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钻机的种类简介

渭南履带式锚固钻机，全液压钻机的一种型式。它除了具有全液压钻机的一般特点外,还采用液压马达及简单的齿轮减速箱构成动力头,直接带动钻具回转,同时采用两个长油缸控制给进和提升钻具,不仅使动力头可以随钻具上下运动,减少钻进过程中的“倒杆”次数,有利于保护岩心及减少岩心堵塞事故；而日取消r由钻塔、卷扬机和钢丝绳等组成的提升机构,减轻了设备的重量。新型工程钻机则广泛采用全液压动力头做钻机的旋转与给进机构,而钻具的升降则采用绞车提引伸缩式钻杆,*避免了依靠长油缸提拉钻具的缺点,提升速度快且安全可靠全液压动力头钻机，是铁路和公路桥梁、煤矿通风井、港口码头及高层建筑等大型基础工程钻孔施工的施工设备，可在孔径φ1.5～φ3.0m,岩石单轴抗压强度σc≤200MPa的基岩中任选孔径下钻进，钻进深度可达130m，在覆盖层中的钻孔直径可达6.0m。该设备成功的使用在福建青州大桥施工、荆沙长江大桥、香港荃湾南丰地盘护坡桩施工，具有成孔速度快、钻孔质量高的优点，受到用户的高度赞扬。钻机是向地下钻孔的机械。其主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，提出或下入在孔内的钻具。按破碎岩石的方式，钻机一般可分为回转式钻机、冲击式钻机和冲击回转式钻机等几大类;根据用途又分为石油钻机、岩心钻机及水井钻机等。按结构的不同，以上各种类型和用途的钻机又分为许多型式。油(气)井钻井中，钻机通常是指钻井用的成套设备，故又称“钻井设备”。它包括动力机、转盘、传动和控制设备、绞车、天车、游动滑车、水、大钩、泥浆泵、井架及其他附属设备等。我国石油钻井的钻机均按起重能力分类。例如，起重能力为30吨的钻机zui大钻井深度可达800米;180吨的可钻4000米;等等。钻井工程当然是用*的机械设备了，那就是水井钻机，其特点是结构*，辅助方便，使用时间短。它的良好的性能，大大提升了打井的速度和效率，特别是在农业比较普及的地区，由于农业用水的需求，打井以及钻井机的使用更为广泛。

渭南履带式锚固钻机水井钻机的工作过程离不开泵的使用，利用泵进行反式循环操作。在大气压力的作用下，循环液由沉淀池经回水沟沿着井孔的环状间隙流到井底，因为此时的转盘驱动钻杆，带动钻头旋转进行钻进，由泥浆泵抽吸建立的负压把碎屑泥浆吸入钻杆内腔，随后上升至水，经泥浆泵排入沉淀池，沉淀后的循环液继续流入井孔，这样如此周而复始，形成了反循环的钻进工作。泥浆或水从钻杆进入，从井口流出，为正循环钻井机。泥浆或水从钻杆吸出，从井口流入，为反循环钻井机。正反循环是指钻井液在钻井机中的循环方式说的，钻井机钻头在钻进的时候会产生产生渣土，渣石等，通过正反循环可以由泥浆把这些带出来按动力类型，又分为内燃机驱动和电动机驱动两种。

水文水井钻机安全技术操作规程　　　

一、钻机安装 　　　

1. 安装钻机应由熟练的操作人员来进行，并有专人负责指挥。在大雨、大雪及六级以上大风中不得立钻架。　　　

2. 安装钻机前，应对当地地形、地质、水文、气象及洪水位等进行全面调查，并检查现场地基有无地下管道及电缆。钻塔顶距离高压电线的zui小距离应符合有关规程规定。　　　

3. 在预定的孔口旁平整一块坚实的场地，面积不能小于53.3㎡，井口前放塔部分可不平整，但不得有高于1m的障碍物，该面积供钻机、动力机、泥浆泵安装用，其余泥浆搅拌机、泥浆槽、钻具存放等占地可根据现场条件，因地制宜进行开壁、平整。　　　

