1、旋挖鉆機入巖，你必須知道這6點!1入巖旋挖鉆機主機應具備的基本條件：巖石中能量耗散規律和動態斷裂準則明確指出：當加載能量小于某一門檻值時，其加載能量完全不參與裂紋擴展，全部為無用耗散能量；當加載能量達到動態斷裂準則時，巖石動態破壞，無功耗散能量大約為15%。”以這一理論為出發點，入巖旋挖鉆機必須具備大的加壓能力和大的動力頭功率（大扭矩和高轉速）。首先，巖石巖石在大加壓力作用下，可實現巖石節理的貫通和裂紋形成，內聚力消失從而只克服摩擦力就能從巖體上分離；可實現小巖體在壓力作用下被擠壓向自由面，裂紋擴展到自由面，小巖體被剪斷從巖體上分離；也可實現RQD大于75的完整巖石在碾壓作用下形成巖屑。只有完

2、整的巖石被變為碎塊和碎屑，才能實現鉆進。其次，大扭矩和高轉速的液壓動力頭是實現沖擊作業的必要條件。在鉆頭截齒切削軌道上，截齒撞擊凸起的巖體，動力頭被減速，當截齒越過凸起的巖體轉速加快沖向新的凸出巖體，在高速、低速的轉化中巖體不斷被撞擊，高速與低速間速度差越大，凸出巖體得到的沖擊越大，只有大扭矩和高轉速的液壓動力頭才能增大高速與低速間速度差，對于旋挖鉆機（功率較小的破巖機械）入巖而言，沖擊能有效的制造出一些大的載荷從而越過巖石脆性斷裂或塑性屈服的門檻值：旋挖鉆機要入巖必須實現沖擊過程。從入巖工況看，必須提高設備自身抗振動能力。入巖作業中的振動來源是鉆頭與巖石間的相互作用、鉆桿彎曲變形、鉆頭偏心、

3、鉆具質量分布不均等。鉆壓在增壓、減壓、浮動模式下連續循環，這一循環是操作者控制的，其頻率大約為0.100.3Hz,這也是入巖鉆進的振源之一。其次，入巖作業中某一個或幾個鉆齒不斷撞擊凸起的巖石形成不規律的剎車'現象，鉆具轉速越高、巖石凹凸不平越多剎車”頻次越高，這一振動有時頻率很高，而且振動的激勵、疊加和衰竭規律性也很差。從以上振動來源看，無法通過主動振動來抵消被迫振動造成的對設備的損壞，必須提高設備自身抗振動能力。從巖石破碎的脆性斷裂或塑性屈服的門檻值”看，要求必須給巖石施加足夠的力。這就要求入巖旋挖鉆機必須有足夠的重量，以實現鉆機大加壓能力。總之，大加壓力、動力頭大功率和鉆機必須有足

4、夠的自重，是入巖對旋挖鉆機設備本身最基本的要求。2旋挖能入巖是依靠沖擊作用實現的：從入巖鉆進中對巖石作用力的方式看，各種鉆機都力求實現對巖石的沖擊作用，因為沖擊使設備輸出的力遠遠超出靜力輸出。例如潛孔錘是通過沖擊器直接沖擊巖石；反循環鉆進中牙輪滾刀、楔形滾刀等是通過滾刀上各個點回轉半徑不同實現自轉過程對巖石的沖擊。旋挖鉆機入巖作業是通過控制鉆壓來實現對巖石沖擊的。鉆壓在圖二所示的模式下連續循環浮動、增壓、減壓三個節拍。增壓時鉆頭轉動阻力增大而減速，減壓時鉆頭轉動阻力減小而加速，從動量、沖量轉化方程可知速度變化越大，變化時間越短對巖石的沖擊力越大。通過沖擊，有效解決了鉆機對巖石作用力不足，難以超

