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        中小型旋挖鉆機入巖探討

        類別:最新動態 | 更新時間:2015-08-12 15:43:02 | 人氣值:

        旋挖鉆機入巖施工一直是長期困擾我們旋挖鉆機施工的一大難題,尤其是中小型旋挖鉆機的入巖施工更是難上加難。

        摘要:旋挖鉆機入巖施工一直是長期困擾我們旋挖鉆機施工的一大難題,尤其是中小型旋挖鉆機的入巖施工更是難上加難。江蘇泰信機械科技的旋挖鉆機KR125A在四川風化石灰巖層上施工,孔直徑φ900mm,成功入巖1000mm,并完整取出巖芯。體現出KR125A的高可靠性,較好解決了中小型旋挖鉆機難以入巖的難題。

        1、中小型旋挖鉆機入巖技術難點
        中小型旋挖鉆機入巖一直以來有以下幾個技術難點:
        (1)軸向加壓力??;
        (2)自身重量輕;
        (3)巖石對設備本身沖擊大。
        由于旋挖鉆機軸向加壓力的不足,很難實現高效的破碎巖石"躍進式破碎"的形式,主要有兩方面的原因,○1巖石是具有各向異性、不均質、不連續的組織物,且巖石位于地底深處,地質條件復雜;○2中小型旋挖鉆機本身重量小,既要保證中小型旋挖鉆機的機動和靈活性,又要保證自身的重量能夠承受住巖石的反作用沖擊力,同時又能保證自己的安全和穩定性,這樣對中小型的鉆機似乎是一個挑戰。鉆機的設計,以及適當的施工工法,都對旋挖鉆機設計者提出了一個新的要求。江蘇泰信機械科技生產的中小型旋挖鉆機KR125A在這個方面做出了重大的突破,在四川工地中風化石灰巖上施工,孔直徑φ900mm,成功入巖1000mm,巖石單軸抗壓強度達到30MPa,耗時是1.2小時。工法是采用的是筒鉆,利用截齒的研磨或者疲勞破壞,再配備工具將巖芯折斷,并用筒鉆將巖芯完整取出。

        2、入巖施工
        2013年4月江蘇泰信機械科技的KR125A旋挖鉆機在四川重慶施工,地質條件為中風化石灰巖層,單軸抗壓強度為30MPa,孔徑φ900mm,要求入巖1000mm,采用的是4×9.5m機鎖桿,采用的鉆具是帶截齒筒鉆,主要原理是利用筒鉆截齒的自轉和公轉,對巖石進行磨削。如下圖所示。

        旋挖鉆機的加壓施工方式主要采用"恒定加壓與點動加壓相結合的方式",恒定加壓主要是產生靜載,為磨削巖石提供恒定的加壓力,點動加壓主要形成對巖石的一定的沖擊,實現巖石的局部破碎,這兩種方式加壓相互結合實現巖石的快速切削。由于巖石的軟硬不均,轉速會隨著負載發生變化,造成鉆進的過程中產生快慢交替的情況,亦對巖石造成一定的沖擊作用,從而達到加速巖石切削的作用。

        另外在鉆進的過程中要不斷產生加注水或者泥漿,主要是起到潤滑和對鉆斗降溫的作用,減少鉆頭因為發熱導致的設備損壞。

        3巖芯的取出

        當使用筒鉆鉆進達到規定的要求的時候,需要將巖石進行切斷并取出。因為小鉆機自身重量輕以及扭矩小,不能直接將巖石切斷,這就需要專用的楔形鉆斗(如右圖),利用楔形加壓的原理,楔形鉆斗的加壓力F產生對巖芯的徑向分力F1,最終將巖石折斷。如下圖所示,將楔塊插入巖芯與孔壁的縫隙中,再施加加壓力F(利用鉆桿下放形成的沖擊力),從而將巖心成功的折斷。再更換筒鉆將折斷的巖芯取出。

        4巖石的入巖機理分析
        KR125A旋挖鉆機之所以能夠成功的快速入巖,主要是由于鉆機本身設計嚴格遵守歐盟的EN791安全設計標準,在充分考慮旋挖鉆機安全性、穩定性的基礎上,將整機重量進行合理分布后又實現其靈活性,可靠的設計結構可承受小型機鎖桿的反作用力,從而實現較大的加壓力傳遞和較高的入巖效率,取得了優質的結果。

        KR125A旋挖鉆機充分考慮巖石破碎機理的三個階段:研磨破碎區段、疲勞破碎區段和躍進破碎區段。

        (1)研磨破碎區段:在較小的軸壓力作用下,鉆斗與巖石接觸所產生的接觸壓力顯著小于巖石的極限強度或者壓入硬度,破碎是靠摩擦切削,此階段的破碎顆粒小,鉆頭有一定的磨損。

        (2)疲勞破碎區段:當壓力載荷增加到一定的值,仍未達到巖石的極限強度或者壓入硬度時,旋轉鉆頭多次與巖石沖擊接觸,使得巖石的產生微裂紋,微裂紋越多,巖石的強度就降低的多,當巖石的強度降低到一定的程度時,經過鉆頭多次沖擊的巖石便會形成大顆粒的巖石碎屑,從而形成疲勞破碎。

        (3)躍進破碎區段:在足夠的軸壓力作用下,鉆頭與巖石所產生的接觸壓力大于或者等于巖石的極限強度或者壓入硬度時,則巖石產生躍進破碎。躍進破碎的顆粒比較大。

        KR125A入巖的巖石破碎機理,就是利用研磨破碎區段和疲勞破碎區段。解決了中小旋挖鉆機的自身重量輕,提供的軸壓小的問題,在加壓與動力頭轉速上取得合理的值,同時又能保持住中小鉆機的機動靈活的優勢。在取出巖芯的問題上采用有效合理的工法,以及合適的鉆具,成功將完整的巖芯取出。


        5結論:
        (1)利用巖石的破碎機理,調整旋挖鉆機的設計,配備合適的鉆具,使得旋挖鉆機入巖是完全可行的,并在實踐中得到充分的論證。解決了中小型旋挖鉆機不能入巖的問題。

        (2)小型鉆機由于其自身重量較輕,要實現入巖必須使用機鎖桿以將整機重量傳遞到作業面,但較大的反作用力對整機結構的可靠性提出更高要求。

        (3)在巖石上鉆孔,必須配備合適的鉆具,尤其是取出巖芯這個問題上,必須配備合適的工具,因此在鉆機工具的研究也是必不可少的,并將是我們今后旋挖鉆機入巖的研究的一個大的方向。

        (4)旋挖鉆機的工法研究更加必不可少的,比如合理分配加壓力與動力頭轉速的關系,入巖時候必須加注水或者泥漿,對鉆具進行降溫以及增加潤滑。

        (5)對中小型旋挖鉆機尤為重要的是由于自身重量的限制,在保證穩定性的情況下,合理分配鉆桿、鉆具、桅桿與鉆機總重量的比例關系,同時又能發揮中小旋挖鉆機的靈活、耗油低的特點。


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