FGQ-600型潜孔锤钻头冲击应力作用下强度可靠性分析

潜孔锤反循环跟管钻头是破碎岩石的主要工具,同时是实现反循环钻进的重要部件之一,广泛应用于地质灾害防治工程中。钻头在钻进过程中承受交变的冲击载荷,易产生应力集中和疲劳破坏。活塞碰撞钻头后产生的应力波传播至钻头与岩石接触面后发生反射引起应力波叠加,使得钻头受力增加。为保证跟管钻头的正常工作,本文利用ABAQUS对不同冲击载荷下FGQ-600型大直径潜孔锤跟管钻头进行模拟及强度分析。结果表明:(1)钻头应力随冲击功增大而增加;(2)在潜孔锤2500 J的冲击功下,钻头体最大等效应力为808.9 MPa,小于材料屈服强度,满足强度要求;(3)起下钻时销轴应力随直径增大而减小,40 mm时销轴最大应力为383.66 MPa,低于材料屈服强度785 MPa,满足强度要求;(4)当销轴直径为16 mm时,销轴发生塑性变形,建议销轴直径≮20 mm。

大直径潜孔锤气体反循环钻井技术

大直径潜孔锤是1种已被大量工程实践证明的,能够提高矿山地面大直径钻井施工效率的钻井工具。然而,钻遇含水层后,大直径潜孔锤经常出现进尺慢、甚至无法进尺的问题。为此,提出一种以反循环方式气力排渣排水、正循环方式排余气为特点的大直径潜孔锤气体反循环钻井方法,分析了大直径潜孔锤气体反循环钻井技术基本原理,建立了气体双上返流道的井底压力平衡条件,介绍了大直径潜孔锤气体反循环钻井系统组成,依托矿山地面大直径钻井工程完成现场试验。结果显示:在地层出水条件下,通过节流控制环空气柱压力,可实现反循环排渣排水的预期效果,钻井效率高,最大井深达到668 m,可推广应用于矿山地面救援井和各类矿山大直径钻井工程的施工中。

大直径气力反循环钻头结构参数数值模拟与优化

为实现大直径嵌岩桩孔在浅孔和干孔时的气力反循环排渣,解决无法使用气举和泵吸反循环排渣的技术难题,设计基于引射器原理的大直径潜孔锤气力反循环钻头。采用正交试验设计方法,运用计算流体动力学(CFD)仿真技术,探索引射器原理在大直径钻井反循环排渣中应用的可行性。理论分析表明:钻头结构的6个关键参数即喷嘴直径(Dn)、喷嘴数量(N)、喷嘴长度(L)、喷嘴倾斜角度(θs)、喷嘴偏转角度(θd)和引导段直径(Dg)直接影响着排渣效果;基于引射器原理设计的大直径钻头反循环效果可靠、稳定;当GQF-16潜孔锤供风量为50 m3/min,钻头直径为1.2 m时,Dn=20 mm,N=3,L=50 mm,θs=35°,θd=10°,Dg=50 mm为钻头最优理论结构参数组合。

救援井用大直径贯通式潜孔锤及钻头的研制

研制了大直径贯通式潜孔锤及反循环钻头,并进行模拟仿真电算及现场试验。试验结果表明:潜孔锤最高钻进效率可达6m/h;平均钻进效率为4.5m/h,且反循环排渣顺畅、井底无沉渣、成井质量好,可以解决大直径应急救援井的碎岩和排渣两大难题,能够充分满足应急救援井对钻进效率和成井质量的要求。

复杂地质条件下大直径救生孔成孔关键技术与工艺

为实现国内首例大直径救生孔的施工成孔,研究了国内大直径钻孔和国外大直径救生孔主要工艺、技术,针对平邑石膏矿区采空区持续坍塌易埋钻、过溶洞含水层、过易斜地层等极其复杂的成孔条件,研究实施了Φ711 mm大直径潜孔锤钻进技术、空气反循环工艺、钻孔防偏保直等关键工艺与技术,同时对地层坍塌、工作管变形等提出了针对性解决方法,经实践可知,大直径救生孔成功建造,可为国内钻孔救生的实现提供经验参考。

大直径潜孔锤在海底嵌岩锚链灌注桩工程中的应用

某海底嵌岩锚链灌注桩工程建设进度紧迫以及受海况、天气影响较大,工程要求钻孔施工作业必须快速,高效,可靠,为此采用新研制的FGC-15D型大直径潜孔锤气举反循环钻进工艺方法进行钻孔施工,该方法的成功应用表明其在港口工程建设中将有广阔的应用前景。