5、越破碎巖石最低載荷值問題。通過對巖石的沖擊也有利于自由面的形成。鉆頭連續轉動中，刀頭間歇地沖擊巖石，結果在刀具運行方向上不斷形成凹凸不平，舊的凸起被破壞后又形成新的凸起。這些凹凸不平是鉆進的自由面，無論是大自由面還是小自由面都有利于巖石受載荷（特別是受沖擊載荷）后變形從整塊巖體上剝離形成巖屑，從而增加了鉆進效率。鉆機大的加壓能力和大的動力頭功率是實現入巖的設備條件，將設備能力轉化為有效破巖能力必須經過脈沖加壓操作方式的合理配合。從圖二入巖鉆進的合理加壓模式”看，旋挖鉆機入巖加壓模式為動、靜載聯合作用，靜載可以提高沖擊動載的作用力峰值。靜載還可以將鉆齒壓在孔底巖石上，使動載作用直接傳遞到巖石，減

6、少功率傳遞損失和彈性碰撞的功率損失。動載有利于使對巖石的作用載荷超越一個門檻值。ifvvvvvv'0-時同支巖鉆進的合理揄壓模式AA-AH史幽f儂I外於附戢巖筒皓在入巖加JS模式下形成的切肖瞅跡3旋挖鉆機入巖能力和加壓模式的有效傳遞及鉆桿應滿足的基本要求：旋挖鉆機入巖鉆進中，設備的扭矩和加壓力以及加壓模式在巖石上的體現是通過鉆桿傳遞的，鉆桿在主機能力及對巖石作用方式的傳遞上起至關重要的作用。為了實現對巖石的沖擊作用，操作人員必須控制加壓裝置對鉆桿進行加壓、減壓、浮動的循環操作，以使巖石受到沖擊。如果這種脈沖式的加壓力在傳遞過程中被結構的彈性變形吸收，巖石就得不到有效的沖擊。本次試驗中為

7、單節鉆桿，這有利于傳遞可控鉆壓，圖二為合理的入巖加壓模式，壓力在大小循環中可能通過多層桿的傳遞被衰減，多層鉆桿傳遞壓力模式問題需重點考慮，鉆桿層數越少越有利于鉆機對巖石沖擊作用的形成，在多層鉆桿未完全伸出時，鉆桿緩沖彈簧剛性越大越有利于脈沖鉆壓的傳遞。脈沖鉆壓峰值點過大的鉆壓會使鉆桿局部發生失穩變形或因失穩某一局部反復承受徑向交變載荷發生疲勞斷裂。因此，鉆桿管體要加厚，以增強徑向變形抗力；材料彈性要加大，以增強在交變載荷下抗疲勞能力。4入巖作業中鉆頭必須得到重點關注：在巖石的力學性能中，抗壓能力最強，抗拉伸、剪切、彎曲能力差得多，而地下鉆孔作業機具受作業空間限制很難直接對巖石進行直接的拉伸、剪

8、切、彎曲。這就需要通過鉆頭將設備提供的壓力和扭矩轉化為對巖石的拉伸、剪切、彎曲。要使鉆頭有效鉆進巖層，應從以下5個方面解決問題。1、鉆頭結構與布齒：鉆頭結構與布齒決定能鉆出什么形狀的自由面、自由面的大小、自由面多少。從下圖四、圖五、圖六可以看出，鉆頭前期鉆進為后期鉆進提供了自由面。由四、坦婢曦玷頭玷曲彤應得自由面圖五、轅蠅斥拈擊鞏碳即白南面圖六、錐墀旋和筒鉆交替作業所形成的自由面先期鉆進的鉆頭為下一個鉆進的鉆頭制造了巖體破碎的自由面。巖體受力后，無拘束的自由面為小巖塊運行提供了空間，從圖四看刀具上的壓力已被轉化成剪切力、拉伸力或彎矩，巖體在這些力的作用下從大巖體上剝離。兩種以上的鉆頭交替作業能

