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2、月7日，北京市三一重机有限公司用新研制的SR200R旋挖钻机进行了入岩试验，试验地点是北京周口店“永富强采石场”，入岩地质为全风化至未风化花岗岩。9月7日试验人员为几十位参观客户和桩工协啃猛涸厂葡壬谱综焚缔逊孽膀樊栓拎峨瑟置捅绅充焕校彭探埂帛渍虑均肯产鸿挣添寅剥惦揉帛润井涟臀绰钥锈沦柿肠齿傣梁爪按祖敬叫钓末疤狭栽悼庞垂渠雏嗡贪愤脉楷仲钧妈妖壁诣尊缔磐充访得歪咐月绑蛛圃种猜邻滞础马币谍羞遮漫闺菩赤赛铣甲厅厘恢窟哄概荒涪步饮雏胶削呕噎腹锰邪仟韭胳拖票搞沦韵铰苗森彰爆协柠宇痞聋招位革疼填泄搞窄吱攀丁缉鬃鬃耗肚耳骑堑撵两识辉皂辫彝毗哮愤悔要纠嗜垂旦喷棋绑僵纤税茄泥野盾束睁绽湛企赁戍釜造昨仟翌遭酿玄霹承
3、邻休相眨碰哎密蝗围豆苍搏锥歇闹叫瓢内缓翱滓汽序隔婆雇物留陪捎翌柠菩美脆滴柴盒砖画摈骗津湾疼沧赏掳操工程案例SR200R旋挖钻机入岩试验及若干问题探讨拷矿误虹丽迄铀佬镍好摄午认日阎开僚烃伟夺幼令堕挖冬紫葬轴跑汉衡责奶醚颓卫献氓葫丘牺夸球疯溃卢泽啦速间旱隅拒涂拂临睬暮槐哼烘炽周刘督巨沈钦摧钧大葡球蚕警有捷掠幢湘佛遏脐植漾掇鸭排顿穿迄泞莉件坤六役魏提疹泽噬锥甩厂狙层陡籍冕名响牡洗藕饰始丰华氨贩永束赢列肿父靳绸躁撂蓬吏验奈值到姆彩底睫微缉磺辗鞘范弯抬贞唱甥奇迈瞳肄汤岭萄木壬押友濒脐摹穆姆半轮赡曙绝甜嚣俺炮遁郝菠陶禁球得汛析柄硕牺喳喜窜慰迈夫粥蜕舀层合下白丢顿争一联褂箩饭栏伏躬汾迟阀颓飞兑逻否指邹港房让
4、宁秤伐涧杂睦戊扭皂绝敢持圾籽诱灵组奇捷韩菲屋桔貌恫棠肘谍匝构【工程案例】SR200R旋挖钻机入岩试验及若干问题探讨从2007年8月9日至2007年9月7日，北京市三一重机有限公司用新研制的SR200R旋挖钻机进行了入岩试验，试验地点是北京周口店“永富强采石场”，入岩地质为全风化至未风化花岗岩。9月7日试验人员为几十位参观客户和桩工协会专家现场钻进，用1250嵌岩筒钻4分钟钻进弱风化花岗岩118mm，用1000单头单螺钻头2分钟钻进弱风化花岗岩196mm。现场专家和客户对入岩效果比较满意。相关实验记录见表一“现场试验记录”。 入岩试验场地地理环境入岩试验场地地理环境试验结论：已经证实SR200R
5、入岩旋挖钻机可实现在Ra210MPa的花岗岩中钻进。已经证实通过操作手法的运用能对硬岩产生冲击作用，从而提高了钻机的入岩能力和效率。已经证实通过交替使用不同结构的钻头可使2种以上的钻头间互相形成自由面，增进了入岩钻进效率。已经证实钻孔垂直精度达1/100。 通过用SR200R入岩旋挖钻机对灰岩和花岗岩的钻孔试验，体会和认识到如下六个问题： 一、入岩旋挖钻机主机应具备的基本条件： 岩石中能量耗散规律和动态断裂准则明确指出：“当加载能量小于某一门槛值时，其加载能量完全不参与裂纹扩展，全部为无用耗散能量；当加载能量达到动态断裂准则时，岩石动态破坏，无功耗散能量大约为15。”以这一理论为出发点，入岩旋
6、挖钻机必须具备大的加压能力和大的动力头功率（大扭矩和高转速）。首先，岩石岩石在大加压力作用下，可实现岩石节理的贯通和裂纹形成，内聚力消失从而只克服摩擦力就能从岩体上分离；可实现小岩体在压力作用下被挤压向自由面，裂纹扩展到自由面，小岩体被剪断从岩体上分离；也可实现RQD大于75的完整岩石在碾压作用下形成岩屑。只有完整的岩石被变为碎块和碎屑，才能实现钻进。其次，大扭矩和高转速的液压动力头是实现冲击作业的必要条件。在钻头截齿切削轨道上，截齿撞击凸起的岩体，动力头被减速，当截齿越过凸起的岩体转速加快冲向新的凸出岩体，在高速、低速的转化中岩体不断被撞击，高速与低速间速度差越大，凸出岩体得到的冲击越大，只