4. 在预定的孔口处挖掘直径Φ600mm、深1～1.5m的开孔坑，并在开孔坑与淀沉池间挖掘泥浆循环槽。 　　　

5. 在已平整的场地上按钻塔说明要求安装钻塔底座、塔身、地锚等。　　　

6. 当钻塔地梁安装好后，将柴油机传动装置、卷扬机在钻塔底座上固定好，再将主卷扬机钢丝绳绕于卷筒其一端固定于滚筒上，钢丝绳之另一端穿过起塔架而后绕过天车，并穿过游动滑轮车，zui后用绳卡固定于塔下面的基梁上，而后将游动滑车之“U”形环挂在起塔架的吊环上，起塔前进行检查：各地锚是否可靠；绷绳有无损坏；各绳卡销钉、螺钉连接是否可靠。检查完毕后，发动柴油机开动卷扬机在运转正常情况下，以低速起塔，塔起高在1m之内，复查一次后再以低速立塔绷绳初步绷紧调整塔腿垂直。 　　　

7. 铺好机台板、安装转盘、万向轴、泥浆泵，并使各皮带轮位置相互对正，以保证皮带正常工作。同时并把各组件的防护罩装好，确保安全生产，连接钻具并安装钻塔避雷针、照明、机房、塔套及推管小车等工作完成后方可准备开孔。　　　

开钻前的检查和准备　　　

1. 检查钻机所有组件，安装是否稳定可靠，钢绳及联接是否完好，并清除钻机的灰尘、泥物等物。　　　

2. 检查各操作把是否灵活好用，定位松紧，各三角皮带松紧是否合适（特别对主、副卷扬机刹车及两个磨擦离合器手把），必要时需加调整。　　　

3. 检查动力机和泥浆泵。转向应正确。 　　　

4. 按照润滑规范和图解润滑钻机各零部件。 　　　

5. 按规定向变速箱、转盘、主卷扬机的涡轮箱内注油。 　　　

6. 脱开柴油机离合器，泥浆泵离合器，空车盘动三角皮带轮给进手轮观察变速箱，主副卷扬机万向轴，转盘是否有碰死咬死之处，如有则应予以调整。　　　

7. 搅拌泥浆。为保证钻孔质量，钻进效率，开孔前要准备一定质量和一定数量的泥浆，一般在第四纪地层开孔采用600mm井口管护孔需准备泥浆不少于4m3、粘度在10～20Pa.s之间。 　　　

8. 钻机的试运转。钻机各部检查完毕后，应进行空载试运转。观察各部运转正常，方可正式开钻。　　　

使用中的注意事项　　　

1. 开钻前，先开动泥浆泵待孔内泥浆返上，再使主付卷扬机得到动力，给转盘以合适的速度由转盘大小方补心带动主动钻杆钻进，一般情况下复盖层中应用减压钻进即用主卷扬机吊住钻具缓缓下放不使钻具重量全部压在孔底，以便既进尺又不蹩钻。　　　

2. 拧卸钻杆丝扣应遵守以下事项：下放钻杆要慢放、放平、大钩、不能松得太多，开动转盘时不要猛合离合器。　　　

3. 放倒方钻杆时，方钻杆下边不准站人。 　　　

4. 接圆钻杆时，钻杆提头必须上紧，接头通过活门后应即刻关闭活门。　　　

5. 提升方钻杆前，必须检查钻杆笼头有无漏水及螺丝松动情况，并必须挂好高压胶管的保险绳。在吊起方钻杆时，操作人员必须离开钻杆的下部，主副卷扬机上的钢丝绳，必须缠绕整齐。　　　

6. 连接钻杆插入丝机时，不要强松或松得过多，防止碰坏丝扣，防止高压胶管缠绕钻杆。　　　

7. 钻进过程中，把闸人必须集中思想注意地层的变化及钻杆的转动情况，根据转盘的声响，进尺的快慢及钻杆的转动判断地层的变化情况，认为已经变层即停止转盘，稍许提起钻杆。如为泥层，在提起钻杆时，钻杆即向逆时针方向转动。如为砂层，在提起钻杆时，钻杆不转动，此时即根据地层变换的情况，下入取样进行取样。　　　

