旋挖鉆機(jī)入巖,,你必須知道這6點(diǎn)!
入巖旋挖鉆機(jī)主機(jī)應(yīng)具備的基本條件:
巖石中能量耗散規(guī)律和動(dòng)態(tài)斷裂準(zhǔn)則明確指出:“當(dāng)加載能量小于某一門(mén)檻值時(shí),,其加載能量完全不參與裂紋擴(kuò)展,,全部為無(wú)用耗散能量;當(dāng)加載能量達(dá)到動(dòng)態(tài)斷裂準(zhǔn)則時(shí),,巖石動(dòng)態(tài)破壞,,無(wú)功耗散能量大約為15%。”以這一理論為出發(fā)點(diǎn),,入巖旋挖鉆機(jī)必須具備大的加壓能力和大的動(dòng)力頭功率(大扭矩和高轉(zhuǎn)速),。首先,巖石巖石在大加壓力作用下,可實(shí)現(xiàn)巖石節(jié)理的貫通和裂紋形成,,內(nèi)聚力消失從而只克服摩擦力就能從巖體上分離,;可實(shí)現(xiàn)小巖體在壓力作用下被擠壓向自由面,,裂紋擴(kuò)展到自由面,,小巖體被剪斷從巖體上分離;也可實(shí)現(xiàn)RQD大于75的完整巖石在碾壓作用下形成巖屑,。只有完整的巖石被變?yōu)樗閴K和碎屑,,才能實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。其次,,大扭矩和高轉(zhuǎn)速的液壓動(dòng)力頭是實(shí)現(xiàn)沖擊作業(yè)的必要條件,。在鉆頭截齒切削軌道上,截齒撞擊凸起的巖體,,動(dòng)力頭被減速,,當(dāng)截齒越過(guò)凸起的巖體轉(zhuǎn)速加快沖向新的凸出巖體,在高速,、低速的轉(zhuǎn)化中巖體不斷被撞擊,,高速與低速間速度差越大,凸出巖體得到的沖擊越大,,只有大扭矩和高轉(zhuǎn)速的液壓動(dòng)力頭才能增大高速與低速間速度差,,對(duì)于旋挖鉆機(jī)(功率較小的破巖機(jī)械)入巖而言,沖擊能有效的制造出一些大的載荷從而越過(guò)巖石脆性斷裂或塑性屈服的“門(mén)檻值”,,旋挖鉆機(jī)要入巖必須實(shí)現(xiàn)沖擊過(guò)程,。從入巖工況看,必須提高設(shè)備自身抗振動(dòng)能力,。入巖作業(yè)中的振動(dòng)來(lái)源是鉆頭與巖石間的相互作用,、鉆桿彎曲變形、鉆頭偏心,、鉆具質(zhì)量分布不均等,。鉆壓在增壓、減壓,、浮動(dòng)模式下連續(xù)循環(huán),,這一循環(huán)是操作者控制的,其頻率大約為0.10~0.3Hz,,這也是入巖鉆進(jìn)的振源之一,。其次,入巖作業(yè)中某一個(gè)或幾個(gè)鉆齒不斷撞擊凸起的巖石形成不規(guī)律的“剎車”現(xiàn)象,,鉆具轉(zhuǎn)速越高,、巖石凹凸不平越多“剎車”頻次越高,這一振動(dòng)有時(shí)頻率很高,,而且振動(dòng)的激勵(lì),、疊加和衰竭規(guī)律性也很差,。從以上振動(dòng)來(lái)源看,無(wú)法通過(guò)主動(dòng)振動(dòng)來(lái)抵消被迫振動(dòng)造成的對(duì)設(shè)備的損壞,,必須提高設(shè)備自身抗振動(dòng)能力,。
從巖石破碎的脆性斷裂或塑性屈服的“門(mén)檻值”看,要求必須給巖石施加足夠的力,。這就要求入巖旋挖鉆機(jī)必須有足夠的重量,,以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)大加壓能力??傊?,大加壓力、動(dòng)力頭大功率和鉆機(jī)必須有足夠的自重,,是入巖對(duì)旋挖鉆機(jī)設(shè)備本身最基本的要求,。
2旋挖能入巖是依靠沖擊作用實(shí)現(xiàn)的:
