GQ89潛孔錘反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化

簡要介紹了流體力學(xué)計(jì)算軟件,詳細(xì)闡述了運(yùn)用該軟件分析取心鉆頭內(nèi)外流場的原理和步驟,通過仿真分析gq-89貫通式風(fēng)動潛孔錘反循環(huán)取心鉆頭周圍的流場,優(yōu)化設(shè)計(jì)了鉆頭的反循環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù),取得滿意效果。

為實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地層用同步跟管鉆進(jìn)工藝鉆鑿直徑較大的樁孔和水井,設(shè)計(jì)了一種氣動潛孔錘反循環(huán)跟管鉆進(jìn)鉆頭。介紹了該鉆頭的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和設(shè)計(jì)特點(diǎn)。與常規(guī)設(shè)計(jì)相比,該新型鉆頭流道設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)排渣效果,保持孔底干凈,減少重復(fù)破碎,提高鉆進(jìn)效率;邊齒數(shù)量較多,耐磨損能力強(qiáng),有利于提高使用壽命。

針對欒川鉬礦復(fù)雜地層勘探中所遇到的反循環(huán)形成難和形成不徹底的狀況,提出了貫通式反循環(huán)取樣鉆頭的改進(jìn)方案,并且進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,改進(jìn)后的鉆頭具有反循環(huán)效率高,鉆進(jìn)速度快,巖礦心采取率達(dá)99%以上的特點(diǎn)。

介紹了空氣潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù),針對反循環(huán)鉆具中的鉆頭做了系統(tǒng)研究?？諝鉂摽族N反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)是集欠平衡鉆進(jìn)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)三種鉆進(jìn)技術(shù)于一身的先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝,在礦產(chǎn)開采方面已經(jīng)成功應(yīng)用。首次將引射原理應(yīng)用到鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,根據(jù)引射角度不同設(shè)計(jì)出兩種不同類型的反循環(huán)鉆頭,并運(yùn)用fluent流體工程仿真軟件對設(shè)計(jì)的鉆頭分別進(jìn)行數(shù)值模擬,以獲得最優(yōu)反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu)。對加工出的引射裝置進(jìn)行試驗(yàn)研究,試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果比較,二者基本吻合,驗(yàn)證了仿真技術(shù)的可靠性。最后確定了適合空氣潛孔錘反循環(huán)鉆井使用的最佳反循環(huán)鉆頭結(jié)構(gòu),為其進(jìn)一步應(yīng)用開拓了廣泛的空間。

介紹了潛孔錘反循環(huán)鉆頭改進(jìn)設(shè)計(jì)的思想,運(yùn)用cfd技術(shù)對鉆頭體內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬與仿真分析。結(jié)果表明:卷吸作用與鉆頭體底部的噴射孔形成的反循環(huán)氣流共同作用,加強(qiáng)了反循環(huán)形成效果;且鉆頭體內(nèi)部上返風(fēng)速>15.24m/s,使巖芯得以順利地排至地表。設(shè)計(jì)加工了帶有不同傾角引射孔的鉆頭體模型,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證表明,當(dāng)引射孔傾角為30°時形成的壓力最大。將加工出的鉆頭用于欒川鉬礦生產(chǎn),鉆遇采空區(qū)時或穿過采空區(qū)后,反循環(huán)都正常形成,應(yīng)用該技術(shù)共完成勘探孔66個,累計(jì)進(jìn)尺>2500m,鉆進(jìn)時效4.08m。

活塞是貫通式潛孔錘內(nèi)部的一個重要運(yùn)動部件,也是產(chǎn)生沖擊力、實(shí)現(xiàn)沖擊碎巖的關(guān)鍵零部件,其受力情況復(fù)雜。先對試驗(yàn)生產(chǎn)中破壞的活塞進(jìn)行有限元分析,找到破壞原因,再通過應(yīng)力、應(yīng)變分析優(yōu)化設(shè)計(jì)出新活塞。

簡要介紹了流體力學(xué)計(jì)算軟件fluent,詳細(xì)闡述了運(yùn)用fluent軟件分析取心鉆頭內(nèi)外流場的原理和步驟,通過仿真分析gq-89沖擊器取心鉆頭周圍的流場,優(yōu)化設(shè)計(jì)了鉆頭的反循環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù),取得滿意效果。

針對貫通式潛孔錘在復(fù)雜地層鉆進(jìn)中遇到的問題,對反循環(huán)鉆頭進(jìn)行了改進(jìn):在鉆頭上部增加噴射孔,使氣流只有一少部分進(jìn)入孔底,大部分經(jīng)噴射孔直接進(jìn)入內(nèi)管,排至地面。生產(chǎn)試驗(yàn)證明,改進(jìn)后的反循環(huán)鉆頭更有利于形成反循環(huán),使用效果良好。

反循環(huán)鉆頭的選用、正循環(huán)鉆孔.

