鉆孔灌漿設(shè)備管理培訓(xùn)(DOCX 39頁).doc

第二章 鉆孔灌漿設(shè)備第一節(jié) 鉆孔設(shè)備1 鉆孔設(shè)備的一般配置灌漿工程的鉆孔設(shè)備包括鉆機和鉆進工具。鉆進工具是指水龍頭以下與其連接組成的全套工具。不同的鉆進方法機具配置不完全相同。圖2.1-1為回轉(zhuǎn)式巖芯鉆機主要設(shè)備布置及鉆具結(jié)構(gòu)示意圖。本節(jié)介紹水利水電工程中常用的鉆機和主要鉆孔工具。（a） （b） （c） （d）圖2.1-1 回轉(zhuǎn)式巖芯鉆機主要設(shè)備布置及鉆具結(jié)構(gòu)示意圖a-金剛石鉆進的鉆具；b-硬質(zhì)合金鉆進的鉆具；c-全斷面鉆進的鉆具；d-鋼粒鉆進的鉆具；1-鉆機；2-動力機；3-水泵或泥漿泵；4-鉆塔；5-鋼絲繩；6-水龍頭；7-送水管；8-吸水管；9-水箱；10-主動鉆桿；11-套管；12-鉆桿接箍；13-鉆桿；14-鉆桿鎖接頭；15-沉淀管；16-沉淀管接頭；17-巖芯管；18-鉆里鉆頭；19-鉆鋌；20-鉆鋌接箍；21-鉆鋌鎖接頭；22-巖芯管接頭；23-擴孔器；24-金剛石鉆頭；25-全斷面鉆頭；26-硬質(zhì)合金鉆頭2 鉆機2.1鉆機的功能鉆機是造孔的專用設(shè)備，其基本功能是以機械動力帶動鉆機，以回轉(zhuǎn)、沖擊、振動或沖擊回轉(zhuǎn)等方式在地殼中鉆進成孔。2.2 鉆機的結(jié)構(gòu)原理目前，水利水電鉆探灌漿主要應(yīng)用油壓給進式立軸鉆機和轉(zhuǎn)盤鉆機。其基本組成可概括為“三大機構(gòu)”、“兩大系統(tǒng)”，即：回轉(zhuǎn)機構(gòu)、給進機構(gòu)、升降機構(gòu)；機械傳動系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)。2.2.1機械傳動系統(tǒng)機械傳動系統(tǒng)是將輸入的動力經(jīng)變速、變向、變矩分配給回轉(zhuǎn)、升降機構(gòu)。其作用有三：變速變矩；分配動力；改變運動形式和換向。該系統(tǒng)主要包括聯(lián)軸節(jié)、離合器、變速箱和分動箱。2.2.2 液壓傳動系統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)是利用油泵輸出的壓力油液驅(qū)動油馬達、油缸等液動機構(gòu)，以使立軸回轉(zhuǎn)和控制給進機構(gòu)、移動鉆機、松緊卡盤及擰卸鉆桿等。該系統(tǒng)主要包括：動力機構(gòu)、操縱機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)及輔助裝置。動力機構(gòu)油泵或稱能力轉(zhuǎn)換器，由它供給油路系統(tǒng)的壓力油，作為整個液壓系統(tǒng)工作的動力源。常用的油泵有齒輪泵、葉片泵與柱塞泵等。操縱機構(gòu)又稱控制、調(diào)節(jié)裝置。它包括：調(diào)整壓力的壓力閥（溢流閥、減壓閥等）；調(diào)節(jié)速度的節(jié)流閥；變換方向的換向閥等各種不同的閥類。執(zhí)行機構(gòu)又稱液動機，它包括實現(xiàn)往復(fù)運動的各種型式的油缸及旋轉(zhuǎn)運動的油馬達等。輔助裝置包括油箱、油管、油接頭、濾油器及控制儀表等。2.2.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)是回轉(zhuǎn)鉆具，帶動鉆頭破碎孔底巖石。油壓給進、機械傳動式鉆機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)有立軸式回轉(zhuǎn)器和轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)器。2.2.3.1立軸式回轉(zhuǎn)器的組成、結(jié)構(gòu)型式及特點立軸式回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)見圖2-1-2。它主要由箱體、變角裝置、橫軸、錐齒輪付、立軸導(dǎo)管、立軸及卡盤等組成。其中立軸與卡盤，除傳遞回轉(zhuǎn)運動外，還通過油缸與橫梁帶動鉆具上下運動。立軸式回轉(zhuǎn)器具有下列特點：（1）立軸式回轉(zhuǎn)器與給進系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上緊密聯(lián)系，構(gòu)成一個獨立的部件?；剞D(zhuǎn)和給進運動通過立軸與卡盤傳至鉆具。（2）回轉(zhuǎn)器的變角范圍大，導(dǎo)向性能好，適于鉆進任何傾角的鉆孔。圖2-1-2 立軸式回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)示意圖1橫軸（或半軸）；2主動傘齒輪；3軸承；4變速箱外殼；5變角裝置；6回轉(zhuǎn)器外殼；7軸承；8下壓蓋；9立軸導(dǎo)管； 10立軸； 11被動傘齒輪；12下卡盤；13上卡盤； 14橫梁； 15活塞桿； 16油缸； 17活塞。（3）立軸通孔較小，升降鉆具時，回轉(zhuǎn)器必須讓開孔口。讓開方式主要有后移式和開合式。（4）回轉(zhuǎn)器的錐齒輪傳動比較小。（5）回轉(zhuǎn)器本身不能擰卸鉆具，需另配擰管機。（6）回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求較高。2.2.3.2 轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)器的組成、結(jié)構(gòu)型式及特點轉(zhuǎn)盤就是轉(zhuǎn)盤式鉆機的回轉(zhuǎn)器。