衢州打井_溫州基坑降水_寧波打井團(tuán)隊(duì)

三牙輪鉆頭對(duì)巖石的破碎作用： 三牙輪鉆頭對(duì)巖石的破碎作用：一、三牙輪鉆頭的一般破巖方式鉆頭在井底運(yùn)動(dòng)，除了公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)外，還有軸向縱振、橫向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及牙輪的滑動(dòng)。這幾種運(yùn)動(dòng)是鉆井時(shí)同時(shí)發(fā)生、綜合在一起的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。三牙輪鉆頭就是在上述復(fù)合運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊、壓碎作用及滑動(dòng)剪切作用下破碎巖石的。、沖擊、壓碎作用三牙輪鉆頭在井底工作時(shí)，由鉆頭縱振產(chǎn)生牙齒對(duì)巖石的沖擊、壓碎作用，是牙輪鉆頭破碎巖石的主要方式。鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，牙齒以一定速度沖擊壓入巖石，牙齒壓入巖石需要足夠的比壓與接觸時(shí)間。牙齒與巖石的接觸時(shí)間t，應(yīng)大于巖石破碎所需時(shí)間t0，才能有效地破碎巖石。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，目前現(xiàn)場(chǎng)所用設(shè)備的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，t0一般都小于t，如脆性巖石，t0=（0.3~0.4）×10-3s;塑性巖石，t0≥2.5×10-3s。當(dāng)牙輪轉(zhuǎn)速n=290r/min時(shí)，81/2h517鉆頭外排齒與巖石的接觸時(shí)間約為11.4×10-3s。鉆進(jìn)時(shí)鉆頭在井底產(chǎn)生縱振，使鉆柱不斷壓縮與伸張，下部鉆柱把這種周期的彈性變形能傳遞給牙齒，這就是鉆頭破碎巖石時(shí)牙齒沖擊壓力的來(lái)源。增加鉆頭牙齒對(duì)地層的沖擊力有利于破碎巖石，但也會(huì)使鉆頭的牙齒和軸承受到損壞，使鉆柱處于不利的工作條件。2、滑動(dòng)剪切作用牙輪鉆頭工作時(shí)，由于鉆頭的結(jié)構(gòu)及地層摩擦阻力，當(dāng)鉆頭作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，引起牙輪自轉(zhuǎn)。由于牙輪的自轉(zhuǎn)是一種被動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因而，鉆頭上與井底接觸的某一點(diǎn)的公轉(zhuǎn)線速度大于牙輪上同一點(diǎn)的自轉(zhuǎn)線速度，因而產(chǎn)生滑動(dòng)。這種滑動(dòng)和汽車(chē)的被動(dòng)輪打滑的原理是一樣的。牙輪在井底的滑動(dòng)使的井底巖石產(chǎn)生剪切破碎。由于巖石的抗剪切的強(qiáng)度小于抗壓強(qiáng)度，因而由牙輪滑動(dòng)的破巖效率較高。為了提高軟至中硬地層的破碎效率，除了要求牙齒對(duì)巖石有沖擊壓碎作用外，還要求有一定的剪切作用。超頂、復(fù)錐和移軸，使得鉆頭上與井底接觸的某一點(diǎn)的公轉(zhuǎn)線速度與牙輪上同一點(diǎn)的自轉(zhuǎn)線速度的差值增大，有利于增加剪切破碎作用。所以要增加剪切破碎，應(yīng)該使牙輪鉆頭具有超頂、復(fù)錐和移軸的結(jié)構(gòu)，使牙輪錐頂不與鉆頭軸線重合。牙輪錐頂超過(guò)中心的距離c叫超頂值如圖1-1（a）。