【正文】 培訓(xùn)講義一、 水平定向鉆機第一節(jié) 設(shè)備能力的定義大部分的機器均采用回拖力來衡量設(shè)備能力的大小，例如：CASE60Ditch WitchJT70VermeerD55100、AMERICAN AUGERSDD990、北京土行孫DDW3深圳鉆通ZT35等。進口的設(shè)備一般以磅為計量單位，國產(chǎn)機器都以KN來衡量推拉力。除了推拉力，所有的設(shè)備還有一個重要的參數(shù)——扭矩。在定向鉆發(fā)展的初期階段，人們認(rèn)為設(shè)備主要是用來回拖管線，制造廠商會著重宣傳機器的推拉力。隨著技術(shù)的發(fā)展，大家都認(rèn)識到扭矩也是一個重要的因素。因為，在定向鉆施工時，主要是靠扭矩來切削地下土層，設(shè)備沒有合適的扭矩，也同樣不能很好地完成工程。因此，對于不同能力的定向鉆必須有相互配合的推拉力和扭矩。另外，國外制造的機器都按照標(biāo)準(zhǔn)配備了機載高壓泥漿泵，也非常重視機載高壓泥漿泵的輸送能力。這種配置的出發(fā)點在于——認(rèn)識到泥漿對定向鉆施工的重要性：泥漿是一種工具，其在定向鉆施工中的重要性—相當(dāng)于人體的“血液”，其主要目的減少施工阻力和風(fēng)險，是發(fā)揮定向鉆潛力的“酵母”。第二節(jié) 定向鉆的組成定向鉆機的主要由以下幾部分組成：發(fā)動機——為液壓系統(tǒng)提供動力；液壓泵——為各種動作的提供液壓能量；液壓馬達(dá)和液壓缸——執(zhí)行需要的工作動作。在定向鉆機中，發(fā)動機是設(shè)備的主要部分，它的性能好壞直接影響到機器是否能保持良好的工作狀態(tài)。如果沒有足夠的功率支持，在施工中遇到較大的阻力時，就會出現(xiàn)發(fā)動機不能正常工作甚至熄火的現(xiàn)象。按照要求進行使用、維護和保養(yǎng)，是讓發(fā)動機延長使用壽命的關(guān)鍵。液壓泵是定向鉆機中的核心部分，它們?yōu)樗械墓ぷ魈峁┝藙恿碓?。一般選用二到三個液壓泵來分別為不同的工作部分提供高溫高壓液壓油。在定向鉆機的施工中，需要實施推拉、旋轉(zhuǎn)、保證高壓泥漿的供應(yīng)以及完成其它的輔助動作（如裝卸鉆桿、機器行走、地錨固定等）。比較好的定向鉆機會設(shè)置了三個液壓泵來分別滿足推拉、旋轉(zhuǎn)、泥漿或輔助動作所需要的動力。液壓馬達(dá)和液壓缸是機器上的執(zhí)行部件，它們可以根據(jù)操作者的指令進行需要的動作。液壓馬達(dá)主要實現(xiàn)的是旋轉(zhuǎn)，液壓缸執(zhí)行的是直線運動。液壓馬達(dá)和液壓缸通過電—液（或液—液）控制部件與液壓泵連接在一起，形成了液壓系統(tǒng)。第三節(jié) 液壓系統(tǒng)液壓閉路循環(huán)系統(tǒng)反饋控制線動力輸入動力輸出液壓油箱液壓泵液壓馬達(dá)根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為兩種液壓工作系統(tǒng)。一種稱為閉路循環(huán)系統(tǒng)，另一種稱為開路循環(huán)系統(tǒng)，它們各自的工作原理如下圖。