8. 各手把定位处应经常检查，换档后各手把位置应注意是否正确，不可违反以下原则：　　　一般情况下：主、副卷扬机不同时工作，主、副卷扬机离合器手把不同时扳紧。主卷扬机卷筒跟转盘不同时工作，主卷扬离合器手把和制动手把不同时扳紧。转盘与泥浆泵同时工作（除拧管及起下钻）故开动主卷扬机制动手把时，应注意返水情况。　　　严格禁止转盘离合器手把和主卷扬离合手把同时扳紧；副卷扬离合器手把与刹车踏板同时扳死。 　　　

9. 换档必须停车，如换时挂不上可以盘动手轮或让离合器稍结合，待齿轮转动将停止前挂档，严格禁止高速运转时挂档。拧管操作时或蹩钻挂不上档时，只能盘动手轮，严禁开车。　　　

10. 在整个钻进过程中必须保证井孔完整，每钻完一根钻杆长度，均提起钻杆试孔，如钻杆连续回转数圈必须进行细微的划孔，直至井孔完整。　　　

11. 在下入取样器之前，应将转盘卡方全部拿出放在井台板上，使钻头离开孔底后再下入取样器，下入取样器时不能松得过猛，在取样时，不能停止泥浆泵。在冲击取样之前应在井口的钢丝绳上作好标记，把闸人应注意不使钢绳松得过多，不使提升的高度超过冲程。冲击十余次即丈量井孔钢绳上的标记，如不超过100mm即为砂层，可继续冲击。如超过150～200mm即为泥层不可继续冲击，应即提升取样器。在提升取样器前，应轻轻进行反冲击，提升时不能把离合器给的太死。 　　　

12. 终孔后，应进行冲孔，将孔内的岩屑冲净，试孔器不能下降太快，下松时如遇阻力，不可提起猛松。试孔器试至孔底进行冲孔一至二小时，提出试孔器，用掏泥桶校对孔深，如孔底存有沉淀物，应用掏泥桶清除。　　　

13. 钻进过程中，如动力突然中断，或憋钻严重不能换档时，应立即拉开离合器手把，压下提升手把，盘动手轮提升钻具。　　　

14. 随时观察水压表及泥浆上返情况。每次开车前更要检查，以减少事故。　　　

15. 各零部件不得*超负荷工作。一般超负荷象征为：响声不正常（柴油机和钻机）、发热打滑、特别是钻机的两个离合器不能在*超负荷下工作（如遇憋钻、拧卸接头，处理事故，起取样器等应谨慎操作）。　　　

16. 遇大风及恶劣气候时，应采取措施或停止工作。 　　　

17. 钻机使用过程中，应经常检查钻机机架、动力机架与底座及泥浆泵机架与地面连接是否可靠。地锚埋设情况，绷绳松紧度，塔身后支承情况，各节塔脚销子情况，底座沉降情况等，特别是卷扬机钢绳地锚钢绳死端情况等，如有异状立即采取措施。　　　

作业后的注意事项　　　

1. 钻机用完后，拆卸钻架应按说明书规定。同时要避免碰撞，防止变形。　　　

2. 检查钻机各部位，按说明书规定进行清洗和保养。

全液压动力头钻机的工作原理

由动力头驱动钻杆，钻杆带动钻头回转钻进，采用空气反循环的排渣方式，其动力传递为：电动机→液压泵→液压马达→动力头。

钻机动力头和传动系统设计

通过对煤矿井下近水平大孔径长钻孔工艺方案的调研发现，通常要求钻孔孔径为153～200mm，钻孔深度在500～600 m，正常钻进转矩为4000N·m，处理钻进事故转矩为6000N·m，钻进转速为40～210 r/min。针对钻孔参数的要求，研制开发了 ZY-6000煤矿用全液压坑道钻机。

1动力头的设计要求

动力头作为钻机的重要部件，其主要功能是将回转所需的转矩和转速传给钻具，实现孔底钻头连续破碎岩石和延伸钻孔深度，其结构和性能必须满足钻进工艺的下列要求

1)动力头的转速和转矩应满足钻进工艺的需要。由于钻进过程中，钻头所需的转速和转矩是根据所钻岩层的性质、钻头直径、钻进方法的规程而变化的。所以，要求动力头的转速和转矩是可调的，而且调节的范围应与钻机所采用的钻进工艺相适应。

