沖擊回轉(zhuǎn)鉆培訓(xùn)課件

沖擊回轉(zhuǎn)鉆培訓(xùn)課件第一節(jié)概述一概念沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)－在鉆頭已經(jīng)承受一定靜載荷的基礎(chǔ)上，以縱向沖擊力和回轉(zhuǎn)切削力共同破碎巖石的鉆進(jìn)方法。在早期人工錘擊鑿巖基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。人類開采利用的金屬、非金屬礦產(chǎn)和可燃有機礦產(chǎn)都產(chǎn)于地殼的一定部位。它們是地球發(fā)展演化過程中一定階段和一定地質(zhì)條件下的產(chǎn)物。絕大部分礦床，其成礦物質(zhì)都是來自地殼和上地幔。因此，了解地球的構(gòu)造及地殼和上地幔的特點，對研究礦床的成因和分布規(guī)律，具有重要的意義。孔內(nèi)鉆具結(jié)構(gòu)－在一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆具基礎(chǔ)上，加一個沖擊器。在取心鉆進(jìn)中，沖擊器安裝在巖心管上端；在無巖心鉆進(jìn)時，直接安裝在鉆頭上方。發(fā)展為兩類：頂驅(qū)式－—在鉆桿頂部用風(fēng)動、液動或電動機實現(xiàn)沖擊，用鉆桿傳遞能量，深孔受限；潛孔式——以液力或氣力驅(qū)動靠近孔底的沖擊器，同時由地面機構(gòu)施加軸向壓力和回轉(zhuǎn)扭矩，鉆孔更快更深。二、沖擊鉆進(jìn)的特點①設(shè)備簡單，重量小。②鉆液不循環(huán)，省水。③鉆頭碎巖是不連續(xù)的，磨損慢但鉆效也低。④鉆頭以自由落體碎巖，能有效破碎堅硬巖石，僅能鉆垂直孔；提起鉆具才需動力，故在設(shè)備功率相同時，沖擊鉆進(jìn)可鉆鑿較大直徑孔鉆進(jìn)時，鉆頭在受到一定的鉆壓和回轉(zhuǎn)力矩的同時，還受到?jīng)_擊器以一定頻率的沖擊能量，鉆頭在孔底以沖擊剪切和回轉(zhuǎn)切削共同作用，破碎巖石。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)所需鉆壓減小，鉆頭轉(zhuǎn)速降低，不但能提高鉆進(jìn)效率，而且降低鉆頭的磨損。主要用于：大直徑供水井，維修條件不高的地方；水文及工程地質(zhì)勘察孔；露天礦井爆破孔；樁基孔等適用巖層及范圍:硬合金沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)最適用于粗粒、不均質(zhì)的巖層。在6-8級、部分9級巖層中鉆進(jìn)效果尤佳。具良好的防斜能力。可用于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石及牙輪鉆頭鉆進(jìn)，適用范圍寬，但在不同巖性需采用頻率不同的沖擊器*優(yōu)點:鉆進(jìn)效率高－在5-7級、部分8級硬巖中鉆效可提高50%-100%；在金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中對8-10級巖石效率可提高20%-50%，對致密、弱研磨巖層可有效防止“打滑”，效率可提高50%-100%；鉆孔質(zhì)量好，采用鉆壓和轉(zhuǎn)速較小且能取得較高的機械鉆速，有效防止孔斜；孔內(nèi)事故少，回次進(jìn)尺長，純鉆進(jìn)時間提高了20%－25%；成本降低約15%－20%第二節(jié)沖擊鉆進(jìn)的工具鉆具包括：碎巖和取樣排粉工具（鉆頭；沖擊鉆桿；鋼絲繩接頭；撈砂筒；取樣器）；起下套管工具；打撈工具；輔助工具。規(guī)程參數(shù)：包括鉆具重力、沖擊高度和懸距、沖擊次數(shù)、巖粉密度沖擊器動力方式分類：液動沖擊器－高壓水泥漿；氣動沖擊器(氣動潛孔錘)－用壓縮空氣作動力介質(zhì)；機械作用式?jīng)_擊器－電機、電磁、牙嵌離合器。其中液動沖擊器－高壓水泥漿又分為閥式（正作用，反作用，雙作用）和無閥式（射流式，吸收式）。