旋挖钻机入岩机理和钻岩效率的分析

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1、万方数据专题谂遴S0隧V蓑YlNG旋挖钻机入岩机理和钻岩效率的分析黎中银1’2，王宏伟2，解大鹏21．中国地质大学(北京)，北京100()83；2．北京市三一重机有限公司，北京102206)[摘要]叙述了旋挖钻机在桩基础施工中遇到的人岩问题，对人岩过程中岩石的受力状态以及影响因素进行分析，并针对入岩问题提出了解决的措施和建议。[关键词]旋挖钻机；入岩；能量[中图分类号]TU67[文献标识码]B[文章编号]1001554X(2008)()1—0073—05Analysisofrotarydrillingrigrock--entermechanismenergyfi

2、eldmodelLIZhong—yinl”．WANGHong—wei2．XIEDa—pen92旋挖钻机破碎入岩到目前为止仍是一个世界性的难题，主要有如下两方面原因：(1)岩石是一种各向异性、不均质、不连续的物质，弄清岩石的破碎机理，创造合理的入岩条件实现快速掘进，既要依赖于力学理论和实验手段的发展，又要依靠现代基础施工设备和工法的不断进步；(2)对旋挖钻机而言，人岩是一个新的挑战，既要使机器设备在施工过程各个环节中优化匹配，又要在工程中提高钻进破碎效率，因此对设备的设计理念、钻掘时的工法实践，都提出了更高的要求。在这一领域，北京三一重机经过长期不懈的努力终于取得

3、重大突破，研制的SR220R人岩钻机于近期完成了入岩工况试验，试验地点是北京市周口店“永富强采石场”。通过试验证实：(1)SR220R入岩钻机可以实现在压入硬度小于210MPa的花岗岩中钻进。(2)通过变换SR220R人岩钻机的配置和对作业装置优化组合后，可以大大提高钻机的人岩能力和钻进效率。1入岩作业试验简况1．1功能演示性试验2007年8月29日至9月7日，在北京市周口店“永富强采石场”，SR220R入岩钻机进行了钻岩试验，岩层为未风化雪花石花岗岩。试验采用嵌岩筒钻和单头单螺锥螺旋钻头交替钻进的工法，先用单头单螺锥螺旋钻头进行钻进，为嵌岩筒钻制造边界条件，然

4、后用嵌岩筒钻进行环切，再用单头单螺锥螺旋钻头进行岩芯破碎，二者相互形成辅助边界。加压方式采用动静载耦合方式，将低频脉冲动载叠加于静载之上，形成对岩石的冲击作用。操作中转速随着负载变化，由于岩石软硬不均、岩石表面凹凸不一致，以及钻头截齿的布置，在钻头转速快慢变换时，使截齿产生了对凸起点的凿削作用。在对不同硬度岩石钻进的过程中，破坏形式有所不同。当钻机提供的压力大于岩石的抗压强度极限的30％～5()Yoo时，会呈现出碎岩最高效的破碎形式——跃进式破碎；当钻机达不到跃进式破碎所需的动力或岩石的硬度过大时，则以研磨作用的疲劳破碎为主，这种破碎方式较前者效率低。图1为SR

5、220R图1SR220R入岩钻机[收稿日期]2007—10—22[通讯地址]黎中银，北京市回龙观辛庄桥北清路路南三产业园建筑氟拭2008．01(上半月刊)万方数据74专题论遴SURVEYING人岩钻机外形，图2为210MPa未风化花岗岩地层上的钻孔。现场试验记录见表1，从表中可以看出钻机在强风化和弱风化的花岗岩岩层(单轴抗压强度为100～130MPa)中钻进可以达到一个相对较快的进尺速度，在这个范围内，孔径1．25m、钻机图2花岗岩地层上的钻孔静载200kN、峰值载荷400kN时可以实现“跃进式破碎”。当岩石的抗压强度升高时，钻进速度明显降低，经现场观察，此时的

6、破碎方式主要为研磨和疲劳破碎。1．2参数验证性试验在整个试验过程中，安排了常规的参数验证性试验：运用数理统计的方法，以提高岩石破碎效率、实现低成本快速钻进为目的，对不同组别的硬岩、风化岩，从工作装置(钻杆、钻具等)、施工工艺和工法等角度设计了多组参数进行试验。尽管样本量偏小，但仍可得出一些倾向性的结论：(1)螺旋钻头锥角参量的变化、点式刀具截齿的不同排列方式、嵌岩筒钻的环切参量等对提高破碎岩石的效率具有重要影响。(2)采用不同的钻进加压模式，从能量场的角度，可合理分配破碎比功、控制钻进加压的脉动频率、提高截齿钻具的磨蚀性等，对入岩钻机的使用经济性有重要意义。(3

7、)使用点式刀具是入岩破碎的基本前提，如何增加钻机的磋碾剪切和循环冲击劈岩效应是完善入岩工法、改进设备的基本方向。表1现场试验记录一次钻进日期钻头地质钻进深度／ram时问／rain弱风化花岗岩，敲击震手，声音9．1三一声1250嵌岩筒钻1()实测320脆，回弹大。弱风化花岗岩，敲击震手，声音9．3三一声1250嵌岩筒钻3×4实测130脆，回弹大。弱风化花岗岩，敲击震手，声音显示1709．3三一声1250嵌岩筒钻(5个新齿)8脆，回弹大。实测200强风化花岗岩70mm，弱风化9．5三一≯1250嵌岩筒钻(5个新齿)4实测130130mm。9．5北探乒1000双头单螺

8、锥螺旋弱风化～微风化花岗