從入巖鉆進(jìn)中對(duì)巖石作用力的方式看,各種鉆機(jī)都力求實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的沖擊作用,,因?yàn)闆_擊使設(shè)備輸出的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出靜力輸出,。例如潛孔錘是通過(guò)沖擊器直接沖擊巖石;反循環(huán)鉆進(jìn)中牙輪滾刀,、楔形滾刀等是通過(guò)滾刀上各個(gè)點(diǎn)回轉(zhuǎn)半徑不同實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)過(guò)程對(duì)巖石的沖擊,。
旋挖鉆機(jī)入巖作業(yè)是通過(guò)控制鉆壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石沖擊的。鉆壓在圖二所示的模式下連續(xù)循環(huán)浮動(dòng),、增壓,、減壓三個(gè)節(jié)拍。增壓時(shí)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大而減速,,減壓時(shí)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)阻力減小而加速,,從動(dòng)量、沖量轉(zhuǎn)化方程可知速度變化越大,,變化時(shí)間越短對(duì)巖石的沖擊力越大,。通過(guò)沖擊,有效解決了鉆機(jī)對(duì)巖石作用力不足,,難以超越破碎巖石最低載荷值問(wèn)題,。通過(guò)對(duì)巖石的沖擊也有利于自由面的形成。鉆頭連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)中,,刀頭間歇地沖擊巖石,,結(jié)果在刀具運(yùn)行方向上不斷形成凹凸不平,舊的凸起被破壞后又形成新的凸起,。這些凹凸不平是鉆進(jìn)的自由面,,無(wú)論是大自由面還是小自由面都有利于巖石受載荷(特別是受沖擊載荷)后變形從整塊巖體上剝離形成巖屑,從而增加了鉆進(jìn)效率。鉆機(jī)大的加壓能力和大的動(dòng)力頭功率是實(shí)現(xiàn)入巖的設(shè)備條件,,將設(shè)備能力轉(zhuǎn)化為有效破巖能力必須經(jīng)過(guò)脈沖加壓操作方式的合理配合,。從圖二“入巖鉆進(jìn)的合理加壓模式”看,旋挖鉆機(jī)入巖加壓模式為動(dòng),、靜載聯(lián)合作用,,靜載可以提高沖擊動(dòng)載的作用力峰值。靜載還可以將鉆齒壓在孔底巖石上,,使動(dòng)載作用直接傳遞到巖石,,減少功率傳遞損失和彈性碰撞的功率損失。動(dòng)載有利于使對(duì)巖石的作用載荷超越一個(gè)門(mén)檻值,。
3旋挖鉆機(jī)入巖能力和加壓模式的
有效傳遞及鉆桿應(yīng)滿足的基本要求:
旋挖鉆機(jī)入巖鉆進(jìn)中,設(shè)備的扭矩和加壓力以及加壓模式在巖石上的體現(xiàn)是通過(guò)鉆桿傳遞的,,鉆桿在主機(jī)能力及對(duì)巖石作用方式的傳遞上起至關(guān)重要的作用,。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的沖擊作用,操作人選自.投標(biāo)書(shū)代寫(xiě)網(wǎng) yipai178.com 員必須控制加壓裝置對(duì)鉆桿進(jìn)行加壓,、減壓,、浮動(dòng)的循環(huán)操作,以使巖石受到?jīng)_擊,。如果這種脈沖式的加壓力在傳遞過(guò)程中被結(jié)構(gòu)的彈性變形吸收,,巖石就得不到有效的沖擊。本次試驗(yàn)中為單節(jié)鉆桿,,這有利于傳遞可控鉆壓,,圖二為合理的入巖加壓模式,壓力在大小循環(huán)中可能通過(guò)多層桿的傳遞被衰減,,多層鉆桿傳遞壓力模式問(wèn)題需重點(diǎn)考慮,,鉆桿層數(shù)越少越有利于鉆機(jī)對(duì)巖石沖擊作用的形成,在多層鉆桿未完全伸出時(shí),,鉆桿緩沖彈簧剛性越大越有利于脈沖鉆壓的傳遞,。脈沖鉆壓峰值點(diǎn)過(guò)大的鉆壓會(huì)使鉆桿局部發(fā)生失穩(wěn)變形或因失穩(wěn)某一局部反復(fù)承受徑向交變載荷發(fā)生疲勞斷裂。因此,,鉆桿管體要加厚,,以增強(qiáng)徑向變形抗力;材料彈性要加大,,以增強(qiáng)在交變載荷下抗疲勞能力,。