集束式反井气动潜孔锤钻进工艺在大口径煤矿排水孔施工中的应用

针对在大口径瓦斯排放孔或大口径矿山应急救援钻孔施工中要求时间较短,而应用常规组合牙轮钻头或组合滚刀钻头施工时,由于钻孔口径较大,钻杆柱与钻孔环状间隙大,钻井液上返速度很慢,排除岩粉困难,钻进效率低的问题,以国内外反向钻进用牙轮钻头或滚刀钻头为基础,参考非开发回拖式扩孔钻进的施工经验,研发了集束式反井气动潜孔锤钻进工艺。在内蒙古黄玉川大口径煤矿排水孔施工的经验表明,在钻穿巷道顶板的大口径钻孔施工时,集束式反井气动潜孔锤及反井钻进工艺取代常规组合滚刀反井钻进工艺,可以大大提高了钻进效率,对类似钻孔的施工有很好的参考价值。

正循环潜孔锤实现反循环钻进双壁钻具配套研制

空气潜孔锤反循环钻进因其具有较强的携屑能力、上返冲洗液不冲刷孔壁、钻进速度快等优势,是施工大口径钻孔和抢险救援孔的首选方案。但由于反循环潜孔锤技术还不够成熟,制造成本高,使用寿命短,因此开展了用正循环潜孔锤实现反循环钻进工艺方法的研究。研制了这种工艺配套的钻具,包括大口径双壁钻杆、双壁稳定器、阻风环、正反接头等。研制的钻具在山东平邑石膏矿坍塌事故处理中得到了实践验证,完全能够达到预期目标,能够为大口径潜孔锤反循环钻进工艺推广提供硬件支撑。

HC-15型大直径环状取心潜孔锤钻具结构的改进设计

针对HC-15型大直径环状取心潜孔锤配风盒存在结构复杂、难以加工、密封性能差、局部维修困难的问题,设计采用配气罐来代替配风盒,结构简单,易于加工,不但密封性能好,强度可靠,而且易于拆卸,局部维修方便,大大降低了生产成本。

大直径气动潜孔锤冲击器动力学过程分析

大直径气动潜孔锤是一种以压缩空气作为动力的冲击破岩工具。建立了大直径气动潜孔锤的数学模型,采用有限差分法,模拟了活塞在气室内稳定运动状态下的动力学过程,得到了特性的规律以及各结构参数对工作过程的影响。活塞低速运动时,后气室会出现压力波动现象,采取合适的时间步长可以减小数值仿真中出现的压力波动。

FGC－15型大直径单头潜孔锤钻具系统研制

大直径单头潜孔锤与三通道气水龙头、主动钻杆、王通道钻杆、加重导正器等配套，可实现大直径潜孔锤碎岩钻进、泵吸反循环排渣、泥浆护壁、压气闭路循环等相结合的先进钻进工艺，是解决大直径硬质基岩及卵砾石钻进的有效机具。文中介绍了钻具研制过程及设计内容。

一种改进的硬质岩深竖井反井施工技术及竖井围岩压力取值探讨

以福建漳（州）永（安）高速公路官田隧道通风竖井为工程依托,针对该竖井径深比较小的特点,对传统的钻机反井正向扩大法进行了工艺改进,使用空气潜孔锤代替传统反井钻机钻头,合理控制钻压并使用减压式钻进,有效地减小了导孔的倾斜度,并减小了钻头的磨损,实现了竖井的快速施工,形成一套用于径深比较小（小于1.3%）的深竖井反井施工技术;同时引入自动监测和无线传输技术对硬质岩深竖井的水平围岩压力进行测试,测试断面埋深在180-320 m,实测围岩压力为0.01-0.03 MPa,是JTG/T D70—2010《公路隧道设计细则》中秦巴列维奇公式计算值的24%-46%,而且跟埋深无直接关系;建议今后在竖井设计中对围岩压力取值适当优化,并通过更多的试验样本和工程实践进一步完善。