轉(zhuǎn)盤有兩種結(jié)構(gòu)型式：一種是心管定位式，另一種是殼體定位式。前者應(yīng)用較為廣泛。轉(zhuǎn)盤的組成和基本結(jié)構(gòu)見圖2-1-3。它由橫軸、錐齒輪付、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)柱、回轉(zhuǎn)梁、卡筒、心管及箱體和機座等組成。轉(zhuǎn)盤具有下列特點：圖2-1-3 轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖1鏈輪；2橫軸；3軸承；4軸頸；6軸承座；7主動錐齒輪；8軸承；9心管；10套軸；11從動錐齒輪；12轉(zhuǎn)盤；13轉(zhuǎn)柱；14回轉(zhuǎn)梁；15卡筒；16螺釘；17變速部分；18機座；19箱體。（1）轉(zhuǎn)盤直接安裝在孔口處的機座上，其重心低、強度大、穩(wěn)定性好。（2）錐齒輪付傳動比較大。（3）轉(zhuǎn)盤可以完成擰卸鉆具任務(wù)，不必另配擰管機。（4）一般轉(zhuǎn)盤通孔都較大，升降鉆具可不讓開孔口。（5）轉(zhuǎn)盤的變角范圍較小，一般為6090。（6）卡盤中心與轉(zhuǎn)盤中心的同心度很難保證。（7）轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)簡單，加工制造較方便。2.2.3.3 給進機構(gòu)給進機構(gòu)是調(diào)整破碎巖石所需要的軸向壓力和控制給進速度。目前，機械傳動式鉆機采用的給進機構(gòu)有油壓給進和手動機械給進兩類。手動機械給進機構(gòu)有手輪（把）給進、鋼繩給進、主動鉆桿給進與螺旋差動給進等形式。有的鉆機還具有雙重給進機構(gòu)，如XJ-100型鉆機既有手動給進機構(gòu)，又有蝸輪蝸桿齒筒式和機械給進機構(gòu)。液壓給進是一種先進的給進方式，通過操縱液壓控制閥，來調(diào)整軸向壓力和給進速度，實現(xiàn)加壓鉆進、減壓鉆進和快速倒桿。它除完成給進系統(tǒng)的功能外，還可完成松緊卡盤工作。2.2.3.4 升降機構(gòu)升降機構(gòu)是用以完成鉆具、套管和附屬工具的升降工作。升降機構(gòu)的主要工作件是升降機，它主要由傳動系統(tǒng)、卷筒和制動器組成。目前，常用的鉆機均采用行星輪系傳動式升降機，習(xí)慣稱游星式升降機。圖2-1-4 游星式升降機結(jié)構(gòu)示意圖1升降機軸；2升降機傳動齒輪；3中心輪Za；4游星輪軸；5游星輪Zg； 6內(nèi)齒圈Zb；7卷筒； 8提升抱閘； 9制動抱閘；10游星架（1）游星式升降機的結(jié)構(gòu)：我國鉆進絕大多數(shù)采用卷筒與內(nèi)齒圈固定的定軸輪系傳動型游星式升降機，其傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2-1-4。（2）游星式升降機的工作原理與操縱狀況：升降機工作原理示意圖見圖2-1-5。圖2-1-5 行星式升降機工作原理示意圖（a）提升 （b）制動 （c）下降1中心齒輪；2行星齒輪；3齒圈；4支架提升：升降機接受動力后，中心輪處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，扳下提升抱閘手把，同時松開制動抱閘，提升抱閘閘住，提升制圈及行星齒輪的支架等，此時，行星齒輪在中心齒輪帶動下只能自轉(zhuǎn)并帶動齒圈轉(zhuǎn)動，卷筒就纏繞鋼繩進行提升。制動：扳下制動抱閘、剎住下降制圈，同時松開提升抱閘，卷筒、內(nèi)齒圈被閘住不轉(zhuǎn)，鉆具停止升降。由于中心齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，故在齒圈及中心齒輪的影響下，行星齒輪構(gòu)成的“轉(zhuǎn)動體”轉(zhuǎn)動，行星齒輪既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動方向和速度是固定的。下降：提升和制動抱閘都處于松開狀態(tài)，在鉆具自重作用下，卷筒反轉(zhuǎn)，放松鋼絲繩，下降鉆具。2.3 鉆機的種類與選擇應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境、巖石性質(zhì)、鉆孔深度、鉆孔方向、鉆孔直徑和灌漿方法等因素選擇高效率的鉆孔方法和鉆機。2.3.1 回轉(zhuǎn)式鉆機回轉(zhuǎn)式鉆機是目前使用最多的一種鉆孔設(shè)備。按其回轉(zhuǎn)機構(gòu)的不同，回轉(zhuǎn)式鉆機分為立軸式、轉(zhuǎn)盤式和動力頭式三種。其中立軸式又分為手把式、液壓式、螺旋差動式和全液壓式四種。其中，立軸式液壓鉆機由于分檔較多，轉(zhuǎn)速高，機體較輕，操作簡便、能耗較低，是我國帷幕灌漿鉆孔的主要設(shè)備，這種鉆機按其鉆進能力分為100米、300米、500（600）米、1000米，即、四種規(guī)格，在灌漿工程中四種規(guī)格的鉆機都有應(yīng)用，但應(yīng)用較多的還是、型輕型鉆機。我國許多鉆探機械廠都能生產(chǎn)各種規(guī)格的不同型號的立軸式液壓鉆機，表2-1-1為部分國產(chǎn)鉆機型號和主要性能。我國一直也從國外進口一些回轉(zhuǎn)式鉆機，但數(shù)量不多，使用不很廣。