一、沖擊器及其工作原理1、閥式液動沖擊器（1）正作用液動沖擊器：液動沖擊器沖擊錘下行進(jìn)行沖擊，用彈簧恢復(fù)其原位。有沖程和回程。（2）反作用液動沖擊器：用高壓液流壓力動沖錘活塞上行，并壓縮工作彈簧儲存能量，經(jīng)彈簧釋能而作功。也包括沖程和回程。（3）雙作用液動沖擊器：沖錘活塞的正反沖程均由液體壓力推動。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)2、無閥式射吸液動沖擊器SX-54III型射吸式?jīng)_擊器：利用高壓液流噴射時的卷吸作用，使閥與活塞、沖錘的上下腔產(chǎn)生交變壓力差，從而推動沖錘活塞往復(fù)運動。閥與活塞的回程和沖程均由液壓推動?；爻?啟動前，沖擊器的閥與沖錘活塞均處行程下限，液流通道暢通。啟動時，工作液體從噴嘴噴出，高速射流的卷吸作用將活塞上腔介質(zhì)抽往下腔，上腔迅速降壓；進(jìn)入下腔液流，由于通道擴大，流速減慢和沖擊器砧子里節(jié)流孔的增壓作用，使活塞下腔壓力升高。于是，上、下腔形成壓力差，使位于行程下限的閥與活塞同時上行；由于閥的質(zhì)量較輕，運動速度快，先行到達(dá)行程上限，隨后活塞也抵達(dá)行程上限，至此回程結(jié)束。沖程:當(dāng)活塞上升到上限時，與活塞連成一體的沖錘頂部錐體與閥結(jié)合，高速液流被迅速切斷而產(chǎn)生水擊，上腔壓力猛增；與此同時，活塞下腔的壓力急劇下降。故上下腔間壓力差推動活塞迅速向下運動，閥抵達(dá)行程后，活塞因慣性繼續(xù)向下運動直至沖擊砧子為止。此時，閥門完全打開，液流暢通，閥與活塞又進(jìn)入下一循環(huán)的回程。二、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭受力條件比較復(fù)雜，除了承受與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相同的載荷外，縱向振擊的載荷比回轉(zhuǎn)的更大。因此，必須根據(jù)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)特點，設(shè)計出有特色的、適當(dāng)?shù)?、性能好的鉆頭。液動沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭有以下特點：（1）鉆頭剛體選用優(yōu)質(zhì)鋼材，壁厚，長度較大，常采用40Cr、45CrNi合金鋼；只有小沖擊功的情況下，采用50號、40號鋼。（2）選用抗沖擊性較強的合金。（3）刃角較大，采用八角柱狀不對稱切削具較多.（4）底出刃較普通回轉(zhuǎn)鉆頭大，一般為3~5mm，出刃多為平底形，階梯狀出刃鉆頭用于中硬或硬巖層。（5）液路通道斷面較大，有利于冷卻和減少背壓，水口形式多采用三角形和半圓形。沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭結(jié)構(gòu):大八角肋骨硬質(zhì)合金鉆頭;長方片狀肋骨式硬質(zhì)合金鉆頭第三節(jié)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝一、沖擊鉆進(jìn)機理破碎堅硬巖石時，沖擊鉆進(jìn)過程中的沖擊載荷的特點是接觸應(yīng)力瞬時可達(dá)極高值，應(yīng)力比較集中，使巖石產(chǎn)生裂紋，裂紋的發(fā)育使巖石剪崩。在軟、塑性巖石中，因巖石吸收大量的沖擊能，沖擊難以產(chǎn)生剪崩的效果。二、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的機理沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時，鉆頭上的切削具受到三種力的作用，即回轉(zhuǎn)力、軸向靜壓力和沖擊力。在三種力的共同作用下，切削具以沖擊剪切和回轉(zhuǎn)切削兩種方式破碎巖石。