牙輪的超頂值越大，鉆頭的滑動(dòng)剪切作用也就越大。牙輪超頂引起剪切作用的原因可用速度分析定性說(shuō)明。圖1-1（b）為鉆頭公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)時(shí)二者的合成速度分布。o1為純滾動(dòng)點(diǎn)，在01兩側(cè)的滑動(dòng)方向是相反的。因此，超頂牙輪產(chǎn)生切線方向滑動(dòng)。把由牙輪上與井底接觸點(diǎn)到井底中心的連線方向稱(chēng)為徑向，切向是指與上述徑向垂直的方向。超頂值使牙輪產(chǎn)生切向滑動(dòng)，切向滑動(dòng)速度大小與超頂值c成正比。復(fù)錐牙輪的副錐頂（延伸線）是超頂?shù)模鞲卞F頂點(diǎn)的距離叫錐頂距。錐頂距越大，主副錐角之差值就越大，牙輪產(chǎn)生的滑動(dòng)量也就越大。復(fù)錐產(chǎn)生滑動(dòng)是由于復(fù)錐牙輪繞輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的線速度呈折線分布，其與鉆頭公轉(zhuǎn)時(shí)的合成線速度不為零。同樣，在副錐上也有一個(gè)純滾動(dòng)點(diǎn)。牙輪錐體具有二個(gè)，或二個(gè)以上復(fù)錐時(shí)，使得牙輪則會(huì)產(chǎn)生切向滑動(dòng)。牙輪軸線與鉆頭軸心線在空間形成兩條不相交的直線，這兩條直線間的最小距離為偏移值。由于鉆頭具有偏移值s，于是牙輪在滾動(dòng)過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生滑動(dòng)，鉆頭偏移值越大，滑動(dòng)剪切作用就越大。牙輪移軸所產(chǎn)生的滑動(dòng)可以分解為切向滑動(dòng)和徑向滑動(dòng)。徑向滑動(dòng)可以剪切破碎井底各齒圈之間的巖石，切向滑動(dòng)則與超頂和復(fù)錐牙輪產(chǎn)生的切向滑動(dòng)一起，可以剪切破碎井底同一齒圈上的破碎坑之間的巖石。牙齒的滑動(dòng)可以剪切井底巖石，提高破碎效率，但同時(shí)也加劇了牙齒的磨損。軸向滑動(dòng)使牙齒內(nèi)端面磨損。因此，應(yīng)根據(jù)齒的不同受力情況進(jìn)行牙齒的表面強(qiáng)化，以提高其耐磨性。二、牙齒對(duì)巖石的破碎效率及影響因素鉆井時(shí)巖石的破碎過(guò)程是異常復(fù)雜的，因?yàn)槠扑楣ぞ叩男螤钍嵌喾N多樣的，而施加的又是動(dòng)載，其大小及方向均隨時(shí)間而改變。在井底的巖石還受巖石圍壓、鉆井液壓等多種力的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)鉆井過(guò)程中巖石破碎的特點(diǎn)進(jìn)行分析表明：“壓入的破碎”在破碎過(guò)程中起主要作用。牙輪鉆頭的牙齒在軸向載荷作用下壓入巖石（沖擊動(dòng)載過(guò)程），使齒面下的巖石產(chǎn)生體積破碎，形成坑穴；由于牙齒沿井底的滾碾作用，使破碎的坑穴不斷擴(kuò)大，加上水力作用不斷剝離和清除巖屑，沖蝕并擴(kuò)大巖石的破碎體積。對(duì)于切削或磨削型的鉆頭（刮刀鉆頭或金剛石鉆頭），既有在鉆壓作用下對(duì)巖石的壓入，又有在鉆頭扭矩的作用下對(duì)巖石的切削。所有同時(shí)與井底巖石相接觸的齒頂面積總和構(gòu)成了牙輪鉆頭的承壓面積。鉆井時(shí)巖石破碎的效率決定于牙齒上的比載荷和鉆頭的轉(zhuǎn)速。如果比載荷太小或轉(zhuǎn)速過(guò)高，都有可能形成不了體積破碎。1、鉆壓對(duì)巖石破碎速度的影響巖石的破碎過(guò)程大致劃分為三個(gè)區(qū)段，牙齒單位面積上承受的鉆壓稱(chēng)為比載荷。