表2-1-1 灌漿工程常用的部分回轉(zhuǎn)鉆機型號和規(guī)格性能鉆機型號鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）鉆孔傾角（）轉(zhuǎn)速（r/min）配備動力（kW）主機重量（kg）制造商XY-1A1801509075140101011500北京探礦機械廠XY-11007511090751425708.8500DK36013512897.5600XY-2300563000-9065117222950重慶探礦機械廠XY-2PC150561500-9081119011650GX-ITD150751500-909060011500GX-50100751500-90993787.5360SGZ-1A15075110036095100011690杭州鉆機制造廠SGZ-A300751300360129120018.5920HXY-1100481500-9014560011500合肥探礦機械廠GXY-1A200461500-3606165411650無錫探礦機械廠HT-150A1505611003608385411380衡陽探礦機械廠HY-1A10050110036014257011750注：主機重量有的不含動力機，有的包含。2.3.2 沖擊回轉(zhuǎn)式鉆機沖擊回轉(zhuǎn)式鉆機是以回轉(zhuǎn)式鉆機為基礎(chǔ)，在鉆頭上部連接一個專門的沖擊器（也稱潛孔錘），在鉆進中鉆機提供一定的軸向壓力和回轉(zhuǎn)力矩，沖擊器給鉆具一定頻率的沖擊能量，在孔底以沖擊和回轉(zhuǎn)切削的共同作用破巖鉆進的一種機械。按使用動力的不同，常用的沖擊器有風(fēng)動式和液動式。與回轉(zhuǎn)鉆進相比，它鉆孔速度快，機動靈活，鉆孔費用較低。沖擊回轉(zhuǎn)式鉆機的種類較多，灌漿工程中常用的型號及其性能見表2-1-2。表2-1-2 部分沖擊回轉(zhuǎn)鉆機型號及性能表鉆機型號鉆孔深度（m）鉆孔直徑（mm）鉆孔傾角（）轉(zhuǎn)速（r/min）配備動力（kW）主機重量（kg）制造商QDG-2-15012030012015132303700北京探礦機械廠GZ-150807315009010144372000QDG-125150200209025130111000DK1501003659036013512907.5300北京風(fēng)動機械廠 MGJ-506050700180264811720重慶探礦機械廠MGY-100100100200201106162373000MD-3050651300901111815無錫探礦機械廠MD-505011015010902016718.5590MD-10010011020009011212373460JMZ-150305080150-1090山東地質(zhì)探礦機械廠MK-27575090101557.5550煤科院西安鉆探研究所MK-42007509010300221100SM系列603150360046375110900010500意大利soilmecKlemm802系5114850021000德國寶峨公司Mustang系列30100阿特拉斯-柯普柯注：主機重量有的不含動力機，有的包含。2.3.3 沖擊式鉆機沖擊式鉆機（鑿巖機）在灌漿工程中多用于回填灌漿、固結(jié)（淺孔）灌漿和銜接帷幕灌漿的鉆孔。雖然沖擊鉆機的釬桿也須作回轉(zhuǎn)運動，但這種轉(zhuǎn)動并不是在打擊釬桿時發(fā)生，釬頭刃在沖擊破碎巖石時并不轉(zhuǎn)動，是一種純沖擊式鉆機。在施工中常用的沖擊鉆機有手提式鑿巖機、氣腿式鑿巖機（輕型、重型）等。2.4 鉆機的維護保養(yǎng)鉆機是鉆探灌漿的重要設(shè)備，只有通過正常的維護和保養(yǎng)，才能使鉆機延長使用壽命和保持良好的工作狀況。2.4.1 鉆機的維護2.4.1.1 開動前的檢查與維護（1）檢查變速箱、回轉(zhuǎn)器、減速箱、液壓油箱等的油量是否適當(dāng)。（2）檢查制動裝置、離合器、鎖緊裝置和分動機構(gòu)等的作用是否可靠，必要時進行調(diào)整。（3）在開車試運轉(zhuǎn)中，注意檢查儀表是否靈敏可靠。2.4.1.2 運轉(zhuǎn)中的操作與維護（1）掛檔變速前，先要扳開離合器。（2）操作離合器時，必須輕勻、平穩(wěn)。（3）使用卷揚機時，嚴(yán)禁將升降手把和制動手把同時閘緊。（4）在鉆進過程中，隨時注意軸承、齒輪傳動力等有無沖擊聲；溫度是否超過燙手溫度（60）。若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時處理。2.4.2 鉆機的保養(yǎng)鉆機的保養(yǎng)作業(yè)按以下要求進行。2.4.2.1 每班保養(yǎng)（1）將機器外表洗擦干凈，注意保持底座滑道、立軸、導(dǎo)向桿的滑動面清潔和良好的潤滑狀態(tài)。（2）緊固外表所有起固定作用的螺釘、螺帽和保險銷。（3）按照要求向需要潤滑部位和油嘴加注適量的機油或黃油。（4）檢查各密封部位有無漏油現(xiàn)象，如有，立即消除。（5）檢查皮帶的松緊是否合適，有無損傷。（6）檢查各齒輪箱和壓力油箱的油位，必要時加添油液。（7）消除機器在本班內(nèi)發(fā)生的一切故障。2.4.2.2 每周保養(yǎng)（1）徹底進行每班保養(yǎng)所規(guī)定的各項作業(yè)。（2）檢查立軸箱或轉(zhuǎn)盤箱的油量是否適當(dāng)，進行必要的加添。（3）檢查卡盤有無松動和損傷，將卡盤上蓋卸開，將卡盤外露部分擦拭干凈，并注入黃油。（4）檢查摩擦離合器、升降機的制帶的作用是否可靠，清除制帶上的泥、油等臟物，并進行必要的修整。（5）檢查手動油泵的作用是否可靠。2.4.2.3 每月保養(yǎng)（1）徹底進行每周保養(yǎng)所規(guī)定的各項作業(yè)。（2）清洗液壓油箱和過濾器。檢查液壓油是否清潔，有無變質(zhì)，必要時應(yīng)予更換。（3）檢查傳動變速箱、立軸箱或轉(zhuǎn)盤箱、離合器油泵傳動齒輪箱中油料是否清潔，必要時應(yīng)予更換。（4）對所有采用潤滑油潤滑的部位，普遍加上足夠的潤滑油。（5）檢查離合器、傳動變速箱、回轉(zhuǎn)器（或轉(zhuǎn)盤）、橫梁卡盤、升降機等主要部件的技術(shù)狀況，如有損傷應(yīng)進行修理或更換。