閉路循環(huán)系統(tǒng)的主要特點：可以節(jié)省發(fā)動機輸出功率。在閉路系統(tǒng)中運行的高壓高溫液壓油，經(jīng)過工作會消耗掉一部分能量，這些油在執(zhí)行部件的出口，相對還是處在具有一定溫度和壓力的狀態(tài)。在重新回到液壓泵的進口時，只需要通過液壓泵增加被消耗的能力部分，就好像加熱冷水和溫水所燒掉的燃料數(shù)量不同一樣。開路循環(huán)系統(tǒng)液壓泵液壓油箱控制元件液壓缸濾清器液壓油冷卻器與閉路系統(tǒng)不同的是，開路循環(huán)系統(tǒng)中的高壓高溫液壓油在工作后會通過液壓油冷卻器回到油箱。這樣，在下一次工作周期開始時，必須通過液壓泵再進行加溫加壓才能繼續(xù)提供動力。在開路系統(tǒng)中，發(fā)動機始終為液壓系統(tǒng)消耗一定的功率。第四節(jié) 定向鉆機維護保養(yǎng)各種型號的定向鉆機在操作使用說明書中都給出了具體的要求，常見的維護保養(yǎng)規(guī)程如下：1．常規(guī)例查（每工作10小時或每天）1． 檢查發(fā)動機風(fēng)扇驅(qū)動皮帶；2． 檢查冷卻水液位及冷卻系統(tǒng)；3． 檢查燃油箱油位（主機和泥漿混配系統(tǒng)）；4． 檢查機油油位（主機和泥漿混配系統(tǒng)）；5． 檢查液壓油油位；6． 檢查推拉驅(qū)動鏈條松緊程度；7． 檢查、潤滑動力虎鉗；8． 潤滑鉆桿導(dǎo)向軸承；9． 檢查所有的連接處、液壓接頭和螺栓緊固情況。主機：將鉆機沖洗干凈。冬季，在機載高壓泵、泥漿管和露在外面的鉆桿內(nèi)應(yīng)打入防凍液。泥漿系統(tǒng)：將其沖洗干凈，排放積水（在冬季時，特別要將泥漿泵中的積水排放干凈），發(fā)動機加罩防雨、防凍。a．每工作50小時或每周1． 檢查空濾及空濾指示器并根據(jù)需要加以清潔；2． 油水分離器排水；3． 檢查或更換泥漿泵曲軸箱油；4． 潤滑前推進鏈條導(dǎo)向輪軸；5． 潤滑后推進鏈條軸承；6． 潤滑驅(qū)動導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)軸；7． 檢查、潤滑履帶滾動軸；8． 檢查履帶齒輪箱油位；9． 潤滑所有控制鍵活動部位。c．每工作250小時或每三個月1． 檢查風(fēng)扇皮帶；2． 更換液壓油濾清器；3． 檢查發(fā)動機冷卻系統(tǒng)；4． 檢查蓄電池電解液液面；5． 檢查行星履帶驅(qū)動齒輪油；6． 檢查驅(qū)動齒輪箱油；d．每工作500小時或半年1． 更換泥漿泵曲軸箱油；2． 更換發(fā)動機燃油濾清器；3． 更換水泵曲軸箱油；4． 更換驅(qū)動齒輪箱油；f．每工作1000小時或一年1． 當(dāng)空濾指示器提示時，更換或者清洗空濾組件；2． 更換冷卻液；3． 更換行星履帶驅(qū)動齒輪油；4． 更換液壓油；5． 清潔或更換液壓油虹吸網(wǎng)濾清器。二、鉆具第一節(jié) 鉆頭鉆頭是定向鉆施工時的重要工具，它主要在工程開始時進行導(dǎo)向孔作業(yè)。根據(jù)不同地質(zhì)情況，可以選擇不同的鉆頭和鉆頭板。在一般的粘土層和沙土層條件下，選擇的是通用鉆頭（如圖21）。在巖石層中工作可以使用巖石鉆具（如圖25和圖26）。1. 