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                                                                                                                          小型旋挖钻机影响钻进效果原因分析

                                                                                                                          小型旋挖钻机的钻进效率是指在正常工作时,所钻桩孔的总深度与所费总时间之比。影响旋挖钻机钻进效率的因素有:孔深、孔径、地层情况、钻具选配及钻杆型式等。
                                                                                                                          1.孔深对旋挖钻机钻进效率的影响
                                                                                                                          旋挖钻机施工中每当钻头装满土后都要提钻卸土,然后再把钻具下到孔底。显然孔深越小,效率越高。钻进效率V=H1/(t1+t2+2H/V1)(m/h)其中H,为每钻进尺量,m;t1,为钻满一斗所需时间,h;t2为卸土时间,h;H为孔深,m;V,为提、下钻速度,m/h。从上式可知,当其他参数不变时,H越大则V越小,当孔深超过100m后,钻进效率急剧下降,当孔深超过120m时钻进效率会低于其他工法的效率,且事故率大幅升高。因此建议进行超深孔施工时,尽量选用正反循环等其他工法。
                                                                                                                          2.孔径对旋挖机钻进效率的影响
                                                                                                                          目前旋挖钻机最常用的是旋挖钻斗,桶体中空,下部有2个进土斗门。在钻进时,钻碴通过钻齿切削从斗门进人桶体内,在下部钻碴的推力下,上部碴土逐渐上升进入桶内,直至装满桶体。钻孔直径大小影响钻进效率的主要有两点,一是碴土进入斗门的速度,二是碴土在桶体内上升的速度。首先碴土进人斗门速度与斗门进土面积有关,钻孔直径越大,斗门进土面积越大,进土速度越大;
                                                                                                                          其次碴土在斗体的上升速度与很多因素有关,最主要的是:
                                                                                                                          (1)碴土的重量;
                                                                                                                          (2)桶壁与碴土的粘附力。
                                                                                                                          很显然,钻孔直径越大,碴土的重量越大,但桶壁与碴土的粘附力会减小;当钻头直径减小时,碴土重量减轻,但桶壁与碴土的粘附力则会增大。
                                                                                                                          当然还有一些其他因素,如钻桶的形状、钻桶表面的摩擦系数、碴土的含水量等,都会影响碴土在桶体的上升速度。综合以上情况,钻孔直径对钻进效率的影响呈现如图2的规律,从图中可以看出,钻孔直径小于1m和大于2m时钻进效率会下降。

                                                                                                                          .地层对钻进效率的影响
                                                                                                                          地层对钻进效率的影响主要表现在地层钻进的难易程度(地层的可钻性)和卸土的快慢。
                                                                                                                          3.1地层的可钻性
                                                                                                                          地层的可钻性是一个复杂的指标,国内外地质钻探专家把地层按钻进的难易程度进行分级,我国是参照前苏联的分级法,把地层分为12个级别,级别越大可钻性越差。由于在大口径灌注桩孔的施工中对地层的可钻性还没有分级,所以对应不同的地层的钻进工艺就没有统一标准和规范。旋挖钻机桩孔施工的碎岩和携粉的机理与地质钻探还是有区别的,旋挖钻机主要是通过切挖把所钻层分割成大块岩碴,然后装进钻头体内,而地质钻探主要以冲磨把地层磨成细小颗粒,通过冲洗液携带到地面。所以旋挖钻机施工地层的可钻性指标,最主要的是地层的杭压强度,只要钻机所施加的钻压大于地层的抗压强度,钻齿就能压人地层,从而切割成块,作用在钻齿的压强一定要大于地层的抗压强度,即F/S>G式中 F——压力;S——钻齿接触孔底的面积;G——地层的抗压强度。
                                                                                                                          如果满足以上条件,再优化其他因素,钻进效率就会大大提高,如调整回转速度及钻齿角度等。由上可知,地层越硬,钻进效率越低,因为所需钻压变大,在压力一定时使地层破碎的时间加大。
                                                                                                                          3.2卸土因素对钻进效率的影响
                                                                                                                          由于所钻地层的成份、结构、含水量等不同,造成钻碴的粘性不同,当钻碴装满斗体提出地面卸土时,其粘性越大,卸土所需时间就越长。
                                                                                                                          4.钻具选配对钻进效率的影响
                                                                                                                          小型旋挖机所用钻头种类很多,结构千变万化,对于不同设备机型、不同施工方法和不同地层,要选用不同的钻头。目前旋挖钻机常用的钻头有以下6大类:螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头和冲抓锥钻头,每一大类中又有很多品种。钻具的选配对旋挖钻机钻进效率影响很大,应根据所钻地层选取最适合的钻头获得钻进效率最大化。旋挖钻机可根据地层情况配置不同的钻头,在粘性土层可使用长钻筒,加快钻进速度;对于砂卵石含量较大的地层可使用短钻筒,配臵泥浆护壁,控制钻速;对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理,松动后再换上钻筒继续钻进。与常规钻机相比,旋挖钻机回转扭矩大,并可根据地层情况自动调整。
                                                                                                                          5.钻杆的选择对钻进效率的影响
                                                                                                                          旋挖钻机常用钻杆分为两大类一摩阻式和机锁式,摩阴式钻杆主要是靠钻杆键条的之间的摩擦力产生钻压,此种钊井干的特点是:随钻随加压,无需找加压点,提钻杆时无需解锁,操作方便,提、下钻具速度高,但加压力小,在较软地层钻进中使用该类钻杆效率高;机锁式钻杆是通过钻杆每层之间的加压点,对接后把动力头的加压力传到孔底钻具上形成钻压,此类钻杆的特点是:钻进时只有在各层之间的加压点对接后才能产生最大钻压,提升钻杆时需先解锁,且提、下钻速度慢,适合于较硬地层。

                                                                                                                           

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