在兩次沖擊之間造成孔底局部巖脊，而回轉(zhuǎn)的切削具則將這已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋的巖脊從孔底巖體上切削下來，（1）在硬的、脆性的巖石中鉆進(jìn)，巖石破碎主要是沖擊力的結(jié)果，鉆具的回轉(zhuǎn)僅起移動沖擊點位置、切削巖脊的作用；而軸向靜載荷則是用來克服鉆具在沖擊時的反彈力，對孔底巖石造成預(yù)加應(yīng)力。軸向靜載荷與回轉(zhuǎn)力對巖石產(chǎn)生了附加剪切作用，有利于破巖。（2）對于中硬、塑性較大的巖石，其破碎方式以回轉(zhuǎn)切削為主，沖擊作用是輔助的。沖擊作用對巖石造成裂隙，為回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的切入和切削巖石創(chuàng)造十分有利的條件。（3）對塑性大的巖石來說，沖擊力破巖作用不大，鉆頭切削具的磨損主要發(fā)生在回轉(zhuǎn)過程中。三、沖擊參數(shù)表征沖擊器產(chǎn)生和施加給巖石以動載作用的特性指標(biāo)：①沖擊功－決定于沖錘重量和沖擊速度;②沖擊速度;③沖擊頻率-沖錘單位時間內(nèi)的沖擊次數(shù)。沖擊間距：在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，切削具兩次沖擊之間的移動距離。①隨著沖擊功的增大，巖石破碎穴的寬度和深度增加，因而鉆進(jìn)效率提高。②增加沖力功主要依靠增加錘重量和沖擊速度。③沖擊功的增加可以提高鉆速，但單位體積破碎功不一定降低；沖擊功的增加，還受切削具的質(zhì)量、沖擊器性能以及水泵的能力等因素限制。④隨著沖擊速度的增加，巖石的塑性系數(shù)下降，硬度和屈服極限上升，破碎比功增加。⑤巖石的脆性增大，有利裂紋發(fā)育和脆性破碎，鉆速增加。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)⑥對于一定巖層，存在一個最優(yōu)沖擊間距；合理選擇沖擊間距，即轉(zhuǎn)速與沖擊頻率之間合理配合，直接影響破巖效果和鉆頭使用壽命。⑦沖擊間距、沖擊頻率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下：n=60NS/πD式中S——切削具的沖擊間距，mm；n——鉆頭回轉(zhuǎn)速度，r/min；D——鉆頭的平均直徑，mm；N——沖擊器的沖擊頻率，Hz。四、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)規(guī)程1、鉆壓液壓沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)加在鉆頭上的壓力有兩個方面的作用：（1）在巖石中造成一定的預(yù)應(yīng)力；（2）克服沖擊器所產(chǎn)生的反彈力。對于不同硬度的巖石來說，巖石越軟，鉆壓的影響越??；巖石越硬，鉆壓的影響越大2、轉(zhuǎn)速（1）沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)速相對較?。唬?）轉(zhuǎn)速的選擇主要考慮沖擊間距，巖石越硬，其抗破碎阻力越大，越容易崩刃和磨損切削具，沖擊間距應(yīng)小一些。這樣才能使孔底的巖石形成連續(xù)性的破碎，達(dá)到提高鉆進(jìn)效率，減少磨損、崩刃的目的。（3）各種巖石都有最優(yōu)的沖擊間距，必須在施工中累積資料。前蘇聯(lián)對于9~11級巖石，最優(yōu)沖擊間距為5~8mm；對于7~8級巖石，最優(yōu)沖擊間距取8~14mm。3、泵量與泵壓（1）對于液動沖擊鉆進(jìn)，泵量不僅影響到洗井的質(zhì)量，而且影響到?jīng)_擊器沖擊功和沖擊頻率，從而影響到鉆進(jìn)的效果。（2）沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，泵量增大，沖擊器的沖擊功就增大，因此，水泵要正常工作，應(yīng)盡量滿足沖擊器工作時的泵量要求。（3）