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簡介

鉆機是向地下鉆孔的機械。其主要作用是帶動鉆具破碎孔底巖石，提出或下入在孔內的鉆具。按破碎巖石的方式，鉆機一般可分為回轉式鉆機、沖擊式鉆機和沖擊回轉式鉆機等幾大類;根據用途又分為石油鉆機、巖心鉆機及水井鉆機等。按結構的不同，以上各種類型和用途的鉆機又分為許多型式。油(氣)井鉆井中，鉆機通常是指鉆井用的成套設備，故又稱“鉆井設備”。它包括動力機、轉盤、傳動和控制設備、絞車、天車、游動滑車、水、大鉤、泥漿泵、井架及其他附屬設備等。我國石油鉆井的鉆機均按起重能力分類。例如，起重能力為30噸的鉆機zui大鉆井深度可達800米;180噸的可鉆4000米;等等。按動力類型，又分為內燃機驅動和電動機驅動兩種。潛孔鉆機鉆進孔深相對較淺，無液壓提升裝置，鉆具起降*用卷揚機。一般采用空壓沖擊器，以空氣為介質沖洗巖粉。動力系統一般為電機。

工作原理

潛孔鉆機鑿巖原理，即和重型鑿巖機一樣，是間歇沖擊巖（礦）石，連續回轉，不同的是潛孔鉆機的沖擊機構一潛孔沖擊器裝于鉆桿的前端，潛入孔底，活塞直接沖擊鉆頭，且隨鉆孔的延伸，不斷推進。潛孔鉆機即因沖擊器潛入孔底而得名。鉆機由沖擊機構2中的活塞完成沖擊鉆頭1的沖擊動作，并由回轉機構4實現回轉動作。由調壓機構6完成推進力大小的調節，以完成鉆孔工作，鉆機的升降與調幅由機構7完成。各種動作由操縱機構5來控制。支承機構可以是支架或鉆車。鉆孔過程中形成的巖屑（粉），則由流經鉆桿與孔壁之間的氣體或水排至孔外。

潛孔鉆沖擊器 -性能特點：

1.采用了當代鑿巖理論設計沖擊器內部結構尺寸，使沖擊器獲得的能量傳遞，單次沖擊功大、鑿巖速度更快。

2、*的錐度變徑設計，鉆孔時如出現碎石和泥土卡死現象，鉆機上提時錐度變徑可以減少上提阻力、*降低了沖擊器提不出來的故障發生。

3、為了防止穿孔鑿巖作業中的粉塵污染現象，產品的主要零部件還采用了特殊的電腦程控熱處理新工藝，以利于在壓縮空氣中加入少量高壓水，進行濕式鑿巖以保護操作者的健康。

4、此設計用戶可以不用變徑接頭而直接和鉆桿連接，減少用戶生產費用。

潛孔鉆機不像鑿巖機接桿鉆進那樣，能量損失隨釬桿接頭增多而增加，因它的鉆桿不傳遞沖擊能，故沖擊能量損失小，因此可打更深的孔。由于沖擊器深入孔內作業，工作面噪聲大大降低，且鉆孔精度較高。液壓鉆機鉆進孔深適應范圍廣，有液壓提升裝置，起下鉆具用卷揚機。可采用液壓沖擊器及空壓沖擊器。可采用液體及空氣等為介質沖洗巖粉。動力系統可采用柴油機或電機回轉鉆機是由動力裝置帶動鉆機回轉裝置轉動，從而帶動有鉆頭的鉆桿轉動，由鉆頭切削土壤。回轉鉆機用于泥漿護壁成孔的灌注樁，成孔方式為旋轉成孔。根據泥漿循環方式不同，分為正循環回轉鉆機和反循環回轉鉆機。　　正循環回轉鉆進是以鉆機的回轉裝置帶動鉆具旋轉切削巖土，同時利用泥漿泵向鉆桿輸送泥漿（或清水）沖洗孔底，攜帶巖屑的沖洗液沿鉆桿與孔壁之間的環狀空間上升，從孔口流向沉淀池，凈化后再供使用，反復運行，由此形成正循環排渣系統；隨著鉆渣的不斷排出，鉆孔不斷地向下延伸，直至達到預定的孔深。由于這種排渣方式與地質勘探鉆孔的排渣方式相同，故稱之為正循環，以區別于后來出現的反循環排渣方式。反循環回轉鉆機成孔是由鉆機回轉裝置帶動鉆桿和鉆頭回轉切削破碎巖土，利用泵吸、氣舉、噴射等措施抽吸循環護壁泥漿，挾帶鉆渣從鉆桿內腔吸出孔外的成孔方法。根據抽吸原理不同可分為泵吸反循環、氣舉反循環和噴射（射流）反循環三種施工工藝。泵吸反循環是直接利用砂石泵的抽吸作用使鉆桿內的水流上升而形成反循環；噴射反循環是利用射流泵射出的高速水生負壓使鉆桿內的水流上升而形成反循環；氣舉反循環是利用送入壓縮空氣使水循環，鉆桿內水流上升速度與鉆桿內外液體重度差有關，隨孔深增大效率增加。當孔深小于50m時，宜選用泵吸或射流反循環；當孔深大于50m時，宜采用氣舉反循環。