4入巖作業(yè)中鉆頭必須得到重點(diǎn)關(guān)注:
在巖石的力學(xué)性能中,抗壓能力最強(qiáng),,抗拉伸,、剪切、彎曲能力差得多,而地下鉆孔作業(yè)機(jī)具受作業(yè)空間限制很難直接對(duì)巖石進(jìn)行直接的拉伸,、剪切,、彎曲。這就需要通過(guò)鉆頭將設(shè)備提供的壓力和扭矩轉(zhuǎn)化為對(duì)巖石的拉伸,、剪切,、彎曲。要使鉆頭有效鉆進(jìn)巖層,,應(yīng)從以下5個(gè)方面解決問(wèn)題,。
1、鉆頭結(jié)構(gòu)與布齒:鉆頭結(jié)構(gòu)與布齒決定能鉆出什么形狀的自由面,、自由面的大小,、自由面多少。從下圖四,、圖五,、圖六可以看出,鉆頭前期鉆進(jìn)為后期鉆進(jìn)提供了自由面,。
先期鉆進(jìn)的鉆頭為下一個(gè)鉆進(jìn)的鉆頭制造了巖體破碎的自由面,。巖體受力后,無(wú)拘束的自由面為小巖塊運(yùn)行提供了空間,,從圖四看刀具上的壓力已被轉(zhuǎn)化成剪切力,、拉伸力或彎矩,巖體在這些力的作用下從大巖體上剝離,。兩種以上的鉆頭交替作業(yè)能互相提供自由面(如圖六),,使鉆進(jìn)效率大大提高,從而提高了破巖能力,,降低了對(duì)主機(jī)過(guò)大的功率需求,。對(duì)入巖而言,不同的巖層性質(zhì)要有針對(duì)性地配用鉆頭,,鉆頭的結(jié)構(gòu),、鉆頭上刀具的形狀(截齒、斗齒等)和布置(疏密,、空間角度)要根據(jù)巖體強(qiáng)度,、節(jié)理的發(fā)育程度、節(jié)理的傾斜角,、孔隙比,、結(jié)構(gòu)間距、巖體抗剪強(qiáng)度的內(nèi)聚力和摩擦角等巖石性質(zhì)針對(duì)性設(shè)置,,萬(wàn)能作業(yè)鉆頭是不存在的,。
2,、巖屑的運(yùn)動(dòng):巖屑對(duì)鉆頭在孔內(nèi)鉆進(jìn)有阻礙作用,巖屑的阻力小,,設(shè)備能力用于做有效功,。用螺旋鉆頭、嵌巖筒鉆,、撈渣斗等鉆頭配合鉆孔中,,一般運(yùn)用螺旋輸送原理輸送和引導(dǎo)渣屑運(yùn)動(dòng)和排出。渣屑流動(dòng)順暢的鉆頭鉆進(jìn)較省力,。
3,、齒的失效形式:齒是直接作用于巖石的刀具,在使用中主要失效形式大致有四種:其一,,摩擦熱過(guò)大,,齒與巖層接觸面逐層軟化(甚至熔化)被巖石擠壓、摩擦發(fā)生流動(dòng),;其二,,耐磨性差;其三,,一個(gè)鉆頭上同時(shí)作業(yè)的鉆齒少而超負(fù)荷作業(yè);其四,,沖擊載荷過(guò)大斷齒,。其它還有硬質(zhì)合金過(guò)軟、硬質(zhì)合金與胎體焊接不合格等,。過(guò)熱軟化而失效的截齒屬于胎體材料熱強(qiáng)性差,;胎體上出現(xiàn)大的犁溝,說(shuō)明胎體硬度遠(yuǎn)低于磨料硬度,;硬質(zhì)合金出現(xiàn)可見(jiàn)的犁溝,,為硬質(zhì)合金太軟;硬質(zhì)合金脫落原因?yàn)殁F焊質(zhì)量差,;少數(shù)齒超負(fù)荷作業(yè)為鉆頭布齒不規(guī)矩,。目前,齒失效最大原因是齒質(zhì)量太差,,首先是專業(yè)廠家生產(chǎn)的截齒在市場(chǎng)上占有率低,,非專業(yè)廠家基本不了解什么性能的齒能滿足使用要求;其次,,用戶買齒時(shí)圖便宜,,不考慮性價(jià)比。