2.4.3 鉆機檢修機械檢修工作十分重要，生產(chǎn)單位要合理安排，把工作和檢修有機結(jié)合起來，鉆機檢修周期參見表2-1-3。表2-1-3 鉆機檢修周期表類別間隙時間（運轉(zhuǎn)小時）檢修要求檢查和修理內(nèi)容小修356400檢查調(diào)整更換機油，緊固各部位連接螺栓。調(diào)整鏈條和三角皮帶的松緊程度，壓緊圓錐滾動軸承的透蓋。檢查并調(diào)整轉(zhuǎn)盤大小傘齒輪背帽的松緊程度，個別銷鍵的更換。中修15002000主要零部件的拆檢達到運轉(zhuǎn)圓滑，溫度正常，減少晃動和噪音拆洗離合器，修圓制帶，修換銷鍵，主要易損零件（如軸、齒輪、軸承的修換）大修50006000全面檢查修理、恢復(fù)設(shè)計制造的技術(shù)性能機體磨損部分的焊補鏜孔，主要零部件的修換，校正機架，鉚接制帶，整釘銘牌，外表噴漆。3鉆具鉆具即鉆進工具，它由主動鉆桿、鉆桿、鉆鋌、巖芯管、沉淀管、各種連接接頭、接箍以及鉆頭組成。這里主要介紹幾種常用的鉆頭和擴孔器。3.1 硬質(zhì)合金鉆頭硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)要素有鉆頭體、切削具出刃、切削具鑲焊角、切削具在鉆頭底面的排布、切削具在鉆頭上的數(shù)目、鉆頭的水口和水槽等。硬質(zhì)合金鉆頭適合于7級以下硬度的巖石中鉆孔，有較高的鉆進效率。與鉆粒鉆頭相比，它具有鉆進時鉆機平穩(wěn)，成本低，孔壁圓整，不受鉆孔方向的限制等優(yōu)點，但在堅硬巖石中鉆進效率不高。常用硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)見表2-1-4。表2-1-4 常用硬質(zhì)合金鉆頭的型式及主要參數(shù)鉆 頭結(jié)構(gòu)型式鉆頭直徑（mm）主要尺寸（mm）肋骨數(shù)硬合金數(shù)（粒）備 注DD1dC階 梯肋骨鉆頭152/11215013011610414132/921301109610414112/7311091779.541293/57917561841277/427560467.5410單雙粒鉆 頭154/131150142.513518134/1121301231161218114/92110103961295/73918477979/577568619595649426內(nèi)外鑲合金鉆頭152/1331501351012132/11413011610112/9411096893/7591776875/597561658/4056424三八連續(xù)掏槽式合金鉆頭94/7491774組(12)78/5875613組(9)59/3956422組(6)扭方柱硬合金鉆頭113/9311010396994/749184776978/58756861659/395649424品字形硬合金鉆頭114/93110103965組(15)95/749184774組(12)79/587568613組(9)全斷面矛式合金鉆頭114110959179756056全斷面翼片鉆頭結(jié)構(gòu)型式和主要尺寸參見圖2-3-7和表2-3-4注：取芯鉆頭的鉆頭直徑表示方法是以分子表示包括出刃的外徑，以分母表示包括出刃的內(nèi)徑。通常所稱“鉆頭直徑”是指不包括合金出刃的鉆頭最大外徑（D）。全斷面鉆頭的直徑是指包括合金出刃的鉆頭最大外徑。（1） 階梯肋骨鉆頭。階梯肋骨鉆頭是用T105型硬合金切削具焊接而成的，其特點是肋骨片較厚、水口寬、鉆進時孔底呈階梯狀。可鉆進35級巖層。如頁巖、砂頁巖和膠結(jié)不緊密的砂巖等。（2）內(nèi)外鑲硬合金鉆頭。內(nèi)外鑲硬合金鉆頭鑲有T313型硬質(zhì)合金，在較堅硬地層也可鑲T105切削具，可斜鑲也可直鑲。適用于35級巖層，如均質(zhì)石灰?guī)r、大理石、較松散的砂巖及頁巖等，也可鑲T110型合金，用以鉆進57級和部分8級不均質(zhì)巖層，如長興灰?guī)r、硅化灰?guī)r和凝灰?guī)r等。（3）三八式硬合金鉆頭。也稱三八連續(xù)掏槽式硬合金鉆頭，這種鉆頭把T105、T107、 T110型小、中、大八角柱狀硬質(zhì)合金切削具順序排成一組，產(chǎn)生連續(xù)掏槽，擴槽的破巖作用，耐磨性較高，適用于57級多裂隙地層。（4）扭方柱硬質(zhì)合金鉆頭。也稱“負(fù)前角階梯鉆頭”，該鉆頭鑲T130型硬質(zhì)合金，方柱切削具扭轉(zhuǎn)45，分內(nèi)、中、外三環(huán)分布。并把切削具成1015負(fù)前角斜鑲。三環(huán)的底出刃不同，成階梯狀。其特點是能承受較大的軸向壓力，不易崩刃，可鉆進57級及部分8級中硬巖層。特別適用于鉆進研磨性大，均勻性差的巖層，如輝長巖、玄武巖、砂巖、風(fēng)化的輝綠巖、閃長巖、矽嘎巖、硅化的頁巖和石灰?guī)r等。（5）矛式鉆頭。矛式鉆頭是一種不取芯、全斷面硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭主翼片呈錐形，側(cè)翼片較短，起擴孔保徑作用，鑲T310型硬質(zhì)合金切削具。鉆頭中間有一個27mm的水眼，為增大水流速度，可制成14mm的收斂式水眼，形成強力沖洗。適用于鉆進24級紅色黏土，疏松砂巖及塑性強的地層。（6）三翼片階梯硬質(zhì)合金鉆頭。翼片階梯硬質(zhì)合金鉆頭體的形狀呈炮彈形，可用普通鉆粒鉆頭改制，翼片用15mm厚鋼板制成階梯形，在翼片邊緣鑲S306型硬質(zhì)合金。這種鉆頭適用于鉆進34級頁巖，部分5級砂頁巖及灰?guī)r，是適于強力規(guī)程的一種鉆頭。其規(guī)格尺寸見表2-1-5。