9、互相提供自由面（如圖六）使鉆進效率大大提高，從而提高了破巖能力，降低了對主機過大的功率需求。對入巖而言，不同的巖層性質要有針對性地配用鉆頭，鉆頭的結構、鉆頭上刀具的形狀（截齒、斗齒等）和布置（疏密、空間角度）要根據巖體強度、節理的發育程度、節理的傾斜角、孔隙比、結構間距、巖體抗剪強度的內聚力和摩擦角等巖石性質針對性設置，萬能作業鉆頭是不存在的。2、巖屑的運動：巖屑對鉆頭在孔內鉆進有阻礙作用，巖屑的阻力小，設備能力用于做有效般運用螺旋輸送原理輸送和引導功。用螺旋鉆頭、嵌巖筒鉆、撈渣斗等鉆頭配合鉆孔中,渣屑運動和排出。渣屑流動順暢的鉆頭鉆進較省力。圖七、嵌巖筒玷上形成渲屑運行的結構圖八、單頭單螺椎

10、螺旋圖十、造肩從螺旋導渣條間隙港人鉆茴3、齒的失效形式：齒是直接作用于巖石的刀具，在使用中主要失效形式大致有四種：其一,摩擦熱過大，齒與巖層接觸面逐層軟化（甚至熔化）被巖石擠壓、摩擦發生流動；其二，耐磨性差；其三，一個鉆頭上同時作業的鉆齒少而超負荷作業；其四，沖擊載荷過大斷齒。其它還有硬質合金過軟、硬質合金與胎體焊接不合格等。過熱軟化而失效的截齒屬于胎體材料熱強性差；胎體上出現大的犁溝，說明胎體硬度遠低于磨料硬度；硬質合金出現可見的犁溝，為硬質合金太軟；硬質合金脫落原因為釬焊質量差；少數齒超負荷作業為鉆頭布齒不規矩。目前，齒失效最大原因是齒質量太差，首先是專業廠家生產的截齒在市場上占有率低，非

11、專業廠家基本不了解什么性能的齒能滿足使用要求；其次，用戶買齒時圖便宜，不考慮性價比。圖十一、失效的截齒4、幾種鉆頭的配合使用：幾種鉆頭的配合使用的目的在于交互提供利于巖石破碎的自由面，將巖石破碎后，再把破碎了的巖石取出。這就涉及二個問題，第一，鉆頭的結構交互提供利于巖石破碎的自由面的可能性；第二，每種鉆具鉆進深度的掌握。用旋挖鉆頭入巖最常用的鉆頭配合模式有適合硬巖(15<RsK200MPa)的模式：錐螺旋鉆頭+嵌巖筒鉆+硬巖撈砂斗+其它工具(如大塊石打撈鉆頭)和適合軟巖(5<RaK20MPa)的模式：平頭螺旋鉆頭+硬巖撈砂斗。還有旋挖鉆機配反循環工法和旋挖鉆機配大口徑氣動潛孔錘工法

12、等，但這二種工法均不能體現旋挖鉆機的優勢，在此不多說明。5、如何撈取大塊巖石：用鉆桿帶鉆頭直接撈取孔內脫落的大塊石是旋挖工法中撈取大塊巖石的最有效辦法。操作者要會感知大塊巖石已經從巖體上脫落，大塊巖石從巖體上脫落后還要根據巖石的特性判斷是破碎后撈渣還是整體打撈。現在市場上缺少從孔內整體打撈大塊巖石工具。但必須解決在深孔撈取大塊巖石問題，大塊巖石不能撈出鉆進就無法繼續進行。5必須力求減少因振動造成的設備損壞和事故發生：在入巖旋挖鉆機主機應具備的基本條件”中闡述了設備振動的成因，振動危害如下：設備結構在振動作用下應力循環加速，結構出現過早疲勞失效。因為振動方向的不確定性，鉆機結構受載更為復雜，在結構內部形成過多的三軸力，設備更容易被破壞。由于振動的激勵、疊加和衰竭使很多結構從受靜載荷變為動載荷，而且大多為沖擊載荷，對設備提出了更高的要求。加速了組織缺陷的發育和成長，如焊接微裂紋和熱影響區硬化區軟化區的過渡層、材料的內部缺陷、熱處理微缺陷等都會從振動中吸收能量得到發育和成長等。為了減少因振動造成的設備損壞和事故發生，應從以下幾點設計生長適合入巖旋挖鉆機：從動載和疲勞的角度來計算結構可靠性。嚴格選擇材料，選用適合的加工工藝并嚴格執行。減少容易在振動中失效結構（如：螺接