钻孔工序在灌浆工程中的技术应用探讨Word格式文档下载.docx
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1~5级,松散地层
注:
岩石可钻性等级见本书附录。
2硬质合金钻进
2.1钻头的选择
硬质合金钻头钢体应用DZ40、DZ50、DZ55号钢材制作,壁厚7~7.5mm,高度均为85mm,连接丝扣长40mm。
内部上端带有锥度,唇部应有水口和水槽,水口高10~15mm,宽大于10mm;
水槽断面深2mm,宽6~8mm。
钻头内、外、底出刃应对称、平整,镶焊要牢固。
硬质合金切削具的型号、规格、数量、镶焊角度和出刃量,应根据岩石类别、钻头直径、地层特性等进行选择,见表2-4-2、表2-4-3。
各类硬质合金钻头结构型式见本章第三节。
表2-4-2硬质合金钻头及硬质合金选型表
钻头类型
岩石
可钻性
岩石类别
合金型号
阶梯式肋骨钻头
3~5
页岩、砂页岩、胶结差的砂岩
T105、T107
肋骨薄片式钻头
1~4
塑性及水胀性岩层
T412
刮刀式钻头
T313
直角薄片式钻头
3~4
中研磨性岩层、泥质砂岩、大理石等
T007
单双粒钻头
4~5
弱研磨性铁质及钙质砂岩、软硬互层
T105
犁式密集钻头
4~6
石灰岩、砂岩
T105、T313、T107
大八角钻头
5~7
软硬不均互层、裂隙及研磨性强岩层、砾岩等
T110
针状合金钻头
4~7
中硬砂岩、砾岩等
胎块及T313
表2-4-3硬质合金钻头切削具出刃规格表
内出刃(mm)
外出刃(mm)
底出刃(mm)
松软、塑性、弱研磨性岩石
1.5~2
中硬强研磨性岩石
1~2
2~4
2.2钻进工艺
硬质合金钻进的要领:
(1)钻头下入孔内后,应慢速、轻压扫孔到底,然后逐渐加到正常参数;
(2)经常保持孔内清洁,由钻粒换合金及硬质合金崩落时,应进行打捞;
(3)保持压力均匀,不得随意提动钻具,遇有糊钻或岩芯堵塞孔内等异常情况时,应立即提钻处理;
(4)取芯要选择合适的卡料或卡簧,因为硬质合金的磨损较快,卡簧在配置时要特别注意。
当采用干钻卡芯方法时,干钻时间不得超过2min;
(5)合理掌握回次进尺长度,每次提钻后要检查钻头磨损情况,以改进下一回次的钻进技术参数。
应根据岩性、孔径、钻头结构等因素合理选择钻进参数,表2-4-4可作参考。
表2-4-4硬质合金钻进技术参数表
岩石级别
钻压
转速
(r/min)
泵量(L/min)
普通合金(kN/粒)
针状合金(kN/块)
1~4级
0.3~0.6
1.5~2.0
200~350
>
60
5~6级、部分8级
0.5~1.0
150~250
2.3全断面钻进
灌浆孔的钻进常常不需要采取岩心,这样在基岩的强度和完整性较低的情况下,就可以进行全断面钻进。
全断面钻进方式节省了许多非钻的时间,回次进尺不受限制,可避免取芯钻进易产生的堵心等事故,从而可以加快施工进度,降低工程成本。
全断面钻进的缺点是孔斜控制的难度大于取心钻进。
全断面钻进孔底碎岩面积大,因此应尽量采用小口径钻孔和阶梯式钻头。
现在使用的全断面硬质合金钻头,大体可分为翼片钻头、矛式钻头和环翼钻头三类。
应根据岩石类别、钻头直径、地层特性等进行选择,见表2-4-5。
各类全断面硬质合金钻头结构形式见本章第三节。
表2-4-5全断面硬质合金钻头及硬质合金选型表
钻头类型
岩石可钻性
岩石名称
合金型号
翼片钻头
页岩、砂页岩、石灰岩
S306或T313
矛式钻头
松散黏土、红色砂岩及塑性强化层
T310
环翼钻头
页岩、粉砂岩、石灰岩
T105和T308
3金刚石钻进
3.1金刚石钻头和扩孔器的选择
在强研磨性、破碎、较软、颗粒度粗的岩层钻进时,应选用耐磨和高硬度胎体的钻头与扩孔器;
在弱研磨性、均质完整、硬度大、颗粒度细的岩层中钻进时,应选择低硬度胎体的钻头与扩孔器。
扩孔器外径一般应比钻头外径大0.3mm~0.5mm,岩层破碎时,宜适当加大扩孔器的外径,不宜使用硬质合金制作的扩孔器。
卡簧的自由内径应比钻头内径小0.3mm~0.4mm,若将卡簧套在相应钻头钻出的岩芯上试验,用手可以轻轻推动者为合适。
灌浆工程钻孔所使用的金刚石钻头,通常都是孕镶钻头,施工中应根据岩石的可钻性、研磨性和完整程度来选择钻头与扩孔器,表2-4-6可供参考。
各类金刚石钻头、扩孔器的结构型式见本章第三节。
表2-4-6孕镶金刚石钻头及扩孔器选用表
岩石类别
中硬
硬
坚硬
7~9
10~12
岩石研磨性
弱
中
强
天然或人造金刚石孕镶钻头
胎体硬度(HRC)
25
35
√
40
45
55
金刚石粒度(目)
30~40
60~80
100~120
