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• 发布时间：2024-09-01
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程度定向钻机 (第一部门)◇徐工研究院 张启君

概述

程度定向钻机是于不开挖地外貌的前提下，铺设多种地下专用举措措施(管道、电缆等)的一种施工机 械，它广泛运用在供水、电力、电讯、自然气、煤气、石油等管线铺举措措施工中，它合用在沙土、黏土、 卵石等地况，我国年夜部门非硬岩地域均可施工。事情情况温度为-15℃~+45℃。程度定向钻进技能是 将石油工业的定向钻进技能以及传统的管线施工要领联合于一路的一项施工新技能，它具备施工速率 快、施工精度高、成本低等长处，广泛运用在供水、煤气、电力、电讯、自然气、石油等管线铺举措措施工 项目中。程度定向钻进装备，于十几年间也得到了飞速成长，成为发财国度中新兴的财产。今朝其发 展趋向正朝着年夜型化以及微型化、顺应硬岩功课、自备式锚固体系、钻杆主动堆放与提取、钻杆毗连自 动润滑、防触电体系等主动化功课功效、超深度导向监控、运用规模广等特性成长。该种装备正常适 用在管径φ300~φ1200妹妹的钢管、PE管，最年夜铺管长度可达1500m，顺应在软土到硬岩多种泥土条 件，运用远景广漠。下面是以对于程度定向钻的研究意思十分主要！

1 程度定向钻机的相干产物与要害技能及分类

1.1海内皮毛关产物的成长特色

海内有徐工的ZD1245/ZD1550/ZD2070/ZD25100系列程度定向钻机，ZD系列程度定向钻 机于海内初次接纳了电液比例节制技能、电机液一体化PLC节制技能、动力头闭式回路节能、防触电报警等多项进步前辈技能。于钻杆主动装卸钻杆、 主动锚固、主动润滑、主动钻进以及回拖、触电掩护等方面具备立异点，重要技能机能指标到达了 外洋同类产物的进步前辈程度，于提高事情效率，保险防护，减轻劳动强度等方面居海内同类型产物 的领先程度。为今朝海内技能开始进，主动化水平最高的钻机。中国地质科学院勘探技能研究所、 连云港黄海机械厂、北京土行孙非挖技能有限公司出产的DDW80、DDW100、DDW200系列程度 定向钻、中联重科、深圳钻通公司出产的ZT10，ZT十二、ZT1五、ZT20系列程度定向钻。于以上的 海内钻机中今朝以徐工的ZD系列程度定向钻机的配备为最佳，该系列产物于海内初次接纳了电 液比例节制技能、电机液一体化PLC节制技能、动力头闭式回路节能、防触电报警等多项进步前辈技能。 于钻杆主动装卸钻杆、主动锚固、主动润滑、主动钻进以及回拖、触电掩护等方面领先，重要技能 机能指标到达了外洋同类产物的进步前辈程度，于提高事情效率，保险防护，减轻劳动强度等方面居 海内同类型产物的领先程度。外洋的Ditch Witch公司是世界上出产非开挖定向钻机较进步前辈的公司，具备进步前辈的节制技能以及精良的通信装备，技能性 能进步前辈、操作机能精良，今朝出产的系列产物有JT520、JT920L、JT1720M I、JT4020MI、JT7020MI以及广普型钻机JT2720AT、JT4020AT等中小型钻 机。Ditch Witch的钻孔资料处置惩罚体系，可举行钻孔轨迹设计，举行相干钻孔数据的记载。此中 DitchWitch公司JT2720/JT2720M、JT4020/JT4020M型定向钻是其于我国发卖的主导产物。VERMEER公司是世界上另外一非开挖装备的闻名出产厂家，其程度定向钻机从迷你型钻机到年夜型 钻机有多种型号，重要有：PL8000、D7*11A、D10*15A、D16*20A、D18*2二、D24*2六、D24* 40、D33*4四、D40*40、D50*100、D80*120、D100*120、D150*300、D200*300、D300*500等 ；美国CASE公司出产的60系列五种型号，美国凯斯公司是成长程度定向钻财产较晚的公司，产物 有凯斯60十、凯斯6030等型号的新型定向钻，但出产的产物机能进步前辈，尤为是于PLC节制，主动 改换钻杆等方面有其怪异的进步前辈性以及优胜性。此中凯斯6030型定向钻是其于我国发卖的主导产 品，主轴最年夜扭矩5423N.m，主轴三速扭转，最猛进给力与回拖力均为13.6T，满载钻杆零件重 量7.8T，可满意正常施工项目的需要。典型的施工项目有上海信息港项目、黄埔江项目等。别的， 出产程度定向钻机的外洋公司另有美国的AUGERS公司，INGERSOLL—RAND公司，德国 的FLOWTEX、HUTTE公司，英国的POWERMOLE、STEVE VICK公司，瑞士的TERRA公司，加拿年夜的UTILX公司以及意年夜利的 TECNIWELL公司等。今朝外洋程度定向钻的产物多数具备如下几个技能特色：主轴驱动齿轮箱 接纳高强度钢体布局，传动扭矩年夜，机能靠得住；全主动的钻杆装卸存取装配；年夜流量的泥浆供给体系 以及流量主动节制装配；进步前辈的液压负载反馈，多种电气逻辑节制体系，高品质的PLC电子 电路体系确保永劫间地事情靠得住性；高强度总体式钻杆和钻进以及回拖钻具；倏地锚固定位 装配；进步前辈的电子导向发射以及吸收体系。