2)动力头应具备反转速度，以满足处理事故及特殊辅助工作的需要。

3)动力头传动齿轮及轴承在钻进过程中，应具有良好的润滑。

4)动力头主轴的通孔直径应通过钻机配套钻杆，适应动力头前后均可装、卸钻杆的要求。

5)动力头应回转平稳，振动小，噪声小。

6)卡盘夹持钻杆应牢固可靠，卡瓦和钻杆磨损后，夹紧力可调整补偿。

动力头总体方案设计

钻机主要技术性能参数的确定

根据钻孔抽放工艺要求，经过计算并与国内外同类钻机性能参数做优化比较，确定钻机的主要技术性能参数如下：

其中zui大输出转矩6000N·m和输出转速40～210 r／min作为动力头设计的主参数。

动力头设计方案

根据以上动力头设计的要求，在动力头总体设计方案中，动力源采用斜轴式轴向柱塞变量马达(手动控制变量)，实现钻具输出转速在40～210r／min内无级变速；主轴为中空轴，钻杆可以从中空轴通过，装卸方便；卡盘采用组合式液压卡盘结构，卡瓦动作灵活，夹持钻杆牢固可靠，卡瓦和钻杆磨损后，夹紧力可调整补偿。

动力头的结构设计

液压系统马达和泵的选型

液压系统采用双泵系统，大泵油路供给钻具旋转、快速进退；小泵油路供给钻机推进，以及完成卡盘、夹持器、调高等辅助动作。根据钻机转速和转矩的要求，通过计算，大泵选用A7V-117型斜轴式轴向柱塞变量泵(手动控制变量)，排量0～117mL／r；小泵选用A2F-12斜轴式轴向柱塞定量泵，排量11．6mL／r；马达选用A6V-160型斜轴式轴向柱塞变量马达，排量46～160mL／r。根据泵站电动机输出转速1480 r／min，计算出大泵流量为150．442 L／min，马达输出的zui高转速3106r／min，zui大转矩519N·m(工作压差24MPa，机械效率0．85)。

传动系统设计

传动系统的设计是动力头设计的关键，直接关系到动力头的性能和外形尺寸。根据马达输出的转矩和转速，计算出动力头传动比为13．333，考虑到传动效率等因素，确定传动比为14：1。为了达到14：l的传动比，传动系统有多种传动方案可供选用[2]，例如：一级内齿轮传动和一级外齿轮传动、三级外齿轮传动、行星减速器和一级外齿轮传动等。煤矿坑道钻机在动力头设计时，不仅要达到设计性能参数的要求，还应尽量做到体积小和质量轻，便于井下搬运。考虑到行星减速器具有结构紧凑、传动比大，能简化传动系统的特点，经过多次优化设计，传动系统zui终采用马达-行星减速器-斜齿轮传动-主轴的传动方案。

结构设计中将行星减速器作为一个独立的部件，这样不仅便于行星轮系的润滑，又方便井下行星减速器的维修或更换。行星减速器用内六角螺钉连接在动力头箱体后端的行星减速器安装板上，通过行星减速器安装板的过渡，避免了行星减速器与主轴后端圆锥轴承之间的干涉，可尽量缩小小齿轮轴与主轴之间的中心距，从而减小了动力头箱体的体积和质量。动力头结构见图1。

卡盘设计

卡盘为液压组合式卡盘结构，由碟簧和动力头外侧两个夹紧油缸共同提供推力，再通过楔面传力机构夹紧钻杆，达到传递转矩和推力的目的。蝶型弹簧承担主要夹紧力，外置油缸起辅助夹紧作用。

根据钻机主要性能参数要求，通过设计计算，得出卡盘夹紧钻杆时，碟簧和两个夹紧油缸提供的总推力应大于280kN。按照设计手册中的蝶型弹簧弹力计算公式[3]，计算出当碟形弹簧压缩到设计夹紧压缩量厂3(夹紧钻杆时的压缩量)时，碟形弹簧的弹力F夹紧=163．89kN，夹紧油缸的辅助夹紧力 F夹≥116．11kN。

