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國內(nèi)外錨桿鉆機發(fā)比較:
總體上講,國外發(fā)達國家錨桿孔鉆進設(shè)備的品種與功能多樣,技術(shù)性能*,可靠性高。美國煤礦大量使用塔架鉆車式錨桿鉆機,班工作效率達120~240 根,并著手開發(fā)計算機控制的全自動錨桿鉆機。法國生產(chǎn)的轉(zhuǎn)架式錨桿鉆機集鉆孔、安裝錨桿為一體,并具有儲存錨桿桿體的錨桿倉。芬蘭生產(chǎn)具有樹脂注射系統(tǒng)的鉆車式錨桿鉆機,使鉆孔、安裝錨桿桿體、注入粘結(jié)劑*由機械完成,機械化程度頗高。澳大利亞有4 家錨桿鉆機生產(chǎn)廠家,生產(chǎn)各種不同類型的錨桿鉆機,尤以單體氣動支腿式錨桿鉆機使用居多,并有多家公司生產(chǎn)能與掘進配套的單體支腿式液壓錨桿鉆機。澳大利亞氣動支腿式錨桿鉆機主要有柱塞馬達與齒輪馬達式兩種(早期葉片式氣動馬達已淘汰),采用玻璃鋼碳素纖維支腿。澳大利亞液壓錨桿鉆機可以以礦物油和難燃液為工作液,回轉(zhuǎn)機構(gòu)由擺線液壓馬達驅(qū)動,有的產(chǎn)品采用玻璃鋼碳素纖維支腿使機重減輕。 國內(nèi)錨桿鉆機的研制經(jīng)歷了30 多年的歷程,曾先后研制機械支腿式電動錨桿鉆機、鉆車式錨桿鉆機、支腿與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機、支腿式氣動錨桿鉆機、非機械傳動支腿式電動錨桿鉆機、機載式錨桿鉆機和雙級氣腿鑿巖機等?! ∶旱V錨桿鉆機多為回轉(zhuǎn)式,為配合推廣小直徑樹脂錨桿,鉆頭采用27~29mm 回轉(zhuǎn)鉆頭,其結(jié)構(gòu)類型多為兩翼對稱、兩翼不對稱和兩翼連筋式,可供鉆進不同性質(zhì)巖石選用。鉆桿由B19(多數(shù))或B22(少數(shù))六角中空鋼加工。經(jīng)多年聯(lián)合攻關(guān),錨桿鉆頭和鉆桿已能初步滿足一定條件下錨桿支護的需要?! 〉?,由于錨桿孔鉆進設(shè)備的開發(fā)、研究和生產(chǎn),與錨桿支護技術(shù)的迅速發(fā)展不相適應(yīng),煤礦錨桿支護施工中大量使用的還是傳統(tǒng)氣動鑿巖機與煤電鉆。錨桿孔鉆進設(shè)備中,使用國外進口設(shè)備較多,但因進口設(shè)備價格高和備件供應(yīng)不及時,煤礦用戶希望采用國產(chǎn)的錨桿孔鉆進設(shè)備。 近來,我國生產(chǎn)MQT/MQS系列氣動錨桿鉆機,已能逐步代替國外進口的齒輪馬達式錨桿鉆機。我國生產(chǎn)的ZYX系列液壓錨桿鉆機在與S100 掘進機配套使用中,取得可喜進展。國產(chǎn)柱塞氣動馬達式錨桿鉆機逐步投入市場;澳大利亞CRAM 倍速技研氣動錨桿鉆機在中國已建立專業(yè)維修公司,并在元件的中國國產(chǎn)化方面取得一些進步。這都有宜于使錨桿鉆機進一步滿足錨桿支護發(fā)展的需要。雖然,我國的錨桿鉆機在技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化方面取得非常大的進步,但可靠性非常高、性能優(yōu)異的國產(chǎn)化錨桿鉆機還為數(shù)不多,與錨桿鉆機配套的鉆具規(guī)格還不全,大部分鉆具質(zhì)量不穩(wěn)定、并且適應(yīng)巖石條件有限。
原理
有的轉(zhuǎn)盤式鉆機同時備有泥漿泵和空氣壓縮機,可根據(jù)情況選用不同的洗井方式。
液壓動力頭式鉆機 回轉(zhuǎn)式鉆機的一種。由液壓馬達通過減速器驅(qū)動,并以沿塔架上下移動的動力頭代替轉(zhuǎn)盤式鉆機上的轉(zhuǎn)盤和水,驅(qū)動鉆桿和鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖層??捎弥睆竭_1米的大型鉆頭鉆鑿大口徑水井,其特點是鉆進速度快,鉆具的裝卸和下井管較簡便,接長鉆桿時無需提升鉆具,簡免了卷揚機、提升滑車、轉(zhuǎn)盤、水、方鉆桿等一系列部件。
潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機 是以振動和回轉(zhuǎn)運動相結(jié)合的方式鉆進巖層的一種回轉(zhuǎn)式鉆機。鉆具由鉆頭、振動器、消振器和導(dǎo)向筒等組成(圖3)。振動器產(chǎn)生的激振力使整個鉆具作錐擺運動。鉆頭通過摩擦圈套裝在振動器外殼的外面,一方面隨振動器作頻率約為1000轉(zhuǎn)/分、振幅約9毫米的水平圓周振動;另一方面又繞振動器軸線作3~12轉(zhuǎn)/分的低速旋轉(zhuǎn)運動以破碎巖層,而鉆桿則不轉(zhuǎn),并借消振器避免將振動傳給鉆桿。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井,使巖屑通過位于振動器中心的導(dǎo)管和鉆桿內(nèi)腔排出井外。這種鉆機結(jié)構(gòu)簡單,鉆進效率高。井孔直徑為600毫米左右,鉆進深度可達150米。
沖擊式鉆機 靠鉆具的垂直往復(fù)運動,使鉆頭沖擊井底以破碎巖層。其結(jié)構(gòu)簡單,但沒有循環(huán)洗井系統(tǒng),巖屑的清除與鉆機不能同時進行,因而工效較低。鉆井深度一般在250米以內(nèi),有的可達500~600米。主要類型如下述。
沖抓錐 一種簡單的沖擊式鉆機,利用鉆具本身的重量沖擊地層。鉆具的下端是幾個可以張合的尖角形抓瓣,當(dāng)鉆具在自身重量作用下向下運動時,抓瓣張開,各抓瓣在直徑約1米的圓周上切入巖層,然后由卷揚機通過鋼絲繩提升鉆具,抓瓣在閉合過程中將巖屑抓入尖錐體內(nèi),提出井口后再張開抓瓣卸出巖屑。沖抓錐的鉆井深度通常為40~50米,zui深可達100~150米。
鋼絲繩沖擊式鉆機 由桅桿和其頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機構(gòu)、鉆具(包括鉆桿和鉆頭)、電動機等組成(圖4)。作業(yè)時,電動機通過傳動裝置驅(qū)動沖擊機構(gòu),帶動鋼絲繩使鉆具作上下往復(fù)運動。向下運動時靠鉆具本身重量使鉆頭切入并破碎巖層,向上運動則靠鋼絲繩的牽引。鉆具下落的高度即沖程大小,根據(jù)巖層情況確定,一般為0.5~1米,硬巖層用大值;沖擊頻率常用為30~60次/分。切下的巖屑用抽砂筒清出地面,也可用將鉆頭與抽砂筒合成一體的抽筒鉆具,鉆進與清除巖屑同時進行,使切下的巖屑直接進入抽筒,積滿后提升鉆具,將巖屑倒出。為提高鉆頭的耐磨性和鉆進速度,常在鉆頭端部堆焊鎢鋼粉,成為合金補焊鉆頭。
復(fù)合式鉆機 有兩種類型:一類是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機的基礎(chǔ)上增設(shè)沖擊機構(gòu),以回轉(zhuǎn)鉆進為主,當(dāng)遇到卵石層時用沖擊鉆進的兩用水井鉆機,對各種地層的適應(yīng)性較強;另一類是將沖擊與回轉(zhuǎn)作用結(jié)合在一起鉆進的水井鉆機,如風(fēng)動潛孔錘鉆機。它所使用的潛孔錘鉆具(圖5)由缸套和在缸套中上下運動的活塞等組成。缸套下端與鉆頭連接,上端通過螺紋接頭與鉆桿相連,由空氣壓縮機提供的0.7~1.4兆帕的高壓空氣通過活塞上方的逆止閥、空氣分配器和活塞下方的進氣口,推動活塞沖擊頻率作為 700~1200次/分的上下往復(fù)運動,使活塞頻繁地沖擊鉆頭,以增強鉆頭鉆進巖層的能力。與此同時,鉆具以35~60轉(zhuǎn)/分的較低轉(zhuǎn)速作回轉(zhuǎn)運動。由活塞上、下空腔排出的空氣,向下進入鉆頭,起冷卻鉆頭的作用,并將孔底巖屑帶出井口。其回轉(zhuǎn)和循環(huán)洗井部分的結(jié)構(gòu)與用壓縮空氣洗井的轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機基本相同,所用鉆頭為碳化鎢球齒鉆頭或牙輪鉆頭等。風(fēng)動潛孔錘鉆機可用于硬巖層深井的鉆進,鉆進速度高,且鉆井速度不因鉆進深度的增加而降低,鉆出的井孔較直。