表2-1-5 三翼階梯式硬質(zhì)合金鉆頭尺寸 單位mm鉆頭直徑(mm)dDD1D2D3RL1L213411013094581107060180114901108662916055170957191674375505016079557551276640451503.2 金剛石鉆頭3.2.1金剛石鉆頭與擴孔器金剛石鉆頭具有鉆進效率高，鋼材消耗少等優(yōu)點。它不受巖石硬度、鉆孔方向的限制。金剛石鉆頭與擴孔器可分為表鑲或孕鑲兩種方式，這里主要介紹的是孕鑲金剛石鉆頭與擴孔器。根據(jù)地礦標(biāo)準(zhǔn)，孕鑲金剛石鉆頭和擴孔器的規(guī)格分別見表2-1-6、表2-1-7。 表2-1-6 金剛石鉆頭尺寸表 單位：mm類型規(guī)格D+0.5+0.3D1+0.1-0.1d+0.1-0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3+0.2d4d0水口（個）單管鉆頭464644293937.53234.53736565654394947.54244.547412666664495957.55254.557614767674596967.56264.567816雙管鉆頭36363521.53129.529.532.524464645294139.539.542.536565655395149.549.552412666665496159.559.562614767675597169.569.572816表2-1-7 金剛石擴孔器尺寸表 單位：mm類型規(guī)格D-0.1D1+0.3+0.1d+0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3-0.1d0+0.2d1+0.1+0.05d2+0.1+0.05單管擴孔器464446.531.537.53634.539.537.539565456.541.547.54644.549.547.549666466.551.557.55654.559.557.559767476.561.567.56664.569.567.569類型規(guī)格D+0.1-0.1D1+0.3+0.1d+0.1d1-0.05-0.10d2-0.05-0.10d3d0d1d2雙管擴孔器363536.5263129.5464546.5364139.5565556.5465149.5666566.5566159.5767576.5667169.53.2.2金剛石取芯鉆具灌漿工程先導(dǎo)孔和檢查孔常常需要采取巖芯，合理地選擇和使用取芯鉆具是提高巖芯采取率的重要條件。常用的有單管取芯鉆具、單動雙管取芯鉆具，較特殊的有三層巖芯管取芯鉆具、噴射式孔底反循環(huán)取芯鉆具等。單管取芯鉆具 它構(gòu)造簡單，制造容易，操作方便。鉆具強度大，使用費用低。在完整、均質(zhì)的巖層，或?qū)θ⌒疽蟛缓芨叩那闆r下使用。單動雙管取芯鉆具 這種鉆具的內(nèi)管接頭與外管接頭之間設(shè)有軸承組，可使內(nèi)管不隨鉆桿轉(zhuǎn)動，巖芯進入內(nèi)管后能保持相對靜止，也不受循環(huán)液沖洗，因此取芯率高。使用單動雙管取芯鉆具能提高鉆速和回次長度，降低金剛石消耗，延長鉆頭使用壽命。單動雙管取芯鉆具可在節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育和軟硬互層的地層中使用，是金剛石鉆進中常用和主要的配套工具之一。三層巖芯管取芯鉆具 在某些粉狀巖層、遇水溶解地層、膠結(jié)不好的土層或?qū)r芯品質(zhì)要求很高的情況下，要在內(nèi)管中設(shè)置第三層管，以便更好地保護巖芯。第三層管有兩種類型：一種是塑料管（低壓聚乙烯管），另一種是金屬半合管。鉆進時巖芯進入第三層管中，當(dāng)裝滿巖芯的內(nèi)管總成取出后，卸去兩端的連接件，有內(nèi)管中取出第三層管。若是塑料管則用刀將其切開，若是半合管則將其分開即可取出滿足要求的巖芯。由于設(shè)置了第三層管，鉆頭內(nèi)徑將減小3mm左右。噴射式孔底反循環(huán)鉆具 這種鉆具分為彎管型和分水接頭型兩種形式。其工作原理是沖洗液在泵壓作用下由鉆桿流至噴嘴噴出，經(jīng)由稱承噴裝置進入彎管或分水接頭，再流至鉆具外的環(huán)狀間隙，向上返出或向下流動。由于高速射流的作用，噴嘴附近形成負(fù)壓，導(dǎo)致巖芯管中所存沖洗液被吸附流進承噴裝置混合、流出，從而形成孔底反循環(huán)。噴射式孔底反循環(huán)鉆具在硬、脆、碎地層中鉆進，取芯可靠，采取率高，同時由于孔內(nèi)清潔，能大大減少卡、埋鉆事故。3.3 鉆粒鉆頭由于人造金剛石的應(yīng)用，金剛石鉆進工藝發(fā)展迅速，鉆粒鉆進的應(yīng)用大大縮小。鉆粒鉆頭標(biāo)準(zhǔn)系列有75、91、110、130、150五種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)尺寸見表2-1-8。鉆進效率的高低，鉆頭水口起主要作用，常用的鉆頭水口形狀有單弧形、雙弧形、單斜邊、雙斜邊、斜梯形等。表2-1-8 鉆粒鉆頭尺寸表 單位：mm規(guī)格DD1D2dd1d2bR重量（kg）7575576268-1266.5-1266782006.39191737884-1482.5-1482951727.81101109095103-14101.5-1410111516110.9130130110115122-16120.5-1612013615712.7150150130135141-16139.5-1613915715315.33.4 沖擊器按動力方式，沖擊器可分為液動沖擊器、風(fēng)動沖擊器（潛孔錘）和機械作用式?jīng)_擊器。前兩種用得較多。3.4.1風(fēng)動沖擊器（潛孔錘）潛孔錘是在孔底做功的沖擊器。分為閥式和無閥式兩種型式，無閥式?jīng)_擊器對風(fēng)壓要求較低，零件使用壽命長，適應(yīng)性強，較多采用。潛孔錘由配氣裝置、活塞、氣缸、外套和一些附屬零件組成。