【正文】 /20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進工藝 一、牙輪鉆進的鉆速方程 ? 牙輪鉆進鉆速 vm與鉆壓、轉(zhuǎn)速、牙輪磨損、壓差和水力因素間的關系式 (m/h) 式中： P— 鉆壓 kN； W— 門限鉆壓 kN； n— 轉(zhuǎn)速 r/min； K— 地層可鉆性； λ—轉(zhuǎn)速指數(shù) (1)； C2— 與齒形和巖性有關的牙齒磨損系數(shù)； CH — 孔底水力凈化系數(shù) CH≤ 1； CP — 差壓影響系數(shù) CP≤ 1； h—— 牙齒相對磨損量 ,新鉆頭 h=0， 全磨損 h=1。 ? W、 K、 λ、 C2在巖性、鉆頭類型、沖洗液和水力參數(shù)一定時是常量，可通過現(xiàn)場鉆進試驗和鉆頭資料確定。 HPm CChCnWPKv211)(????巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進工藝 二、鉆頭磨損方程 1. 鉆壓對牙齒磨損速度的影響 ? 牙齒磨損速度 式中 : D1和 D2— 鉆壓影響系數(shù)與牙輪鉆頭尺寸有關。鉆壓 =D2/D1時，牙齒的磨損速度無限大，即 D2/D1是該鉆頭的極限鉆壓。 2. 轉(zhuǎn)速對牙齒磨損速度的影響 ? 鉆壓一定時轉(zhuǎn)速 ↑牙齒的磨損速度也 ↑。 式中： Q1和 Q2—— 由鉆頭類型決定的系數(shù)。 PDDth121dd??)(dd 321 nQnQth ??巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第五節(jié) 牙輪鉆進工藝 3. 牙齒磨損狀態(tài)對牙齒磨損速度的影響 ? 楔形齒的面積將隨著齒高的磨損不斷增大，磨損速度也隨著齒高的磨損而下降。 ? 牙齒磨損速度方程 式中： C1— 牙齒磨損減慢系數(shù)； Af— 地層研磨性系數(shù)。 三、鉆進方程中有關參數(shù)的確定 (自習 ) 四、鉆頭最優(yōu)磨損量、最優(yōu)鉆壓和最優(yōu)轉(zhuǎn)速確定 (自習 ) 五、水力參數(shù)的優(yōu)選 (自習 ) ? ?? ? )1(dd112321hCPDDnQnQAth f????巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 一、硬質(zhì)合金全面鉆頭的規(guī)程選擇 翼片（刮刀）式全面鉆頭的規(guī)程選擇 （ 1）泵量 ： Q = vF （ L/min） （ 2） 鉆頭轉(zhuǎn)速 ： n = 120~300 （ r/min） （ 3） 軸向載荷 ： P = qcmD （ N） （ 4） 大直徑鉆進為防鉆桿彎曲與折斷 ， 在鉆柱的下部加接鉆鋌的合理長度 ： h= kP/qT （ m） k=~ 。 ? 刮刀式鉆頭鉆進時推薦的規(guī)程參數(shù)如表 513所列 。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 ? 在長螺旋鉆進中，鉆屑是依靠鉆桿旋轉(zhuǎn)時的離心力甩到螺旋葉片外側輸送上來（主動）， 否則只有被隨后的鉆屑推著向上走（被動），這容易造成堵塞。 ∴ 螺旋轉(zhuǎn)速是關鍵參數(shù)。 ? 臨界轉(zhuǎn)速的概念 轉(zhuǎn)速低鉆屑的離心力小，孔壁對鉆屑的摩擦力不足以使鉆屑與葉片之間產(chǎn)生相對運動，鉆屑只能隨葉片旋轉(zhuǎn)而不上升。轉(zhuǎn)速增大，孔壁對鉆屑的摩擦力也增大，轉(zhuǎn)速超過某一臨界值后，孔壁對鉆屑的摩擦力足以使鉆屑與螺旋葉片之間產(chǎn)生相對運動，鉆屑就會上升。這稱為 臨界轉(zhuǎn)速。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 （ 2 ）臨界轉(zhuǎn)速的計算 ? 取單顆鉆屑為研究對象，以臨界轉(zhuǎn)速nk（ ωk）旋轉(zhuǎn)時，顆粒隨螺旋葉片旋轉(zhuǎn)而不上升，鉆屑顆粒處于臨界平衡狀態(tài)。 ? 