鉆機構(gòu)成
由于巖土鉆掘工程的目的與施工對象各異,因而鉆機種類較多。鉆機可按用途分類,如巖心鉆機、石油鉆機、水文地質(zhì)調(diào)查與水井鉆機、工程地質(zhì)勘查鉆機、坑道鉆機及工程施工鉆機等。按鉆進方法可把鉆機分成四類:
沖擊式鉆機,又分為鋼絲繩沖擊式、鉆桿沖擊式兩種鉆機?;剞D(zhuǎn)式鉆機,又分為下面三種:立軸式--手把給進式、螺旋差動給進式、液壓給進式鉆機;轉(zhuǎn)盤式--鋼繩加減壓式、液壓缸加減壓式鉆機;移動回轉(zhuǎn)器式--全液壓動力頭式、機械動力頭式鉆機。振動鉆機。復(fù)合式鉆機:振動、沖擊、回轉(zhuǎn)、靜壓等功能以不同組合方式復(fù)合在一起的鉆機
水井鉆機種類:
根據(jù)水井鉆機的工作原理的不同可以分為回轉(zhuǎn)式鉆機、沖擊式鉆機、復(fù)合式鉆機三大類型,并且不同類型的水井鉆機其功能效果也各是不相同的。
1、回轉(zhuǎn)式鉆機:
這類型的水井鉆機是依靠鉆具的回轉(zhuǎn)運動破碎巖層而成孔,主要有大、小鍋錐鉆機,正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機,液壓動力頭式鉆機,潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機等。簡單的回轉(zhuǎn)式鉆機只有鉆進裝置,結(jié)構(gòu)完善的回轉(zhuǎn)式鉆機則有鉆進裝置和循環(huán)洗井裝置兩部分組成,轉(zhuǎn)盤式水井鉆機的鉆具包括鉆桿和鉆頭。
2、沖擊式鉆機:
這類型的水井鉆機主要靠鉆具的垂直往復(fù)運動,使鉆頭沖擊井底以破碎巖層,其結(jié)構(gòu)簡單,但沒有循環(huán)洗井系統(tǒng),巖屑的清除與鉆機不能同時進行,因而工效較低,鉆井深度一般在250米以內(nèi),有的可達500~600米。
3、復(fù)合式鉆機:
這種水井鉆機主要有兩種類型:一類是在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)式鉆機的基礎(chǔ)上增設(shè)沖擊機構(gòu),以回轉(zhuǎn)鉆進為主,當(dāng)遇到卵石層時用沖擊鉆進的兩用水井鉆機,對各種地層的適應(yīng)性較強;另一類是將沖擊與回轉(zhuǎn)作用結(jié)合在一起鉆進的水井鉆機,如風(fēng)動潛孔錘鉆機。
水井鉆機組成部件:
無論是何種類型的水井鉆機,其基本組成部件都是差不多的,大體組成部件有:
1、液壓油泵:為雙聯(lián)式,大排量泵為動力頭提供動力,小排量 泵為四個支腿油缸、起落桅桿油缸、加力/提升滑車油缸提供動力。
2、四個支腿:小型打井設(shè)備由液壓油缸和固定架組成??稍诠ぷ鳜F(xiàn)場調(diào)整機體的水平度,起到支撐和穩(wěn)定機體的作用。
3、桅桿:為巨型鋼管、槽鋼和角鋼 組合焊接的框架結(jié)構(gòu),以兩側(cè)槽鋼的內(nèi)槽為動力頭上下運行的軌道,保證鉆孔的垂直度。打井桅桿的起落由液壓油缸完成。
4、動力頭:采用齒輪減速箱的機構(gòu),其低速軸中間有一個大孔的芯軸,芯軸的上口可與混凝土灌注設(shè)備的膠管接口連接,進行灌注混凝土;芯軸的下口通過法蘭盤連接鉆桿、鉆頭,高速軸由大扭,矩液壓馬達驅(qū)動。
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