旋挖钻机钻进效率分析

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1、书201010（上半月刊）63旋挖钻机钻进效率分析于好善1、2（1中国地质大学，北京100083•2中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000）［摘要］如何发挥旋挖钻机的施工效率是非常重要的问题，详细分析了影响旋挖钻机施工效率若干因素，为设备的研发和使用提供参考。［关键词］旋挖钻机；钻进效率；钻杆；钻头［中图分类号］TH67［文献标识码］B［文章编巧］1001554X(2010)10006302Dri11•1ngefficiencyanalysisofrotarydrill•1ngr•1gYUHa0shan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

2、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屮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H1为每钻进尺量，t1为钻满一斗所需时间，h■t2为卸土时间，hH为孔深，m■♦V1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10Om后，钻进效率急剧下降，当孔深超过12Om时钻进效率会低于其他工法的效率，且事故率大邮升高。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孔径刈■旋挖钻机钻进效率的

3、影响目而旋挖钻机最常用的是旋挖钻斗（见图1）,桶体中空，下部有2个进土斗门。在钻进时，钻砂通过钻齿切削从斗门进入桶体内，在下部钻磴的推力下，上部磴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耍有两点，一是磋土进入斗门的速度，二是磋土在桶体内上升的速度。首先砂土进入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；其次磴土在斗体的上升速度与很多因索有关，最主耍的是：（1）砂土的重量；（2）桶壁与磴土的粘附力。很显然，钻孔直径越大，砂土的重量越大，但桶壁与磋土的粘附力会减小；当钻头直径减小时，砂土重量减轻，但桶壁与砂土的粘附力则会增大。当然还有一些

4、其他因素，如钻桶的形状、钻桶表面的摩擦系数、磴土的含水量等，都会影响磴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。图1旋挖钻斗3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［收稿日期］2010-07-02［通讯地址］于好善，河北省廊坊市金光道77号屮国地质科学院勘探技术研究所64201010（上半月刊）难易程度（地层的可钻性）和卸土的快慢。图2钻孔直径与钻进效率曲线图31地层的可钻性地层的可钻性是一个复朵的指标，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

5、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冇分级，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冇区别的，旋挖钻机主要是通过切挖把所钻地层分割成大块岩磴，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，最主耍的是地层的抗压强度，只要钻机所施加的钻压大于地层的抗压强度，钻齿就能压入地层，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

6、件，再优化其他因素，钻进效率就会大大捉高，如调整回传速度及钻齿角度等。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。32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，造成钻磴的粘性不同，当钻磴装满斗体提出地面卸土吋，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旋挖钻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。口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

7、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。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，摩阻式钻杆主要是靠钻杆键条的之间的摩擦力产生钻压，此种钻杆的特点是：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z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