目前我國主要風(fēng)動工具廠都能生產(chǎn)不同型號、性能和規(guī)格的無閥沖擊器，其主要類型與技術(shù)參數(shù)見表2-1-9。潛孔錘鉆頭一般有柱齒狀或球齒狀鉆頭，其型號有80、90、96、100、200、250等。表2-1-9 部分潛孔錘的型號與技術(shù)參數(shù)型號鉆孔直徑（mm）外徑（mm）風(fēng)壓（MPa）耗風(fēng)量（m3/min）頻率（Hz）沖擊功（kgm）CIR6568560.51.22.55.13.89.1CIR8089720.51.24.58.16.415.3CIR9095、100800.51.25.09.214.07.919CIR110110、120960.51.27.914.912.830.6CIR1501551360.50.715.913.324.759.4CIR1701751560.50.716.813.331.976.5J-100B105115950.40.7914.515J-150B1501601360.40.71514.233WC-8595120850.518221016812WC-1501651420.557.5151922.7DH-4105115920.562.462.2814.722.333.315.266.5DH-61521651360.562.467.136.8203145197.7DHD-340A105115920.562.462.313.318.13015.869.43.4.2液動沖擊器液動沖擊器是以沖洗泵輸送的高壓液流做為動力源的。液動沖擊器種類較多，其中閥式?jīng)_擊器比較成功?？捎糜诠酀{工程鉆孔的主要是閥式正作用液動沖擊器，有TK系列、ZF-56型、EPL-1型等。3.4.2.1TK系列液動沖擊器TK系列液動沖擊器是一種正作用沖擊器，由冶金工業(yè)部第一地質(zhì)勘探公司探礦技術(shù)研究所1980年研制成功的。這種沖擊器包括：TK-56型、75型、91A型、TK-60S型和TK-75S型。其中后兩種是繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆具中的沖擊器。實踐證明，使用TK系列沖擊器能夠較大幅度地提高鉆進效率和鉆探質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，深受使用單位歡迎。主要技術(shù)參數(shù)見表2-1-10。（1）.結(jié)構(gòu)與工作原理TK系列沖擊器是以高壓液流推動活塞沖錘下行沖擊鐵砧，而借彈簧力使活塞沖錘恢復(fù)到原來位置。當(dāng)活塞沖錘在沖錘彈簧的作用下處于上位，其中心孔被閥蓋住。在高壓液流作用下，活塞和閥一同下行，壓縮彈簧打擊鐵砧。在即將打鉆之前的瞬間，閥由于閥座所阻，閥與活塞沖錘分開，在閥彈簧的作用下恢復(fù)到上位。在閥離開活塞沖錘后，中心孔開放，活塞上面卸壓。活塞沖錘在彈簧作用下上返，當(dāng)其與閥接觸后，繼續(xù)下行。循環(huán)周而復(fù)始，形成連續(xù)沖擊。表2-1-10 TK系列沖擊器技術(shù)參數(shù)表型 號TK-56TK-75ATK-91A鉆孔直徑（mm）57、607591、110沖擊器外徑（mm）557373鉆進方法金剛石或硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)金剛石或硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)金剛石或硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)工作壓降（MPa）高頻1.11.91.01.91.52.2低頻1.52.52.03.02.03.5工作泵量(L/min)高頻55906012090150低頻72120120180180200單次沖擊功（kg.m）高頻0.41.30.61.80.72.0低頻0.93.52.907.2057沖擊頻率（次/min）高頻240031002300300024003200低頻170023001600230012001500總長（mm）167216021700質(zhì)量（kg）253537（2）鉆具的特點沖擊器性能良好，工作可靠，易損件壽命長，故障少。TK-56、TK-75A型沖擊器主要易損件的壽命均高于國外同類產(chǎn)品。沖擊器結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，制造和維修容易，造價低，適用范圍廣，既可用于清水鉆進，也可用于含砂量低的泥漿鉆進。沖擊器適用于不同鉆進方法的需要。更換閥簧與閥簧座，調(diào)節(jié)泵量，可獲得不同的沖擊功和沖擊頻率。既可用于金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，也可用于硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進。泵壓、泵量較低，操作簡單，使用方便，易于推廣應(yīng)用。采用金剛石沖擊回鉆進時所用設(shè)備、附屬器具與回轉(zhuǎn)鉆進基本相同，僅需配備耐壓（大于10MPa）鋼絲編織膠管、穩(wěn)壓罐（容積20L）、防震泵壓表以及耐高壓流量表。（3）應(yīng)用效果TK系列液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具在全國冶金、地質(zhì)、水利水電等8個系統(tǒng)所屬200多個勘探隊推廣應(yīng)用，總進尺近30萬m，為提高鉆進效率和鉆探質(zhì)量做出了較大貢獻，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。繩索取心沖擊器還打入國際市場，進入澳大利亞和加拿大的鉆探機臺。