普通鉆頭體的結(jié)構(gòu)鉆頭組件通常由主體、用螺栓固定的鉆頭板或（和）壓板組成。主體內(nèi)有一個放置可發(fā)射無線電信號的控向信號棒的隔艙，泥漿通道用來將泥漿輸送到鉆頭組件的前端，使泥漿形成一定的高壓流體噴射出來。為了保證控向信號棒的無線電信號的正常發(fā)射，主體上開有電磁通槽，該電磁通槽必須采用具有一定強度的非金屬材料進行密封。在使用時，安裝完控向信號棒后，必須按照要求做好固定防護，防止在工作中造成丟失控向信號棒。在使用有線控向信號棒時，為了便于安裝有線控向信號棒，鉆頭體采用的是后裝式。有線控向信號棒從后部裝入，在導(dǎo)線引出端必須存在密封部件，防止泥漿滲入信號棒腔體，造成漏電，影響正常工作。 圖21 通用鉆頭鉆頭體上的鉆頭板的功能是在土層中切削出一個允許后續(xù)鉆桿通過的孔道，以便完成導(dǎo)向孔作業(yè)。在工作中，隨著鉆機動力頭的動作，通過鉆桿與動力頭連接在一起的鉆頭體會進行相應(yīng)的工作。如果動力頭主軸既進行旋轉(zhuǎn)同時也進行推進，鉆頭體會基本按照預(yù)定的直線方向前進；如果動力頭主軸不旋轉(zhuǎn)，通過鉆桿推動鉆頭體前進，由于受到作用在鉆頭板上的外力作用，鉆頭板會按照停止的鐘面進行角度（方向）的改變。鉆頭板是鉆頭體上的一個重要部分。為了更好地進行施工，必須根據(jù)不同的土層情況選用不同形式的鉆頭板。在通常的土層下，基本選擇使用平板（具有或沒有耐磨合金）式。下圖就是部分鉆頭板的形式。 圖23普通土層中使用的鉆頭板 圖24硬土層、回填土層中使用的鉆頭板鉆頭板的選擇不僅考慮其形狀而且需要考慮其外型尺寸的大小，選擇的原則是：硬土層應(yīng)該選用傾斜角度和尺寸小的；軟土層可以選擇傾斜角度和尺寸大的。在硬土層和回填土層中，需要使用鑲焊合金刀頭的鉆頭板。發(fā)現(xiàn)鉆頭板磨損嚴(yán)重時，就應(yīng)該進行更換，否則會降低工作效率。泥漿通道是在制造鉆頭體時經(jīng)過專門設(shè)計和進行加工形成。它的主要作用是保證泥漿能夠通暢地輸送到鉆頭體前端。由于該通道與控向信號棒隔艙靠的很近，因此能夠冷卻鉆頭體與地層摩擦產(chǎn)生的熱量，保護控向信號棒不會因為溫度過高而損壞。在泥漿通道的出口處，可以根據(jù)需要加裝噴嘴，以便調(diào)整泥漿噴射時的壓力。每次使用前，必須檢查該通道和噴嘴是否暢通，以免因為堵塞造成控向信號棒的燒毀及其他施工事故。2. 巖石鉆頭體在巖石中進行作業(yè)，必須采用相應(yīng)的巖石鉆頭體（如下圖）。 圖25三爪式鉆頭體 圖26泥漿馬達(dá)及牙輪鉆具這兩種鉆頭體都可以在巖石地層進行作業(yè)，在實際工作中如何選擇使用哪種形式，取決于設(shè)備能力、高壓泥漿泵的配置以及配套和施工成本。三爪式鉆頭體的配套和施工成本較低，工作效率慢。在實際施工時，它的鉆進和改變方向完全依靠設(shè)備本身的能力（推力和扭矩），可以配備三爪式鉆頭體的設(shè)備能力——推力≥（30000Ibs）；主軸輸出扭矩≥5423Nm。在進行方向調(diào)整時，應(yīng)該采用定向（或稱“扇面”）切削，這種工作方式的操作步驟是，在需要改變方向的方位一定范圍內(nèi)來回進行反復(fù)的切削。例如：如果在12點鐘進行上抬操作（即要求增加鉆進角度）。