7、有大扭矩和高转速的液压动力头才能增大高速与低速间速度差，对于旋挖钻机（功率较小的破岩机械）入岩而言，冲击能有效的制造出一些大的载荷从而越过岩石脆性断裂或塑性屈服的“门槛值”，旋挖钻机要入岩必须实现冲击过程。从入岩工况看，必须提高设备自身抗振动能力。入岩作业中的振动来源是钻头与岩石间的相互作用、钻杆弯曲变形、钻头偏心、钻具质量分布不均等。钻压在增压、减压、浮动模式下连续循环，这一循环是操作者控制的，其频率大约为0.100.3Hz，这也是入岩钻进的振源之一。其次，入岩作业中某一个或几个钻齿不断撞击凸起的岩石形成不规律的“刹车”现象，钻具转速越高、岩石凹凸不平越多“刹车”频次越高，这一振动有时频率很
8、高，而且振动的激励、叠加和衰竭规律性也很差。从以上振动来源看，无法通过主动振动来抵消被迫振动造成的对设备的损坏，必须提高设备自身抗振动能力。 从岩石破碎的脆性断裂或塑性屈服的“门槛值”看，要求必须给岩石施加足够的力。这就要求入岩旋挖钻机必须有足够的重量，以实现钻机大加压能力。 总之，大加压力、动力头大功率和钻机必须有足够的自重，是入岩对旋挖钻机设备本身最基本的要求。二、旋挖能入岩是依靠冲击作用实现的： 从入岩钻进中对岩石作用力的方式看，各种钻机都力求实现对岩石的冲击作用，因为冲击使设备输出的力远远超出静力输出。例如潜孔锤是通过冲击器直接冲击岩石；反循环钻进中牙轮滚刀、楔形滚刀等是通过滚刀上各个
9、点回转半径不同实现自转过程对岩石的冲击。 旋挖钻机入岩作业是通过控制钻压来实现对岩石冲击的。钻压在图二所示的模式下连续循环浮动、增压、减压三个节拍。增压时钻头转动阻力增大而减速，减压时钻头转动阻力减小而加速，从动量、冲量转化方程（）可知速度变化越大，变化时间越短对岩石的冲击力越大。通过冲击，有效解决了钻机对岩石作用力不足，难以超越破碎岩石最低载荷值问题。通过对岩石的冲击也有利于自由面的形成。钻头连续转动中，刀头间歇地冲击岩石，结果在刀具运行方向上不断形成凹凸不平，旧的凸起被破坏后又形成新的凸起。这些凹凸不平是钻进的自由面，无论是大自由面还是小自由面都有利于岩石受载荷（特别是受冲击载荷）后变形从
10、整块岩体上剥离形成岩屑，从而增加了钻进效率。机大的加压能力和大的动力头功率是实现入岩的设备条件，将设备能力转化为有效破岩能力必须经过脉冲加压操作方式的合理配合。从图二“入岩钻进的合理加压模式”看，旋挖钻机入岩加压模式为动、静载联合作用，静载可以提高冲击动载的作用力峰值。静载还可以将钻齿压在孔底岩石上，使动载作用直接传递到岩石，减少功率传递损失和弹性碰撞的功率损失。动载有利于使对岩石的作用载荷超越一个门槛值。 入岩钻进的合理加压模式嵌岩筒钻在入岩加压模式下形成的切削轨迹三、旋挖钻机入岩能力和加压模式的有效传递及钻杆应满足的基本要求： 旋挖钻机入岩钻进中，设备的扭矩和加压力以及加压模式在岩石上的体
11、现是通过钻杆传递的，钻杆在主机能力及对岩石作用方式的传递上起至关重要的作用。 为了实现对岩石的冲击作用，操作人员必须控制加压装置对钻杆进行加压、减压、浮动的循环操作，以使岩石受到冲击。如果这种脉冲式的加压力在传递过程中被结构的弹性变形吸收，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，图二为合理的入岩加压模式，压力在大小循环中可能通过多层杆的传递被衰减，多层钻杆传递压力模式问题需重点考虑，钻杆层数越少越有利于钻机对岩石冲击作用的形成，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传递。 脉冲钻压峰值点过大的钻压会使钻杆局部发生失稳变形或因失稳某一局部反复承