該系列液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆具榮獲1987年度冶金工業(yè)培科技進步一等獎和1988年度國家科技進步三等獎。生產(chǎn)實踐證明，TK系列沖擊器具有以下優(yōu)點：鉆進效率高，是克服金剛石鉆頭“打滑”的現(xiàn)象的有效手段。在6級以上中硬和堅硬巖層中，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的鉆速均高于普通回轉(zhuǎn)鉆進的鉆速。鉆速可提高15%30%，最高達10余倍。巖層越硬，提高的幅度越大，在911級巖層中可提高30%以上。水利電力部成都勘測設(shè)計院1983年9月份使用TK-56型沖擊器鉆進1011級流紋巖，進尺為835m，平均小時效率比金剛石回轉(zhuǎn)鉆進提高46%，回次進尺提高75%。黃委會設(shè)計院地質(zhì)勘探總隊1994年在11級石英砂巖地層中使用TK-75型沖擊器進行沖擊回轉(zhuǎn)金剛石鉆進，平均小時效率比金剛石回轉(zhuǎn)鉆提高125%，最高達193%。長江委三峽勘測研究院1996年在11級石英砂巖“打滑”地層采用TK-91型沖擊器進行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，采用天然孕鑲金剛石鉆頭，胎體硬度HRC405金剛石粒度2040目，平均小時效率是金剛石回轉(zhuǎn)進的幾十倍。四川冶金地質(zhì)609隊在相同地層中采用相同金剛石鉆頭沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，純鉆進時間利用率由24%提高到48%，臺月效率由200m提高到475m。回次進尺長。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進時，巖心管在高頻脈沖作用下發(fā)生顫動，使巖心順利進入巖心管，防止巖心堵塞。所以，無論是在破碎地層還是在傾角較大的地層，均不易發(fā)生巖心堵塞現(xiàn)象，從而提高了回次進尺。一般情況下，回次進尺可提高30%50%以上，最高可提高110%。取心質(zhì)量好。由于減少巖心堵塞，避免了巖心磨損，因而沖擊回轉(zhuǎn)鉆進巖心采取率比回轉(zhuǎn)鉆進有顯著提高。如長江委三峽勘測研究院在石砂層地層采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，巖心采取率由20%提高到91%，徹底改變了“打滑”地層巖心采取率過低的現(xiàn)象，深受地質(zhì)人員歡迎。提高壓水試驗成果質(zhì)量。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，孔壁光滑規(guī)則，孔徑均勻，利于壓水試驗器順利升降及膠塞封隔試段，從而提高壓水試驗質(zhì)量。延長鉆頭壽命。金剛石回轉(zhuǎn)鉆進“打滑”地層時，往往用酸腐蝕、投石英砂或地表研磨鉆頭、采用軟胎體鉆頭等方式來克服“打滑”現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆頭壽命降低。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進一般使用胎體硬度為HRC4045較硬胎體鉆頭，鉆頭平均壽命可提高一倍以上。降低鉆探成本。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，小時效率提高，回次進尺增加，純鉆率提高，鉆頭壽命延長，縮短施工周期，從而可降低鉆探成本。一般可降低10%30%。3.4.2.2 ZF-56型液動沖擊器ZF-56型液動沖擊器是一種帶減耗閥的正作用活閥式高頻沖擊器，它是由河北省地質(zhì)局綜合研究地質(zhì)大隊研制的，經(jīng)過生產(chǎn)試驗，取得了良好的實用效果。（1）主要技術(shù)性能外徑：54mm；鉆頭直徑：5659mm；泵量：60100L/min；泵壓：（2.03.5）MPa；沖擊頻率：4257Hz；長度1.5m；質(zhì)量1820kg。（2）沖擊器的特點高頻小沖擊功，可以用于金剛石或硬度較高的硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，不需配備減速裝置，便于大范圍推廣。泵量小，泵壓適中，可以利用現(xiàn)有泥漿泵，無需采用新泵。所需鉆具、鉆頭、鉆進規(guī)程、操作方法與常規(guī)鉆進方法大致相同，便于工人掌握。結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)試，易于修理。易損零件容易更換，便于加工，具有一定壽命。采用活閥式配水機構(gòu)，密封點少，能夠采用輕泥漿鉆進。啟動容易，工作穩(wěn)定可靠調(diào)節(jié)范圍寬。在滿足泵量、泵壓進，性能不受孔深限制。沖擊器有沖孔機構(gòu)，有較高的有效作用系數(shù)。（3）應(yīng)用效果20世紀(jì)年代以來，地質(zhì)礦產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)出6個系列近30個規(guī)格的液動沖擊器，ZF-56型沖擊器就是其中的一種。到90年代初，該系統(tǒng)推廣液動沖擊器總臺數(shù)2000臺套，進尺超過100多萬米。實踐證明，推廣液動沖擊器后普遍獲得較好效果，在中硬、堅硬和硬、脆、碎巖層中技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)均明顯優(yōu)于回轉(zhuǎn)鉆進，鉆進效率提高30%60%，甚至100%以上，成本降低15%，鉆孔彎曲度得到改善。