第一步，在鉆頭脫離巖石的情況下，先將鐘面調(diào)整到9點鐘；第二步，向鉆頭施加一定的推力（根據(jù)巖石的強度確定推力的大小）；第三步，在推力存在的條件下，旋轉(zhuǎn)鉆頭到3點鐘；第四步，撤回鉆頭。而后重復(fù)進行上面的操作步驟，直到完成需要的角度改變?yōu)橹?。在實際操作中，必須考慮到鉆桿所能承受的彎曲，不能采取在短距離內(nèi)就完成大角度的改變要求，這樣會造成鉆桿的損壞。在直線鉆進時，與普通鉆頭體一樣進行工作，關(guān)鍵在于根據(jù)巖石的硬度，選取適當(dāng)?shù)你@進壓力和扭矩。如果兩者匹配不恰當(dāng)，會造成合金刀頭的快速磨損或損壞。泥漿馬達(dá)及牙輪鉆具的配套和施工成本較高，工作效率較快。在實際施工時，它的鉆進和改變方向完全不僅依靠設(shè)備本身的能力（推力和扭矩），而且需要大流量的泥漿。從圖176左圖中可以看到泥漿馬達(dá)和牙輪鉆具的裝配情況。需要說明的是泥漿馬達(dá)本身在某個方向上彎曲形成一個很小的角度（≤3176。），該彎曲方向與控向信號棒所要求的鐘面（12點鐘）一致。泥漿馬達(dá)的工作原理是：將具有一定壓力和流量的泥漿轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)的機械能量。在要求直線鉆進時，除了鉆桿旋轉(zhuǎn)外，泥漿馬達(dá)也會帶動安裝在一起的鉆頭旋轉(zhuǎn)。在需要改變方向時，調(diào)整泥漿馬達(dá)的彎曲指向到指定的鉆進鐘面，停止鉆桿的旋轉(zhuǎn)并在鉆桿上施加相應(yīng)的推力，依靠高壓泥漿驅(qū)動泥漿馬達(dá)帶動牙輪鉆具旋轉(zhuǎn)切削巖石，隨著該方向上的巖石逐漸被切削，就會造成方向的改變。在使用泥漿馬達(dá)時，應(yīng)該做到逐步緩慢地進行方向的改變，否則會造成泥漿馬達(dá)非正常磨損或產(chǎn)生卡鉆事故。因為，泥漿馬達(dá)的直徑比鉆桿大，在較短的距離內(nèi)無法產(chǎn)生彎曲變形，需要切削出使得泥漿馬達(dá)和鉆桿都能通過的孔道。在實際操作中應(yīng)該采用逐步改向的方法，需要根據(jù)泥漿馬達(dá)彎曲部分的長度控制需要改變方向的距離，而且改變的距離要比泥漿馬達(dá)彎曲部分的長度短，例如：，∽，當(dāng)這一段孔道被切削出來后，∽，然后再繼續(xù)進行改變方向的操作，如此反復(fù)進行，直到該段改向操作全部完成。兩種巖石鉆頭體上的硬質(zhì)合金刀頭需要根據(jù)巖石的硬度選擇，選擇的要求是：巖石硬度大，硬質(zhì)合金刀頭應(yīng)該短。使用中應(yīng)該經(jīng)常檢查硬質(zhì)合金刀頭的磨損情況，及時更換磨損嚴(yán)重的硬質(zhì)合金刀頭。第二節(jié) 鉆桿鉆桿的作用類似于汽車的驅(qū)動軸，它將旋轉(zhuǎn)扭矩和推拉力從鉆機傳遞給鉆頭體或回擴器，是水平定向鉆施工中最昂貴的鉆進工具之一。鉆桿的示意結(jié)構(gòu)如圖27。圖27 鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖進行HDD施工時，鉆桿必須有足夠的直徑和截面尺寸，目的在于：1. 