空气潜孔锤与风冷牙轮组合钻进在穿采空区大直径抽水孔中的应用

在穿多层采空区大直径抽水孔施工中,通过引入空气潜孔锤与风冷牙轮组合钻进工艺,解决了常规泥浆回转钻进钻遇多层采空区因孔内漏失无法成孔、空气潜孔锤钻进成孔孔径受限的问题。采用该工艺完成的2个(?)550mm抽水井工程均穿越4层采空区,(?)350 mm潜孔锤冲击钻进平均钻速3.31 m/h,(?)550 mm风冷牙轮扩孔钻进平均钻速2.27 m/h,在复杂地层中保持了较高的钻进效率,取得了明显的应用效果。介绍了该工艺在大同矿区(?)550mm大直径抽水井工程中的应用实例,经过实践验证了工艺的可行性,可为类似钻孔的施工提供参考。

单体大直径空气潜孔锤钻井工艺研究及应用

近年来,大直径工程井被广泛应用于煤矿瓦斯抽采、输冰降温、强排水、通风送料等,其施工工艺主要有正循环气动潜孔锤钻井技术和反循环气动潜孔锤钻井技术;前者需要风量大,成本高,后者需要配置全套专用机具,实施难度大。为对现有空气潜孔锤钻井技术进行优化,以王台铺矿大直径抽排水井为例,对单体大直径空气潜孔锤钻井工艺进行研究,单体大直径潜孔锤+跟管钻进技术,解决大直径工程井施工效率低、深度浅、技术装备不完善、施工成本高等难题,可为国内同类型井施工提供借鉴。

大直径潜孔锤冲击能量传递模拟试验研究

通过大量的试验研究发现，影响大直径潜孔锤冲击能量传递的因素可归纳为：冲锤与钻头体质量比；冲锤与钻头体直径比；钻压大小等，这一规律的发现使潜孔锤与钻头达到了合理的级配，提高了能量利用率，从而提高了潜孔锤使用效果。

基于冲击载荷的硬质合金球齿碎岩机理研究

在滑坡防治大直径桩孔施工过程中,快速钻进是治理成功的关键。因此选用合适的钻进机具与工艺极其重要,而气动潜孔锤因钻进效率高被广泛应用。气动潜孔锤钻进过程中,通过钻头底部球齿对岩石进行切削,达到高效碎岩目的,但球齿在破碎岩石过程中若冲击功选用不恰当,会导致能量损耗增大、球齿磨损较快、钻进效率低等问题,因此选用合适的冲击功进行碎岩具有重要意义。本文采用ABAQUS软件对单个球齿冲击岩石的过程进行了数值模拟,并进行了冲锤自由落体冲击实验,分析Φ19 mm的球齿在不同冲击功条件下的碎岩机理、破碎面积的变化规律。结果表明球齿碎岩机理分为3个阶段:弹性变形、压裂、体积破碎,且当球齿以30 J冲击功钻进花岗岩时,可有效降低能量损耗与提高碎岩效率。

硬质岩抗拔桩大直径潜孔锤施工技术

青岛市红岛站综合交通枢纽项目地质条件属于典型的"上软下硬"地层,采用大直径潜孔锤在硬质岩中施工地铁抗拔桩,详细地介绍了潜孔锤在钻进过程中施工要点及成桩质量控制措施,此法不仅解决了大直径抗拔桩"入岩"效率低的技术难题,而且对类似工程具有参考价值。

冲击回转碎岩机理试验研究

在模拟孔底冲击回转钻进条件的试验台上 ,对岩石的冲击回转碎岩机理进行了试验研究 ,提出了大直径潜孔钻头的合理布齿及钻进参数选择依据。

深厚硬岩钻孔灌注桩大直径潜孔锤成桩综合施工技术

深厚硬岩地层施工钻孔灌注桩时,采用传统成孔技术施工易出现无法钻进、施工效率低等现象,普遍存在入岩困难问题。在综合分析潜孔锤钻机和旋挖钻机各自施工优势的基础上,提出了采用改进的1 200mm大直径潜孔锤配合旋挖钻机的综合施工技术,具有硬岩钻进速度快、成桩质量好的特点,并对其工作原理、施工工艺流程、技术特点进行了深入研究。

大直径潜孔锤钻机

介绍了大直径潜孔锤钻机的技术参数、结构、工作原理、技术特点、DTH工法的优点以及钻机的应用情况,解决了大直径深孔"高效入岩"的技术难题,提供了一种应对复杂地层的施工工法,为大直径潜孔锤钻机的设计、使用、推广提供了参考。