻头直径(mm)
D2
D3
R
L1
L2
134
94
58
70
90
86
62
55
170
71
67
43
160
51
27
66
40
45
1.3.2金刚石钻头
(1)金刚石钻头与扩孔器
金刚石钻头具有钻进效率高,钢材消耗少等优点。
它不受岩石硬度、钻孔方向的限制。
金刚石钻头与扩孔器可分为表镶或孕镶两种方式,这里主要介绍的是孕镶金刚石钻头与扩孔器。
根据地矿标准,孕镶金刚石钻头和扩孔器的规格分别见表2-3-5、表2-3-6及图2-3-8、图2-3-9、图2-3-10、图2-3-11。
表2-3-5金刚石钻头尺寸表单位:
mm
类型
规格
+0.5
+0.3
+0.1
-0.1
d1
-0.05
-0.10
d2
d3
+0.2
d4
d0
水口(个)
单
管
钻
头
φ46
44
29
39
37.5
32
34.5
3~6
φ56
54
47.5
44.5
47
4~12
φ66
64
57.5
52
54.5
57
6~14
φ76
76
74
69
67.5
64.5
8~16
双
φ36
36
35
21.5
31
29.5
32.5
2~4
41
39.5
42.5
49.5
65
59.5
69.5
72
图2-3-8单管金刚石钻头结构图
图2-3-9双管金刚石钻头结构图
表2-3-6金刚石扩孔器尺寸表单位:
d1ˊ
+0.05
d2ˊ
扩
孔
器
46.5
31.5
56.5
41.5
66.5
51.5
76.5
61.5
36.5
26
图2-3-10单管金刚石扩孔器结构图
图2-3-11双管金刚石扩孔器结构图
(2)金刚石取芯钻具
灌浆工程先导孔和检查孔常常需要采取岩芯,合理地选择和使用取芯钻具是提高岩芯采取率的重要条件。
常用的有单管取芯钻具、单动双管取芯钻具,较特殊的有三层岩芯管取芯钻具、喷射式孔底反循环取芯钻具等。
①单管取芯钻具(图2-3-12)它构造简单,制造容易,操作方便。
钻具强度大,使用费用低。
在完整、均质的岩层,或对取芯要求不很高的情况下使用。
图2-3-12单管取芯钻具
1-钻头;
2-卡簧;
3-扩孔器;
4-岩芯管
②单动双管取芯钻具(图2-3-13)这种钻具的内管接头与外管接头之间设有轴承组,可使内管不随钻杆转动,岩芯进入内管后能保持相对静止,也不受循环液冲洗,因此取芯率高。
使用单动双管取芯钻具能提高钻速和回次长度,降低金刚石消耗,延长钻头使用寿命。
单动双管取芯钻具可在节理、片理、裂隙发育和软硬互层的地层中使用,是金刚石钻进中常用和主要的配套工具之一。
图2-3-13单动双管取芯钻具
1-分水接头;
2-轴;
3-挂管接头;
4-单动钢球;
5-四用接头;
6-球阀;
7-球阀座;
8-外管;
9-内管;
10-内管短接;
11-扩孔器;
12-卡簧座;
13-卡簧;
14-钻头
③三层岩芯管取芯钻具(图2-3-14)在某些粉状岩层、遇水溶解地层、胶结不好的土层或对岩芯品质要求很高的情况下,要在内管中设置第三层管,以便更好地保护岩芯。
第三层管有两种类型:
一种是塑料管(低压聚乙烯管),另一种是金属半合管。
钻进时岩芯进入第三层管中,当装满岩芯的内管总成取出后,卸去两端的连接件,有内管中取出第三层管。
若是塑料管则用刀将其切开,若是半合管则将其分开即可取出满足要求的岩芯。
由于设置了第三层管,钻头内径将减小3mm左右。
图2-3-14三层岩芯管取芯钻具
1-短内管;
2-内管接头;
3-钢球;
4-内管;
5-外管;
6-三层管;
7-扩孔器;
8-超前取样器;
9-扶正器;
10-钻头
④喷射式孔底反循环钻具(图2-3-15)这种钻具分为弯管型和分水接头型两种形式。