4,、幾種鉆頭的配合使用:幾種鉆頭的配合使用的目的在于交互提供利于巖石破碎的自由面,,將巖石破碎后,,再把破碎了的巖石取出。這就涉及二個(gè)問(wèn)題,,第一,,鉆頭的結(jié)構(gòu)交互提供利于巖石破碎的自由面的可能性;第二,,每種鉆具鉆進(jìn)深度的掌握,。用旋挖鉆頭入巖最常用的鉆頭配合模式有適合硬巖(15≤Ra≤200MPa)的模式:錐螺旋鉆頭+嵌巖筒鉆+硬巖撈砂斗+其它工具(如大塊石打撈鉆頭)和適合軟巖(5≤Ra≤20MPa)的模式:平頭螺旋鉆頭+硬巖撈砂斗。還有旋挖鉆機(jī)配反循環(huán)工法和旋挖鉆機(jī)配大口徑氣動(dòng)潛孔錘工法等,,但這二種工法均不能體現(xiàn)旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì),,在此不多說(shuō)明。
5,、如何撈取大塊巖石:用鉆桿帶鉆頭直接撈取孔內(nèi)脫落的大塊石是旋挖工法中撈取大塊巖石的最有效辦法,。操作者要會(huì)感知大塊巖石已經(jīng)從巖體上脫落,大塊巖石從巖體上脫落后還要根據(jù)巖石的特性判斷是破碎后撈渣還是整體打撈?,F(xiàn)在市場(chǎng)上缺少?gòu)目變?nèi)整體打撈大塊巖石工具,。但必須解決在深孔撈取大塊巖石問(wèn)題,大塊巖石不能撈出鉆進(jìn)就無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行,。
5必須力求減少因振動(dòng)造成的設(shè)備損壞
和事故發(fā)生:
在“入巖旋挖鉆機(jī)主機(jī)應(yīng)具備的基本條件”中闡述了設(shè)備振動(dòng)的成因,,振動(dòng)危害如下:
①設(shè)備結(jié)構(gòu)在振動(dòng)作用下應(yīng)力循環(huán)加速,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過(guò)早疲勞失效,。
②因?yàn)檎駝?dòng)方向的不確定性,,鉆機(jī)結(jié)構(gòu)受載更為復(fù)雜,在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成過(guò)多的三軸力,,設(shè)備更容易被破壞,。
③由于振動(dòng)的激勵(lì)、疊加和衰竭使很多結(jié)構(gòu)從受靜載荷變?yōu)閯?dòng)載荷,,而且大多為沖擊載荷,,對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。
④加速了組織缺陷的發(fā)育和成長(zhǎng),,如焊接微裂紋和熱影響區(qū)硬化區(qū)軟化區(qū)的過(guò)渡層,、材料的內(nèi)部缺陷、熱處理微缺陷等都會(huì)從振動(dòng)中吸收能量得到發(fā)育和成長(zhǎng)等,。
為了減少因振動(dòng)造成的設(shè)備損壞和事故發(fā)生,,應(yīng)從以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)生長(zhǎng)適合入巖旋挖鉆機(jī):①?gòu)膭?dòng)載和疲勞的角度來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)可靠性。
②嚴(yán)格選擇材料,,選用適合的加工工藝并嚴(yán)格執(zhí)行,。
③減少容易在振動(dòng)中失效結(jié)構(gòu)(如:螺接)的應(yīng)用。
6對(duì)用入巖旋挖鉆機(jī)施工提出的幾點(diǎn)建議
1,、刀具的有效使用壽命是影響鉆進(jìn)效率和經(jīng)濟(jì)性的最重要因素,,必須選用合格的截齒(或斗齒),。
2、要選擇與工程配套性良好的一種鉆桿和幾種鉆頭,。
3,、鉆進(jìn)巖性不同的地質(zhì)要采取不同的操作手法。
4,、控制每次鉆進(jìn)的深度,、掌握清渣方法和時(shí)機(jī)、刀具的冷卻等,。
5,、巖層的鉆進(jìn)效率是土層的1/20~1/5,設(shè)備與工具損耗也比土層大得多,,要選擇工程造價(jià)合理的工程,。