受重力 mg，離心慣性力 F1，孔壁對顆粒的法向反力（慣性力的反作用力），孔壁對顆粒的摩擦力 Ftμt，螺旋葉片對顆粒的全反力（用分力 Fsz和 Fsy表示）。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 ? 展開螺旋線，孔壁作用于顆粒的摩擦力 Ftμt水平方向，重力mg向下，螺旋面對顆粒的全反力 Fs。由力多邊形得出 ? 因而 ? 以 tktts RmmgFmg????? 2)90(tg ?????)( Stk tgRg ???? ???? kkn30? 代入，得臨界 轉(zhuǎn) 速 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 (r/min) 式中： R — 鉆孔半徑 ， m； — 鉆屑與孔壁間的摩擦系數(shù) ， 它大于鉆屑與葉片之間的摩擦系數(shù)； — 螺旋葉片外徑的螺旋升角 ， 度； — 鉆屑與螺旋葉片之間的摩擦角 ， 摩擦系數(shù)的反正切 ， 摩擦系數(shù)為 ～ 。 （ 3 ） 實際轉(zhuǎn)速 ? 為向上輸土長螺旋實際轉(zhuǎn)速應大于臨界轉(zhuǎn)速， n = Knk， K值↑ 向上土速度 ↑ ，但所需功率也越大。一般取 K=～ 。 ? 對于短螺旋應 n ＜ nk。 )(tg30 stk Rgn ??????t??s?巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 鉆壓 （ 1 ） 根據(jù)工程地質(zhì)勘查標貫試驗所得的 N值 ? 當 N≤50時， = ； ? 當 N＞ 50時， = ；通常，取平均值 = 。 （ 2 ） 根據(jù)土層單軸抗壓強度確定鉆壓 P (kN) ? 長螺旋的鉆桿柱較重 ， 鉆進時孔壁對鉆具也有一個向下的力 （ 像木螺釘 ） ， 再加上葉片上土的重力 ， 鉆壓較大 。 因此 ， 長螺 旋鉆一般是用減壓鉆進 。 而短螺旋鉆一般應取加壓鉆進 。 c?c?c?DP c ??巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 三、金剛石全面鉆頭的合理使用及規(guī)程選擇 鉆進規(guī)程參數(shù) （ 1）鉆壓： 考慮到地層巖性和水力沖洗引起的孔底舉離力。通常，全面鉆進的比壓比取心鉆進的比壓略大。不同地層、不同直徑金剛石鉆頭的鉆壓值可按圖 514來選定。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 （ 2）轉(zhuǎn)速： 理想的轉(zhuǎn)速應盡可能高些，才能充分發(fā)揮金剛 石鉆進的效益。 一般認為安全的轉(zhuǎn)速 為 150~300 r/min 。 （ 3）泵量： 泵量首先應滿足環(huán)形空 間最低上返流速度的要求，同時又要 保證清洗孔底和冷卻鉆頭的需要。圖 515給出了不同直徑鉆頭推薦采用的 泵量范圍， 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 規(guī)程參數(shù)的選擇 （ 1）鉆壓值應當先選曲線的下限，隨著金剛石的磨鈍逐漸增 大鉆壓，但不宜超過曲線的上限。 （ 2）通過估算或查曲線得出的鉆壓值還應加上孔內(nèi)浮力和舉 離力的影響才是實際的鉆壓值。 （ 3）在地層條件、鉆桿質(zhì)量和設備能力允許的條件下， 轉(zhuǎn) 速盡量選取高限。在金剛石鉆頭配合渦輪鉆時（與設備能力無 關）， 已成功地用于 600～ 1100r/min，并取得良好效果。 （ 4）泵量的選擇還應考慮泥漿性能的影響，高密度泥漿選 用其下限，低密度則選用其上限。 巖土鉆掘工程學 國家精品課程 2022/9/20 中國地質(zhì)大學勘查與基礎工程系 第六節(jié) 全面鉆頭鉆進工藝 正常鉆進前的準備工作 （ 1）沖排巖粉與修孔 下入金剛石鉆頭前，必須用帶取粉管的硬質(zhì)合金鉆頭修井， 同時，用大泵量把孔底的大巖屑、碎金屬等物沖上來，沉落在 取粉管中。 （ 2）新鉆頭初磨 新鉆頭的直徑必須小于非修井鉆頭，并進行磨合鉆進。初轉(zhuǎn) 速宜用 40～ 50r/min，初始鉆壓為正常鉆壓的 1/8，約鉆進 ～ 。