其工作原理是冲洗液在泵压作用下由钻杆流至喷嘴喷出,经由称承喷装置进入弯管或分水接头,再流至钻具外的环状间隙,向上返出或向下流动。
由于高速射流的作用,喷嘴附近形成负压,导致岩芯管中所存冲洗液被吸附流进承喷装置混合、流出,从而形成孔底反循环。
喷射式孔底反循环钻具在硬、脆、碎地层中钻进,取芯可靠,采取率高,同时由于孔内清洁,能大大减少卡、埋钻事故。
图2-3-15喷射式孔底反循环钻具
a-弯管型喷射式孔底反循环双动双管钻具:
1-导正管;
2-喷嘴接头;
3-喷嘴;
4-扩散管;
6-连接管;
7-弯管;
8-接箍;
9-异径接头;
10-内管
b-分水接头型喷射式孔底反循环单管钻具:
5-垫圈;
7-分水接头;
8-岩芯管
1.3.3钻粒钻头
由于人造金刚石的应用,金刚石钻进工艺发展迅速,钻粒钻进的应用大大缩小。
钻粒钻头标准系列有φ75、φ91、φ110、φ130、φ150五种规格。
其结构尺寸见表2-3-7及图2-3-16。
钻进效率的高低,钻头水口起主要作用,常用的钻头水口形状有单弧形、双弧形、单斜边、双斜边、斜梯形等。
表2-3-7钻粒钻头尺寸表单位:
b
重量(kg)
φ75
68-12
66.5-12
78
6.3
φ91
73
84-14
82.5-14
82
172
7.8
φ110
103-14
101.5-14
101
115
161
10.9
φ130
122-16
120.5-16
136
157
12.7
φ150
141-16
139.5-16
139
153
15.3
图2-3-16钻粒钻头结构图
1.3.4冲击器
按动力方式,冲击器可分为液动冲击器、风动冲击器(潜孔锤)和机械作用式冲击器。
前两种用得较多。
(1)风动冲击器(潜孔锤)
潜孔锤是在孔底做功的冲击器。
分为阀式和无阀式两种型式,无阀式冲击器对风压要求较低,零件使用寿命长,适应性强,较多采用。
潜孔锤由配气装置、活塞、气缸、外套和一些附属零件组成。
无阀式冲击器的结构形式见图2-3-17。
目前我国主要风动工具厂都能生产不同型号、性能和规格的无阀冲击器,其主要类型与技术参数见表2-3-8。
潜孔锤钻头一般有柱齿状或球齿状钻头,其型号有φ80、φ90、φ96、φ100、φ200、φ250等。
图2-3-17无阀气动潜孔锤结构示例图
1-上接头;
2-密封圈;
3-弹簧;
4-止逆阀;
5-垫圈;
6-密封垫圈;
7-进气座;
8-内缸;
9-外缸;
10-喷嘴;
11-活塞;
12-隔套;
13-导向套;
14-圆键;
15-下接头;
16-钻头
表2-3-8部分潜孔锤的型号与技术参数
型号
钻孔直径
外径
风压
(MPa)
耗风量
(m3/min)
频率
(Hz)
冲击功
(kg·
m)
CIR65
0.5~1.2
2.5~5.1
3.8~9.1
CIR80
89
4.5~8.1
6.4~15.3
CIR90
95、100
5.0~9.2
14.0
7.9~19
CIR110
110、120
7.9~14.9
12.8~30.6
CIR150
155
0.5~0.7
15.9
13.3
24.7~59.4
CIR170
175
156
16.8
31.9~76.5
J-100B
105~115
0.4~0.7
14.5
J-150B
150~160
14.2
33
WC-85
95~120
85
0.5
18~22
10~16
8~12
WC-150
165
142
5~7.5
19~22.7
DH
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