扩孔器
表镶
孕镶
硬质合金
3.2钻进工艺
使用金刚石钻具要注意如下要领:
(1)定期拆洗加油,丝扣或直径磨损要及时更换;
(2)不得用管钳拧卸钻头、扩孔器和卡簧座与内管,而应用多点钳或摩擦钳;
(3)钻进时应按钻头和扩孔器外径大小,排队使用,先用外径大的,后用外径小的;
(4)新钻头下到孔底后,必须进行初磨,即轻压(1/3钻压)、慢转(1/3转速)10min左右再换用正常钻进参数。
在每一回次进尺开始时,应轻压、慢转,待钻头已达孔底正常钻进后,方可采用正常钻进参数;
(5)金刚石性脆,遇冲击易碎裂脱落,因此要求孔内清洁,不得同时采用钻粒钻进。
孔底若发现有硬质合金碎块、胎体碎块及金刚石等硬质杂物时,应采用冲、捞、粘、套、磨、吸等方法清除;
(6)钻具升降要平稳,钻头下降受阻时,只准用钳子回转,不许蹾撞;
(7)金刚石钻进时,必须随时观察泵压的变化,严防送水中断;
(8)打捞残留岩芯或脱落岩芯不得用完好的钻头,应用旧钻头或岩芯打捞器进行;
(9)金刚石钻进要合理选择钻压、转速、泵压和泵量等技术参数,随时调整在不同条件下各参数之间的有机配合,以取得最优的技术经济指标。
因此在调整参数时,不能单纯从提高效率考虑,要同时兼顾质量、成本、安全等因素。
表2-4-7所列参数,可在施工中参考使用。
表2-4-7孕镶金刚石钻进推荐钻压、转速、泵量参数表
参数类型
钻头直径(mm)
46
56
66
76
钻进压力(kN)
2~3
6~7
立轴转速(r/min)
600~1700
500~1350
450~1150
400~1000
进水泵量(L/min)
20~25
25~30
40~50
3.3金刚石钻头磨损原因的分析
及时、正确的分析钻头磨损原因,判断钻进技术参数的合理性,并发现问题,改进操作方法,调整技术参数,以指导后续的钻进施工,见表2-4-8、图2-4-1。
表2-4-8孕镶金刚石钻头磨损原因分析表
磨损情况
原因分析
底面逐渐由平面过渡到圆弧形,
金刚石裸露好,内外径轻微磨损
正常磨损
唇面光滑,进尺慢
胎体过硬,钻压太小
底部呈内外锥形
胎体软、泵量小、岩石碎
外径过度磨损
扫孔、孔壁掉块
内径过度磨损
扫岩芯、岩芯碎、钻具提动
胎体磨损快、金刚石脱落
胎体软、泵量小
出现台阶
孔底有硬质块体
唇面出现沟槽
冲洗液不净,孔底有硬碎屑
出现冲蚀沟槽
冲洗液含砂多,胎体软、泵量小
胎体变色
泵量小,冷却不良
胎体裂纹
水槽过深、强烈振动
图2-4-1孕镶金刚石钻头非正常磨损示意图
a-内外径偏磨;
b-底唇面偏磨;
c-内径磨成喇叭形;
d-外径磨成锥形;
e-内外径磨损严重;
f-内径磨成台阶状;
g-外径磨成台阶状;
h-胎体底唇拉槽;
i-胎体磨损过快;
j-胎体裂纹;
k-胎体掉块;
l-胎体冲蚀
4钻粒钻进
4.1钻头及钻粒的选择
钻粒钻头一般应用中碳钢45号或DZ40和DZ50钢材制做,全长500mm,普通钻头壁厚9~11mm,内径上端必须有1/100的锥度。
钻粒钻头的结构形式见本章第三节。
钻头水口形状很多,常用的有单斜边、双斜边、单弧形和双弧形。
水口上宽15~20mm,下宽为圆弧长度的1/5~1/4,高约120~150mm。
正循环钻进时,钻头的有效长度应大于150mm,反循环钻进时,钻头的有效长度应大于100mm。
钻头唇部严重变形时,必须将变形部分切除。
钻粒(钢粒)形状为直径2.5~4mm的圆柱体,长度与直径大致相等,热处理后的硬度应在HRC50以上,锤击时不碎不扁,只破成2~3瓣,并放射出火星者为优质。
4.2钻进工艺
钻粒钻进的技术参数应根据岩石物理性质、钻头直径、设备能力、钻粒质量等因素进行选择,表2-4-9可供参考。
应根据钻头直径、岩石性质、钻粒质量等选择投砂方法和投砂量。
当采用一次投砂法时,一般回次投砂量为1.5~5kg。
粗径钻具应接上1.5m长的上开口马蹄形取粉管,回次终了要进行冲孔。
孔内沉淀超过0.5m,应进行打捞。
钻头水口不宜过大,钻进过程中视情况经常调节水量。
在硬质合金钻进改为钻粒钻进时,开始应采用较小的技术参数,以防夹钻。
表2-4-9钢粒钻进技术参数表
钻头直径(mm)
转速(r/min)
钻压(MPa)
冲洗液量(L/min)
投砂量(kg)
130~150
120~200
20~40
2~5
75~110
180~300
10~30
1.5~3.5
5潜孔锤钻进
潜孔锤钻进是利用压缩空气作动力,驱动孔底冲击器而进行的冲击回转钻进。
这项技术在当代用途广泛,国外钻头直径以65~228mm居多,我国潜孔锤直径为90~273mm。
针对灌浆钻孔主要应用小口径潜孔锤钻进,一般钻孔直径不宜大于130m