應用范圍

立軸式巖心鉆機，廣泛被應用于探礦、鐵路、公路、港口、橋梁、水利水電、隧道、水井、工民建筑、工程地質勘探、大口徑鉆孔樁以及小口徑金剛石巖芯鉆探等工程的施工。1992年被中國南極科學考察隊選用，成功實現世界在南極洲進行的深層取樣。并且曾榮獲省、部優產品稱號。其zui大特點有：1，結構合理、性能優良、可靠性好。2，便于維護、保養和搬遷。3，各部件間互換性良好。4零配件通用性好。

鉆機用途及結構特點

主要用于礦井內部各種角度的探水、探煤、抽放瓦斯、防塵注水及其它用途的鉆孔。亦可用于地面地質勘探、樓房地基加固及其它用途的鉆孔。

結構特點

鉆機采用機械傳動，結構簡單，體積小，重量輕，操作方便，性能可靠。鉆機配有液壓卡盤及液壓給進油缸

鉆孔樁施工控制要點：

鉆機就位

鉆機就位，必須使其底座支墊平衡，支墊物不要壓在護筒上。對于采用沖擊（抓）鉆具的鉆架必須用纜繩或斜撐予以加固。回旋轉鉆機就位必須用水準尺較準。保證鉆機起重滑輪、轉盤中心、護筒中心在一條垂直線上，偏差不得大于2CM.鉆進過程中，必須每班次進行對中核對，防止移位。鉆進作業必須連續，不得長時間停鉆。

錨固鉆機和非開挖鉆機的知識

近年來新型錨固鉆機和非開挖鉆機均采用液壓傳動。密封同隙因軸受徑向力作用而增大，所以內部泄漏大．隨著液壓傳動系統設計中液壓元件的選擇關系到鉆機的性能和軸磨損增大，而無間隙補償，因此容積效益低，使用壓力也因工作可靠性以及鉆機壽命等問題。本文就液壓泵、液壓 5選 此受到限制。容積效率通常僅為40％ 60％ ，適用于小負載及冷卻器的選擇問題發表些看法。 間歇工作場臺。如鉆機擰管機就可采用這種馬達。

l 液壓泵

目前鉆機上選用的液壓泵有兩婁，即軸向柱塞泵和齒輪泵。軸向樁塞泵具有壓力高，容易實現變量等優點；但對液壓油液污染敏感，濾油精度要求高價格貴，野外施工現場維護較難。齒輪泵則不存在上述缺點。

1)齒輪泵具有結構簡單緊湊．體積小，自吸能力好，對污染物不敏感，工作可靠，壽命長，便于維修，成本低等優叉田齒輪是對稱的旋轉體，故允許高速旋轉，轉速范圍為1300～400o r／rain，泵的流量范圍為2 5～750l／rain，壓力范圍為10315 bar。目前國內高壓齒輪泵品種多，規格齊全。其額定壓力為160、200、250 bar，容積效率高于90％，一般可以滿足鉆機液壓系統的要求。

2)齒輪泵的缺點是不能實現變量，但可通過兒個泵的丹流與合流實現有級變速=兩個齒輪泵實現3種速度，hj滿足般鉆機的要求如設計要求更多檔位的轉速，則可選用雙速馬達或兩個液壓馬達通過串并聯實現6級調速。