最大程度地減少不必要的偏移以形成較好的直線孔道，易于鋪設(shè)管線。2. 防止像彈簧過度扭轉(zhuǎn)以便進行有效的傳遞扭矩，保證。3. 有效傳遞變向所需的推力和回擴（拖管）的拉力。4. 提供一條有效通道使鉆頭、回擴器或泥漿馬達(dá)獲得足量的泥漿。由于各生產(chǎn)廠家采用的鋼材和加工的工藝不同，因此，在使用任何一種型號、規(guī)格的鉆桿前，必須詳細(xì)了解該種鉆桿的允許使用強度和彎曲半徑。只有正確使用并且及時進行維護保養(yǎng)，才可以延長鉆桿的使用壽命。在使用鉆桿時需要注意以下幾點：1. 每次鉆進，務(wù)必適時變換鉆桿箱中鉆桿的位置，這樣能確保每根鉆桿在一定時間內(nèi)有相同的累計進尺，使整個鉆桿串可同時報廢更換。2. 只能使用高品質(zhì)的絲扣潤滑脂保護鉆桿的螺紋接頭。3. 不準(zhǔn)使用虎鉗夾持鉆桿管身，只允許夾持鉆桿的鐓鍛部位。4. 定期對鉆桿進行檢查。鉆桿為什么會損傷：在工作中的鉆桿經(jīng)常處在一種既受到拉伸（或壓縮）又受到旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的扭矩作用。l 推進和回拉時，作用于鉆桿上的應(yīng)力使鉆桿串處于壓縮（拉伸）狀態(tài)。l 由于鉆桿串在地下處在彎曲狀態(tài)，在旋轉(zhuǎn)工作中，每根鉆桿桿體都會反復(fù)受到拉伸和壓縮的交變應(yīng)力的影響，頻率達(dá)到每分鐘150次。鉆桿在何處損壞：l 管身大多數(shù)鉆桿在鉆桿的管身處斷裂。l 鉆桿接頭部位。l 如果過度彎曲持續(xù)的時間過長，公螺紋端的螺紋根部會產(chǎn)生疲勞裂紋。如何避免鉆桿的損壞：變向過度（當(dāng)變向“推進”時，傾仰角變化過快）是造成鉆桿失效的主要原因。變向應(yīng)該間隔一定長度的鉆桿逐步實施，避免超過鉆桿的彎曲極限和使鉆桿串承受破壞性的載荷。圖28 鉆桿受力圖圖29 鉆桿容易損壞部分建議的保養(yǎng)和維護錐型螺紋結(jié)構(gòu)可以無故障使用較長時間。然而，在操作或連接時造成的損傷可能會損壞錐型螺紋接頭并縮短整個鉆桿串的壽命。同其它加工精良的部件一樣，錐螺紋接頭也需要進行保養(yǎng)和維護以獲得最大的投資回報。下列步驟會幫您達(dá)到這個目的。1. 使用前，仔細(xì)清潔接頭的公螺紋和母螺紋部分。2. 鉆桿加接前，檢查每個接頭臺肩和螺紋承壓側(cè)是否損壞。3. 只能使用高品質(zhì)的絲扣油潤滑接頭。4. 用推薦的扭矩擰緊接頭。5. 拆除不用時，徹底清潔接頭。6. 鉆桿不用，尤其是將其從一處移至另一處時，始終要在接頭螺紋上安裝螺紋護套。7. 移動鉆桿時，不許拖拉或隨意處置接頭。8. 定期對所有螺紋接頭和桿體進行磁力或超聲波探傷。第三節(jié) 鉆鋌、啟始桿和扭矩套鉆鋌是鉆機上的一個重要零件，它與鉆機上動力頭主軸連接。定向鉆液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的推（拉）力和扭矩都是首先通過它，然后再傳遞到鉆桿和鉆具上。因此，在工作中需要經(jīng)常檢查其連接螺紋的磨損情況。必須及時更換螺紋磨損嚴(yán)重的鉆鋌，以免在施工中產(chǎn)生斷裂，影響工程進度，甚至造成工程失