硬、脆、碎地層中巖心采取率提高到90%以上。臺月效率提高52%100%。陜西省勘測設(shè)計院在堅硬“打滑”地層（可鉆性11級）采用ZF-56型液動沖擊器。在金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進中，平均小時效率達0.47m/h，比金剛石回轉(zhuǎn)鉆進提高倍。3.4.2.3 型雙作用沖擊器型沖擊器是一種閥式雙作用沖擊器。原長江流域規(guī)劃辦公室勘測總隊承擔(dān)“六五”科技攻關(guān)項目“型雙作用沖擊器”的科研任務(wù)，并獲得原水利電力部科技進步四等獎。（1）沖擊器主要技術(shù)性能外徑：54mm；鉆頭直徑：59mm；泵量60114L/min；泵壓（1.52.2）MPa；沖擊頻率：1735Hz；長度：1.8；沖擊行程：1214mm；啟動泵壓：（200500）kPa；啟動泵量：3245L/min；質(zhì)量：25kg（以上數(shù)據(jù)由地質(zhì)部勘探技術(shù)研究所測定）。（2）沖擊器的特點目前國內(nèi)已研制的沖擊器，泵量、泵壓大都比較高，要求管路密封嚴(yán)格，現(xiàn)有水泵難以達到要求。水利水電勘探的特點是孔淺，為此，設(shè)計了一種泵壓較低、泵量較小的沖擊器，沖擊頻率和沖擊功不能滿足金剛石和硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的需要，測試表明，有以下特點：起動性能好。泵量32L/min、泵壓200kPa便能啟動?；钊\動靈活性較好。沖擊器正常工作時，泵壓不高，如泵壓2.1MPa、泵量90L/min。對管路密封要求可大大降低。采用活閥式分流器，提高背壓以減少沖擊功。活閥式分流器，使送入孔底的流量占57%。（3）沖擊器工作原理在沖擊器工作前，沖錘活閥與下活閥停在鐵砧上。液流通過沖錘活閥、鐵砧中心的通孔流向孔底。當(dāng)水泵送入的高壓液流通過鐵砧內(nèi)孔下部的節(jié)流孔時，由于節(jié)流產(chǎn)生背壓、下活閥面積大于上活閥面積，液流將沖錘活閥與下活閥抬起，并使其與上活閥1接觸，切斷水路。這時在高壓水錘力作用下，推動上活閥及沖錘活閥、下活閥一同急速下行。當(dāng)上活閥行至行程限位器時，因被限制而停止運動。而沖錘活閥與下活閥在慣性力和重力作用下，繼續(xù)下行，沖擊鐵砧。上活閥在彈簧作用下復(fù)位。如此反復(fù)動作，即可沖擊鉆進。在金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進中，要維持沖擊器正常工作所需的一般應(yīng)大于100L/min。如果把這些泵量全部送入孔底，必然導(dǎo)致泵壓過大，對鉆頭產(chǎn)生浮托力，增加液流對鉆頭胎體的沖蝕和巖心的沖刷以及對鉆頭鋼體的沖蝕。因此，必須對沖擊器作功后的液體進行分流?；铋y式分流器的工作原理：經(jīng)沖擊器作功后的液流進入分流器活閥內(nèi)腔，一部分從相隔120度的分流孔流入管外空間，另一部分從閥內(nèi)腔收縮孔流入巖心管、鉆頭到管外空間與分流體一同返回地表。當(dāng)下端壓力升高時，活閥失去原來的平衡狀態(tài)，便向上運動，堵塞部分或全部分流孔，造成憋泵，預(yù)示孔內(nèi)故障，應(yīng)立即提鉆。（4）應(yīng)用效果長辦勘測總隊在萬安、構(gòu)皮灘、三峽等水利樞紐堅硬或“打滑”地層中采用EPL1型沖擊器進行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，臺時效率比金剛石回轉(zhuǎn)鉆進提高40%70%，回次進尺提高75%，巖心采取率可以達到90%95%，成本有所降低。該沖擊器性能就不斷完善。3.4.2.4 鉆進技術(shù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)巖性、鉆頭直徑與結(jié)構(gòu)、硬質(zhì)合金塊數(shù)、金剛石鉆頭唇部面積等因素進行合理選擇。（1）鉆壓硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，鉆壓的作用主要是保證切削具與巖石能緊密接觸，以便有效地傳遞沖擊功，對碎巖不起主要作用。鉆壓不宜過大，一般以（45）kN為宜。金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，鉆壓與金剛石回轉(zhuǎn)鉆進基本相同。（2）鉆速硬質(zhì)合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，轉(zhuǎn)速都較低，這是為了降低切削具的磨損和增加回次長度，一般常用低轉(zhuǎn)速6070r/min。對硬巖或強研磨性巖石，碎巖主要靠沖擊作用。轉(zhuǎn)速一般為3045r/min。裂隙發(fā)育地層，轉(zhuǎn)速可達120170r/min。金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，由于孕鑲鉆頭主要靠細(xì)粒金剛石磨削作用，因而轉(zhuǎn)速應(yīng)高。一般應(yīng)采用450940r/min。（3）沖洗液量沖洗液量是沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的一個關(guān)鍵參數(shù)。因為沖洗液不僅影響洗孔質(zhì)量，而且直接影響沖擊器的工作性能沖擊功和沖擊頻率，從而影響鉆進效率。在鉆進時，只要地層允許，水泵合適，應(yīng)盡可能采用較大的沖洗液量。沖擊器所需的沖洗液量一般在60150L/min，這樣的沖洗液量能夠滿足洗孔和冷卻鉆頭的需要。在一般情況下，沖擊器（500600）kPa時就可以開始工作，當(dāng)達到（1.82.0）MPa