鉆進(jìn)開(kāi)始時(shí)，比載荷遠(yuǎn)小于巖石的硬度，比載荷p與機(jī)械鉆速vm成正比。此時(shí)，破碎的過(guò)程只具表面的性質(zhì)，稱(chēng)為“表面破碎區(qū)”。隨著比載荷的增大，逐漸接近巖石的硬度值，牙齒每次對(duì)巖石的沖擊，使井底巖石出現(xiàn)微裂紋，促進(jìn)了破碎。當(dāng)某處的巖石經(jīng)過(guò)牙齒多次沖擊而產(chǎn)生了體積破碎，此時(shí)機(jī)械鉆速vm增加較快。當(dāng)鉆壓已達(dá)到或超過(guò)巖石硬度值時(shí)，牙齒每次沖擊作用都能使巖石產(chǎn)生體積破碎，稱(chēng)為“體積破碎區(qū)”。進(jìn)一步提高鉆壓，可以使巖石發(fā)生二次體積破碎。這時(shí)機(jī)械鉆速迅速增加，巖石破碎效率最高。因此，在鉆進(jìn)時(shí)選用的鉆壓，應(yīng)避免造成低效率的表面破碎，而應(yīng)達(dá)到最高效率的體積破碎。一般地說(shuō)，提高鉆壓有利于提高機(jī)械鉆速，但這有個(gè)前提，就是要在承載能力范圍內(nèi)。所以，最優(yōu)的鉆壓就是，達(dá)到牙齒每次沖擊作用都能使巖石產(chǎn)生二次體積破碎，又在鉆頭的承載能力范圍內(nèi)。2、鉆頭轉(zhuǎn)速對(duì)巖石破碎速度的影響實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于低塑性巖石（如大理巖）和脆性巖石（如花崗巖），在所研究的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，其機(jī)械鉆速vm與鉆頭速度n成直線關(guān)系。對(duì)于高塑性及多隙巖石（如白堊和多孔石灰?guī)r），在相當(dāng)?shù)偷霓D(zhuǎn)速時(shí)，其相互關(guān)系已偏離直線。其原因在于對(duì)塑性高及多孔巖石，其從變形到破碎，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而牙齒與巖石的接觸時(shí)間大約是幾個(gè)毫秒。鉆頭的轉(zhuǎn)速越高，則牙齒與巖石的接觸時(shí)間越短。接觸時(shí)間不足以使巖石達(dá)到完全的破碎，這意味著增大鉆頭轉(zhuǎn)速時(shí)，鉆頭每轉(zhuǎn)一圈所破碎的巖石深度就要減少。巖石的塑性系數(shù)越大，需要接觸時(shí)間越長(zhǎng)，因此，不宜采用很高的轉(zhuǎn)速。當(dāng)鉆頭類(lèi)型選定之后，對(duì)于具體的特定巖層，存在一個(gè)最合理的鉆壓和轉(zhuǎn)速的配合，以達(dá)到最高的破巖效率，而巖石不同的硬度和塑性系數(shù)是選擇這兩個(gè)參數(shù)的重要依據(jù)。三、各類(lèi)型鉆頭的主要破巖方式（1）適用于極軟至中軟地層的鉆頭（如437、517、116、126型等）兼有移軸、超頂及復(fù)錐三種結(jié)構(gòu)要素，主要靠牙齒的壓入剪切作用破碎地層。（2）適用于中軟至中硬地層的鉆頭（如537、617、136、216型等），也是兼有移軸、超頂及復(fù)錐三種結(jié)構(gòu)要素，但其偏移量及超頂值較小，靠牙齒的沖擊、壓碎作用及剪切作用同時(shí)破碎地層。（3）適用于硬至極硬地層的鉆頭（如737、837型），其移軸及超頂值極小，甚至為零，多為單錐形牙輪，主要靠牙齒的沖擊、壓碎作用破碎地層。揚(yáng)州市水文打井公司是一家專(zhuān)業(yè)從事鑿深井、巖石井、回灌井、修井、洗井、管井降水、物探找水、地源熱泵、（風(fēng)動(dòng)）潛孔錘鉆孔、埋管、樁基，代銷(xiāo)各種全自動(dòng)無(wú)塔恒壓變頻、深井泵及維修等。歡迎來(lái)電洽談。www.yysqdj.com