中國大口徑潛孔錘-沖擊器、鉆頭

目前,由于各勘探隊(duì)伍實(shí)力的壯大,為了提高鉆進(jìn)效率,高風(fēng)壓大排量空壓機(jī)普遍被采用,現(xiàn)有反循環(huán)鉆頭無法滿足要求,造成反循環(huán)不徹底,阻礙了高風(fēng)壓大排量空壓機(jī)應(yīng)用,為此,通過改進(jìn)鉆頭噴嘴流道形狀,將拉瓦爾噴管引入鉆頭設(shè)計(jì)中,使噴嘴出口處形成超音速流動,以增強(qiáng)卷吸效果,使反循環(huán)更加徹底。

潛孔錘鉆頭沖擊鉆進(jìn)的過程是一個高度非線性、大變形、破壞的過程。對這一復(fù)雜過程,目前主要是利用實(shí)驗(yàn)方法來進(jìn)行研究,致使鉆頭設(shè)備的開發(fā)與研制一直處于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)?zāi)Ｊ较逻M(jìn)行,設(shè)計(jì)與制造周期長、成本高,產(chǎn)品嚴(yán)重老化、缺乏市場競爭力。應(yīng)用非線性顯式三維有限元求解程序ls-dyna3d,采用與巖石性質(zhì)較接近的混凝土模型,對鉆頭硬質(zhì)合金球齒沖擊混凝土板的過程進(jìn)行仿真計(jì)算,討論不同球齒沖擊速度下混凝土的變形及破碎機(jī)理,分析球齒的沖擊力、侵入混凝土的速度、位移及沖擊力-鑿入深度曲線等,為研究鉆頭與脆性材料的作用過程及鉆頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一種有效的分析方法。

貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心(樣)鉆進(jìn)技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù),在實(shí)際施工中經(jīng)常遇到復(fù)雜地層(如堅(jiān)硬破碎地層、卵礫石地層和溶洞地層),尤其在我國西部,鉆進(jìn)過程中經(jīng)常發(fā)生一些問題,嚴(yán)重影響了正常鉆進(jìn)和該技術(shù)的推廣與應(yīng)用。為了推進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的完善和發(fā)展,對該技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步試驗(yàn)研究,在鉆頭結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)工藝方面作了改進(jìn)和完善。

1）鉆孔灌注樁基礎(chǔ) （1）概述 橋基礎(chǔ)采用鋼筋砼鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，數(shù)量：454根，平均樁長：65.41m/根， 最深為69m，最短為40m，樁徑為1.5m和1.8m兩種；混凝土為25號砼。 （2）施工工藝流程框圖 鉆孔樁施工工藝框圖 樁位放樣 埋設(shè)護(hù)筒 鉆機(jī)就位 鉆進(jìn) 清孔 鋼筋籠定位 設(shè)立導(dǎo)管 灌注水下砼 截樁頭拔出護(hù)筒 制作護(hù)筒 鉆機(jī)鉆頭準(zhǔn)備 檢查修補(bǔ)鉆頭 鉆孔檢查 鋼筋骨架制作 鋼筋骨架吊裝 設(shè)置隔水栓 測量砼面高度 向孔中注清水或 泥漿 泥漿處理機(jī) 供水 泥漿備料檢測調(diào)整 泥漿指標(biāo) 試拼裝檢驗(yàn)導(dǎo)管 砼輸送砼檢驗(yàn) 否 是 平整場地 養(yǎng)生 結(jié)束 檢測管安裝 （3）施工方法 如業(yè)主及監(jiān)理工程師有試樁要求，我公司將在鉆孔灌注樁施工之前先進(jìn)行試樁，以驗(yàn) 算樁基承載力，試樁的方法、樁基承載力檢驗(yàn)必須在監(jiān)理工程師的指導(dǎo)下進(jìn)行，具體試樁方 法見“11.3.6樁基檢測及試

為了對階梯式鉆頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高沖擊擠密鉆進(jìn)效率,采用drucker-prager屈服準(zhǔn)則為判據(jù),將土體視為dp材料,沖擊鉆具視為剛體,利用有限元軟件ansys建立了沖擊擠密鉆進(jìn)有限元模型,基于apdl參數(shù)化語言對階梯鉆頭的臺階數(shù)目及鉆頭結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,對于直徑為60mm,鉆頭體長為150mm的階梯鉆頭而言,臺階數(shù)目為9時,鉆頭鉆進(jìn)速度最快。在此基礎(chǔ)上對九階梯鉆頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),與普通結(jié)構(gòu)階梯鉆頭相比,優(yōu)化鉆頭鉆進(jìn)速度提高了22%。與傳統(tǒng)方法相比,利用ansys優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊對鉆頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)簡單、可靠,為鉆頭結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種新思路和新手段。