1)传动系统设计中采用了行星减速器和一级斜齿轮传动方案，减少了传动级数。

2)结构设计中考虑了行星减速器安装板，缩小动力头箱体小齿轮轴和主轴之间的中心距，使动力头减速箱的体积和质量zui小化。

3)卡盘设计为液压组合式卡盘结构，夹紧力大，卡瓦和钻杆磨损后，夹紧力可调；夹紧钻杆后，对主轴受力而言，蝶型弹簧产生的轴向作用力与反作用力相互抵消，改善了主轴轴承的受力状况。

4)行星减速器和动力头箱体内斜齿轮传动润滑系统相对独立，使处于动力头箱体上方位置的行星减速器能得到良好的润滑。

那么哪些情况下会造成脱链呢？

1、托链轮损坏导致的脱链；一般情况下，托链轮油封漏油会导致托链轮磨损严重，这样就会导致履带脱链。

2、引导轮损坏导致的脱链；查看引导轮时，要察看引导轮上面的螺丝没有缺，有没有断裂。卡引导轮的那个槽，有没有变型。

3、履带磨损严重导致的脱链；如果长时间使用的话，履带肯定是有磨损的，而履带上的链筋，链筒等部件的磨损也会导致履带脱链。

4、涨紧油缸故障导致的脱链；此时，应该检查涨紧油缸是否忘记打黄油，看看涨紧油缸是否有漏油现象。

5、驱动马达齿圈磨损导致的脱链；对于驱动马达齿圈来说，如果磨损严重的话，我们就需要更换了，这也是钻机脱链的一个重要原因了。

6、护链器磨损导致的脱链；现在几乎所有的钻机履带上都有护链器，而护链器对于防止脱链能起到非常重要的作用，所以检查护链器是否有磨损也是很重要的。

如何避免履带脱链：

①定期检查护轨器和导向轮下面焊接的那块护轨器。

②尽量避免挖掘机原地转圈。

③经常查看履带内是否有卷入石块等异物，有的话需清理。

④在泥泞的工地上工作，需经常空转将履带里沉积的泥土排。

⑤机器连续行走的时间不能超过2小时，应尽量减少在工地现场行走的时间，如有需要，建议在中途短暂停留后再进行行走。

⑥在工地行走的时候请尽量将行走马达置于行走后边，减少对托链轮的挤压。

⑦行走的时候避开凸起的坚硬物，以免造成在轨链上的应力集。

⑧确认好履带的松紧度，在泥土等松软的地方将履带调节得紧点，在石头上行走时履带调节得松点。履带过松或过紧都不好，太松会导致履带容易脱轨，太紧会导致链套磨损过快。

(1)排屑困难：

由于锚固钻机钻孔基本上为水平孔，松散层的土比较潮湿，排出的岩屑多为泥团，当钻孔较深时，排屑十分困难，当钻进至设计孔深提钻时，发现严重岩粉卡钻。因此在钻进过程中，严格控制进尺，勤吹孔，必要时从钻具内和钻具与套管的环状间隙送水洗孔提钻。

(2)偏心钻头脱落事故：

在施钻过程中经常发生偏心钻头脱落事故，经分析主要原因是偏心横销材质较差，易断。当事故发生时，先拔管，然后用筒状岩心管取心钻进取出。需改变偏心横销的材质，选用轴承钢加工横销。

(3)管靴脱落事故：

在跟管过程中，主要是通过跟管钻具在给进破岩的同时利用管靴与钻头上的台阶 拖着套管同步跟进。因此套管靴是主要受冲击振动的部位。当钻孔加深后，套管增长，摩擦力大或后部套管被岩粉卡死后，套管管靴很容易被打脱。当管靴被打掉时，在拔出套管后，用公锥取出管靴，再继续跟管钻进。防止管靴脱落的主要措施如下：①在动力头与套管之间增加一个同步给进装置；②管靴与套管实行铆焊、点焊联接。

(4)跟管钻进蹩钻事故：

在跟管钻进过程中，当钻遇地下隐埋物如钢筋、硬质石英砂岩或土石软硬不均时，会发生严重蹩钻，钻具无法正反转，遇到此种情况需拔出套管，取心钻进后再跟管钻进。