3)兩個齒輪泵和 個給進齒輪泵組成3聯齒輪泵 3聯齒輪泵通過輔助接盤可與動力機直接聯接，不慢省去丁中問傳動機構，而且保證r傳動的質量

2 液壓馬達

液壓馬選分高速小扭矩馬達和低速太扭矩馬達兩類

低速大扭矩馬達可直接與工作機構連接，不需要減速裝置．

大大簡化了傳動機構。鉆機常用的低速^扭矩馬達有擺線

鉆井平臺

主要用于鉆探井的海上結構物。上裝鉆井、動力、通訊、導航等設備，以及安全救生和人員生活設施。海上油氣勘探開發*的手段。主要有自升式和半潛式鉆井平臺。①自升式鉆井平臺。由平臺、樁腿和升降機構組成，平臺能沿樁腿升降，一般無自航能力。1953年美國建成*座自升式平臺，這種平臺對水深適應性強，工作穩定性良好，發展較快，約占移動式鉆井裝置總數的1／2。工作時樁腿下放插入海底，平臺被抬起到離開海面的安全工作高度，并對樁腿進行預壓，以保證平臺遇到風暴時樁腿不致下陷。完井后平臺降到海面，拔出樁腿并全部提起，整個平臺浮于海面，由拖輪拖到新的井位。 ②半潛式鉆井平臺。上部為工作甲板，下部為兩個下船體，用支撐立柱連接。工作時下船體潛入水中，甲板處于水上安全高度，水線面積小，波浪影響小，穩定性好、自持力強、工作水深大，新發展的動力定位技術用于半潛式平臺后，工作水深可達900～1200米。半潛式與自升式鉆井平臺相比，優點是工作水深大，移動靈活；缺點是投資大，維持費用高，需有一套復雜的水下器具，有效使用率低于自升式鉆井平臺。

工作流程

鉆井機包括鉆具、提吊系統、旋轉系統、洗井系統及其他輔助設施。鉆具由鉆頭和鉆桿組成，用于破巖和傳遞轉矩，鉆頭刀盤上鑲嵌不同形式的*。鉆具由鉆塔和提升設備組成的提吊系統下放或提吊。旋轉系統通過轉盤轉動鉆桿。洗井系統驅動洗井液(見鉆井流體)循環流動，沖洗巖渣并保護井壁。此外還有起重、打撈和測井儀表等輔助設備。鉆井的主要工序是鉆進、洗井和支護。中國礦山鉆井機起初由石油鉆機(見鉆井設備)改裝而成，以后制造出ND-1型、BZ-1型、SZ-9/700型等鉆井機。蘇聯生產 型擴孔鉆井機，型取心鉆井機，美國生產CSD型鉆井機

鉆進  根據鉆機能力和井筒直徑的不同，分為一次全斷面鉆進和先鉆超前小孔然后分級擴孔鉆進。在松軟沖積層中多用或長齒滾刀，軟巖中用楔齒滾刀，硬巖中用盤形滾刀和球齒滾刀。*在鉆頭自重作用下壓入巖石，旋轉、擠壓、剪切、破壞巖石。影響鉆進速度的主要因素是鉆壓、轉速和洗井凈度。鉆頭重量作用在*上的垂直壓力稱鉆壓，其大小由*壓入巖石的條件決定。通常楔齒滾刀常用長度比壓，即*與巖石接觸的單位長度上的壓力；球齒滾刀常用面積比壓，即*與巖石接觸的單位面積上的壓力。為保證鉆井垂直度，常使鉆頭處于半懸吊狀態，僅用鉆頭在洗井液中重量的40～60％作為鉆壓鉆進，稱減壓鉆進。*破巖的速度隨鉆頭轉數的增加而加快。轉數受鉆頭外緣線速度、*允許自轉速度與轉盤扭矩約束。鉆頭外緣線速度因護壁要求，在流砂層一般小于或等于0.7m/s，土層中小于或等于1.5m/s，基巖一般小于3m/s。

洗井  為減少巖渣重復破碎,提高鉆井效果,要求較好的洗井凈度。洗井液的性能、流量、流體的壓力和鉆頭結構形式等,都對洗井凈度有直接影響表土層鉆進用泥漿作洗井液，其比重為1.15～1.25, 粘度17～25Pas，失水量每30分鐘6～12cm,泥餅厚0.5～1.5mm,pH值7～9，膠體率≥97％，含砂量≤2～3％。在巖石中鉆進時可用清水作洗井液。洗井方式一般采用洗井液自鉆桿內流出的反循環方式，有的國家采用混合循環，正循環洗井僅用于小直徑井筒鉆進。反循環時由壓氣排液器（也稱空氣吸泥機）驅動洗井液循環流動，把巖屑帶出井筒外。

支護  使用預制鋼筋混凝土、鋼或復合井壁。常用懸浮下沉法下放井壁。通過一個特制的井壁鍋底與井壁聯接。各節井壁用鋼制法蘭盤和螺栓聯結，法蘭盤外側焊接密實并涂以防水涂料，以防漏水。井壁下沉時，井筒內要適量灌水，以控制下沉速度。井筒外側也要注水，以減小下沉時的摩擦阻力。沉至井底后，再進行壁后注漿充填。深井可分段下放井壁，分段注漿充填或在zui后一次充填。

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