鉆孔與鉆頭

正循環(huán)鉆孔與反循環(huán)鉆孔區(qū)別及適用范圍 正循環(huán)鉆孔是把造漿池制作好的泥漿通過泵壓注入孔內(nèi)，進(jìn)行置換，排除孔內(nèi)的浮渣， 并且根據(jù)地質(zhì)情況（如軟土層）和鉆孔深度不斷調(diào)整泥漿比重，以確?？讐?，防止坍孔，“二 清”時同時滿足規(guī)范要求的1：1.15的泥漿比重和孔底沉渣厚度。所區(qū)別的是反循環(huán)鉆孔一 般采用“氣舉法”清孔，達(dá)到同時滿足規(guī)范要求的1：1.15的泥漿比重和孔底沉渣厚度。反循 環(huán)清孔操作不當(dāng)容易造成坍孔，在軟土地區(qū)謹(jǐn)慎使用。 正循環(huán)是用水泵壓送沖洗液由鉆桿柱中心進(jìn)入孔底并經(jīng)鉆頭水口返出，經(jīng)鉆桿與孔壁環(huán) 狀間隙上返至孔口，通過地面循環(huán)槽流入泥漿池，不需要孔口密封器等附加裝置，適用于各 種鉆進(jìn)方法。 噴射式反循環(huán)，沖洗液由鉆桿柱中心下去，從噴反接頭處流出，在管內(nèi)形成負(fù)壓抽吸力， 從而形成孔底局部反循環(huán)。 泵吸反循環(huán)是通過砂石泵的抽吸作用，在鉆桿內(nèi)腔形成負(fù)壓，在

國外空氣潛孔錘鉆頭設(shè)計(jì)與效果

介紹了大直徑潛孔錘鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、dth工法的優(yōu)點(diǎn)以及鉆機(jī)的應(yīng)用情況,解決了大直徑深孔"高效入巖"的技術(shù)難題,提供了一種應(yīng)對復(fù)雜地層的施工工法,為大直徑潛孔錘鉆機(jī)的設(shè)計(jì)、使用、推廣提供了參考。

以江西省九江地區(qū)的德安集貿(mào)市場樁基工程為例,介紹了振動錘下鋼護(hù)筒配套氣舉反循環(huán)清孔旋挖鉆孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用情況及成樁關(guān)鍵技術(shù)措施。旋挖鉆機(jī)在樁基工程施工中的成孔效率高,但在松散地層及容易坍塌地層中施工存在沉渣控制較為困難的問題,因此解決好該工程沉渣滿足設(shè)計(jì)要求,是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵所在。實(shí)踐證明,采用振動錘下鋼護(hù)筒隔離松散地層和容易坍塌地層以及氣舉反循環(huán)清孔相結(jié)合的措施,可徹底解決孔底沉渣過大的問題。

1 4反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆孔 4.1反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的原理和特點(diǎn) 4.1.1反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的原理 泥漿反循環(huán)排渣是針對大口徑全斷面鉆孔而開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，最大鉆孔直徑可達(dá) 3m以上。反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的破巖方式與正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相同，但排碴方式不同，孔內(nèi) 泥漿的流向相反。反循環(huán)鉆進(jìn)時，鉆桿（排渣管）內(nèi)泥漿的壓力小于鉆桿外泥漿的壓力； 在內(nèi)外壓力差的作用下，孔內(nèi)泥漿沿鉆具與孔壁之間的環(huán)狀空間流向孔底，與巖屑一起 進(jìn)入鉆頭吸渣口，通過鉆桿內(nèi)腔返回地面，經(jīng)沉淀或機(jī)械凈化處理后再流進(jìn)孔內(nèi)，從而 形成循環(huán)（見圖8-2-3b）。在鉆進(jìn)過程中，隨著孔深的增加，不斷向孔內(nèi)補(bǔ)充新鮮泥漿。 泥漿反循環(huán)的排渣能力主要取決于排渣管內(nèi)外的壓力差、排渣流量和排渣系統(tǒng)的通徑。 4.1.2反循環(huán)鉆進(jìn)的特點(diǎn) 反循環(huán)鉆進(jìn)主要有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）泥漿的回流的速度比正循環(huán)要大得多，一般可達(dá)到2m/s～4m/s；而且不受

鉆孔灌注樁反循環(huán)清孔工法 編制單位：中國鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 福平鐵路fpzq-4標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二分部 編制時間：2014年12月 1 鉆孔灌注樁反循環(huán)清孔工法 1.前言 鉆孔灌注樁因孔底沉渣過厚往往會導(dǎo)致承載力折減，根據(jù)以往 工程對樁基超聲波檢測結(jié)果分析，在樁基混凝土灌注正常情況下， 樁基混凝土邊緣部位有缺陷，多數(shù)是混凝土內(nèi)局部有夾塊造成的。 經(jīng)分析認(rèn)為：夾塊由兩部分組成，即泥漿中的砂礫沉淀物以及鋼筋 籠下放過程從井壁上刮落的粘泥塊過厚，在灌注樁時，沉淀物隨著 混凝土上升，因有鋼筋籠或井壁阻隔，使沉淀物停滯在局部范圍內(nèi)， 并最終造成成樁中局部缺陷。 從提鉆到灌注砼，對于百米深樁來說通常需要12個小時以上， 在這個過程中，由于泥漿靜置時間過長，會產(chǎn)生一部分的沉淀，鋼 筋籠下放過程中也會從井壁上掛落部分泥塊，這些就構(gòu)成沉渣，可 能會超過設(shè)計(jì)要求，如果不采取措施就灌注，容易引發(fā)各