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旋挖钻机入岩钻进中,设备的扭矩和加阻力或者加压方式在岩石上的彰显利用钻杆传递的,钻杆在主机能力及对岩石作用方法释放起至关重要的意义。为了确保对岩石的冲击作用,操作人员需要调节加压设备壳体进行增压、减压、浮动的循环操作,以岩石受到冲击。如果这些脉冲式的加阻力释放过程中被构造韧性变形吸收,岩石就得不到有效的冲击。本次试验中为单节钻杆,这有利于传递可控钻压,图二为有效的入岩加压方式,压力在大小循环中似乎利用多层杆的释放下降,多层钻杆传递压力方式问题需重点考虑,钻杆层数越少越有利于钻机对岩石冲击作用的产生,在多层钻杆未完全伸出时,钻杆缓冲弹簧刚性越大越有利于脉冲钻压的释放。脉冲钻压峰值点过大的钻压会使钻杆局部出现失稳变形或因失稳某一局部反复承受径向交变载荷发生疲劳开裂。因此,钻杆管体要双层,以提高侧向变形抗力;材料刚性加强,以提高在交变载荷下疲劳能力。

入岩作业中钻头必须获得重点关注:

在岩石的物理特性中,抗压能力超强,抗拉伸、剪切、弯曲能力差得多,而地下开挖作业机具受作业空间限制很难直接对岩石进行直接的拉伸、剪切、弯曲。这就必须利用钻头将系统提供的阻力和扭矩转换为对岩石的拉伸、剪切、弯曲。要钻头有效钻进岩层,应从以下5个方面应对困境

1钻头结构与布齿旋挖钻机机手教育旋挖钻机入岩能力和加压模式的应满足那些基本要求

钻头结构与布齿决定钻出什么颜色的自由面、自由面的大小、自由面多少。从下图四、图五可以看出,钻头前期钻进为初期钻进提供了自由面。

先期钻进的钻头为下一个钻进的钻孔制造了岩石碎裂的自由面。岩体受力后,无束缚的自由面为小岩块运行提供了空间,从图四看刀具上的压力转换成剪切力、拉伸力或截面,岩体在这种力的特点下从大岩体剥离。两种以上的钻头交替作业相互提供自由面(如图六),使钻进能力大大提高,从而提升了破岩能力,降低了对硬件过大的容量需求。对入岩而言,不同的岩层性质有针对性地配用钻头,钻头的构造、钻头上工具圆形(截齿、斗齿等)和布置(疏密、空间维度)要按照岩体硬度、节理的发育程度、节理的倾斜角、孔隙比、结构尺寸、岩体抗剪强度的内聚力和摩擦角等岩石性质针对性设置,万能作业钻头是不存在的。

2岩屑的运动

岩屑对钻头在孔内冲出影响意义,岩屑的压力小,设备效率用来合理功。用螺旋钻头、嵌岩筒钻、捞渣斗等钻头配合钻孔中,一般采用螺旋输送方法输送和激发渣屑运动和排出。渣屑流动通畅的钻头钻进较方便

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3齿的失效形式旋挖钻机机手教育旋挖钻机入岩能力和加压模式的应满足那些基本要求

齿是直接意义于岩石的工具,在选用中主要失效模式具体有四种:其一,摩擦热过大,齿与岩层接触面逐层软化(甚至凝固)被岩石挤压、摩擦产生流动;其二,耐磨性差;其三,一个钻头上此外作业的钻齿少而超负荷作业;其四,冲击载荷过大断齿。其它也有硬质合金过软、硬质合金与胎体焊接不合格等。过热软化而失效的截齿属于胎体材料热强性差;胎体上产生大的犁沟,说明胎体硬度远高于磨料硬度;硬质合金出现可见的犁沟,为硬质合金太软;硬质合金脱落问题焊接品质差;少数齿超负荷作业为钻孔布齿不规矩。目前,齿失效最大原因是齿质量差,首先是专业工厂制造的截齿在行业占有率低,非专业厂商几乎知道怎么性能的齿迎合使用规定;其次,用户齿时图便宜,不考量性价比。

4几种钻头的配合使用

几种钻头的配合使用的初衷源于交互提供易于岩石破碎的自由面,将岩石破碎后,再破碎了的岩石取出。这就涉及二个问题,第一,钻头的构架交互提供易于岩石破碎的自由面的可能性;第二,每种钻具钻进深度的掌握。用旋挖钻头入岩常用的钻头配合方式合适硬岩(15≤Ra≤200MPa)的特性:锥螺旋钻头+嵌岩筒钻+硬岩捞砂斗+其它器具(如大块打捞钻头)和适合软岩(5≤Ra≤20MPa)的模式:平头螺旋钻头+硬岩捞砂斗。还有旋挖钻机配反循环工法和旋挖钻机配大内径气动潜孔锤工法等,但这二种工法均不能体现旋挖钻机的特点,在此不多说明。

5如何捞取大块岩石

用钻杆带钻头直接捞取孔内塌陷整块石是旋挖工法中捞取大块岩石的最有效办法。操作者要感受大块岩石已经从岩体上断裂,大块岩石从岩石脱落后需要按照岩石的特点判断是破碎后捞渣也是整体打捞。现在行业缺乏从孔内总体打捞大块岩石工具。但需要应对在深孔捞取大块岩石问题,大块岩石不能捞出钻进就能够持续进行。

必须力求减少因振动产生组件脱落事件出现

在“入岩旋挖钻机主机符合几乎条件”中提出系统振动的机理,振动影响如下:

①设备构造震动作用下应力循环加快,结构发生过度疲劳失效。旋挖钻机机手教育旋挖钻机入岩能力和加压模式的应满足那些基本要求

②因为振动方向的不确定性,钻机结构受载更为复杂,在构造内部产生过多的三轴力,设备更容易被破坏。

③由于振动的激励、叠加和损伤这些构造从受静荷载变为动载荷,而且大多为冲击载荷,对系统阐述了更高的提出

④加速了组织缺失的发育和成长,如焊接微裂纹和热影响区硬化区软化区的过渡层、材料的外部瑕疵、热处理微缺陷等就会从振动中吸收能量获得发育和成长等。

为了避免因振动产生组件脱落事件出现,应从以下几点设计生长适宜入岩旋挖钻机:

①从动载和疲劳的视角判断结构可靠性。旋挖钻机机手教育旋挖钻机入岩能力和加压模式的应满足那些基本要求

②严格选取材料,选用合适制做工艺并明确执行。

③减少容易在振动中失效结构(如:螺接)的应用。

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作者: wenchaoa

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