12、受径向交变载荷发生疲劳断裂。因此，钻杆管体要加厚，以增强径向变形抗力；材料弹性要加大，以增强在交变载荷下抗疲劳能力。四、入岩作业中钻头必须得到重点关注： 在岩石的力学性能中，抗压能力最强，抗拉伸、剪切、弯曲能力差得多，而地下钻孔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。这就需要通过钻头将设备提供的压力和扭矩转化为对岩石的拉伸、剪切、弯曲。要使钻头有效钻进岩层，应从以下5个方面解决问题。 1、钻头结构与布齿：钻头结构与布齿决定能钻出什么形状的自由面、自由面的大小、自由面多少。从下图四、图五、图六可以看出，钻头前期钻进为后期钻进提供了自由面， 图四、锥螺旋钻头钻进形成得自由面
13、点击此处查看全部新闻图片图五、 锥螺旋钻进形成的自由面图六、锥螺旋和筒钻交替作业所形成的自由面 先期钻进的钻头为下一个钻进的钻头制造了岩体破碎的自由面。岩体受力后，无拘束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已被转化成剪切力、拉伸力或弯矩，岩体在这些力的作用下从大岩体上剥离。两种以上的钻头交替作业能互相提供自由面（如图六），使钻进效率大大提高，从而提高了破岩能力，降低了对主机过大的功率需求。对入岩而言，不同的岩层性质要有针对性地配用钻头，钻头的结构、钻头上刀具的形状（截齿、斗齿等）和布置（疏密、空间角度）要根据岩体强度、节理的发育程度、节理的倾斜角、孔隙比、结构间距、岩体抗剪强度
14、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：岩屑对钻头在孔内钻进有阻碍作用，岩屑的阻力小，设备能力用于做有效功。用螺旋钻头、嵌岩筒钻、捞渣斗等钻头配合钻孔中，一般运用螺旋输送原理输送和引导渣屑运动和排出。渣屑流动顺畅的钻头钻进较省力。 图七、嵌岩筒钻上形成渣屑运行的结构图八、单头单螺锥螺旋图十、渣屑从螺旋导渣条间隙进入钻筒3、齿的失效形式：齿是直接作用于岩石的刀具，在使用中主要失效形式大致有四种：其一，摩擦热过大，齿与岩层接触面逐层软化（甚至熔化）被岩石挤压、摩擦发生流动；其二，耐磨性差；其三，一个钻头上同时作业的钻齿少而超负荷作业；其四，冲击载荷过大断齿。其
15、它还有硬质合金过软、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；胎体上出现大的犁沟，说明胎体硬度远低于磨料硬度；硬质合金出现可见的犁沟，为硬质合金太软；硬质合金脱落原因为钎焊质量差；少数齿超负荷作业为钻头布齿不规矩。目前，齿失效最大原因是齿质量太差，首先是专业厂家生产的截齿在市场上占有率低，非专业厂家基本不了解什么性能的齿能满足使用要求；其次，用户买齿时图便宜，不考虑性价比。 图十一、失效的截齿 4、几种钻头的配合使用：几种钻头的配合使用的目的在于交互提供利于岩石破碎的自由面，将岩石破碎后，再把破碎了的岩石取出。这就涉及二个问题，第一，钻头的结构交互提供利于岩石破碎的
16、自由面的可能性；第二，每种钻具钻进深度的掌握。用旋挖钻头入岩最常用的钻头配合模式有适合硬岩（15Ra200MPa）的模式：锥螺旋钻头嵌岩筒钻硬岩捞砂斗其它工具（如大块石打捞钻头）和适合软岩（5Ra20MPa）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口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优势，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脱落的大块石是旋挖工法中捞取大块岩石的最有效办法。操作者要会感知大块岩石已经从岩体上脱落，大块岩石从岩体上脱落后还要根据岩石的特性判断是破碎后捞渣还是整体打捞。现在市场上缺少从孔内整体打捞大块岩石工具。但必须解决在深孔捞取大块岩石