综合外洋程度定向钻机的特色，重要有：

1)中小型定向钻机多接纳橡胶履带底盘，具备自行走功效，减小对于人行道以及草坪的毁坏。带钻杆 主动装卸装配，可利便地装卸钻杆，减轻操作者的劳动强度，提高事情效率；年夜型钻机带随车吊，便 在吊装钻杆；

2)系列化水平高，从2T到600T，合适差别口径以及长度，各种地层的施工；具备多种硬岩施工方 法，如泥浆马达、顶部打击、双管钻进，能举行软、硬岩层的施工。

3)液压体系接纳电液比例节制技能，或者负荷传感体系，液压元件接纳了国际进步前辈成熟的产物；

4)运用进步前辈的PLC节制以及电液比例节制技能，重要实现四个方面的主动节制功效：主动钻进，自 动回拖、主动锚固，以及行走时的无级变速节制以及转向节制，主动化水平高。

5)功课保险以及恬静，具备驾驶室，具备无线 (或者有线)导向节制体系、地下电缆与管道探测技能、防触电保险掩护技能、长途节制紧迫停机技能等保险 办法，确保呆板以及职员的保险。

6)进步前辈的钻进计划设计软件：如VERMEER公司的ATLAS BORE PLANNER软件以及美国十方公司的DRILLSMART软件等，专为HDD(程度定向 钻进)施工而开发，可按照施工要乞降资料，模仿天生设计施工线路以及陈诉。

海内外同类技能及厂家比力表如表一、表2下：

表1 海内外同类技能比力表 CASE6030沟神JT2720威猛D24×40A廊坊GPS10徐工ZD1245最年夜回拖/进给力(KN)136/136120/120108/108150/70122/108动力头最年夜扭矩(Nm)54233660541560004500主轴最年夜转速(r/min)三速21526080210主动装卸钻杆有有有没有有最年夜钻进长度(m)300300300300300主动锚固有有有没有有

表2 海内外同类厂家比力表 企 业重要产物今朝的范围特 点北京土行孙公司DDW80、DDW100、DDW150、DDW200、DDW250、DDW320已经造成系列化、批量化，年产量已经达160余台拖式、自行走式均有，液控，钻杆手工装卸，无主动化深圳钻通ZT-八、ZT-十、ZT-1五、ZT-20、ZT-25已经造成系列化，批量化，年产量已经达130余台拖式、自行走式均有，液控，钻杆手工装卸，无主动化中联重科KSD1五、KSD25已经批量出产，年产量达20余台自行走，动力系与主机两单位体，干湿两用，全负荷敏感控 制，英国技能，回拖 力15~25吨连云港黄海机械厂回拖力8~36吨已经造成系列化，批量化，年产量已经达50余台拖式、自行走式均有，液控，钻杆手工装卸，无主动化廊坊华元电机HY-3000、HY-2000、HY-1300、HY-800重要从事年夜型定向钻机的出产，已经造成小范围行走体式格局拖式，液压 体系入口，动力体系与主机两单位体，回拖力于80~300吨凯斯(美国)CASE60十、CASE6030、CASE6060、CASE6080、CASE60100、CASE60120批量入口，年销量20~30台电子节制，主动化水平高，动力强劲，靠得住性高。Ditch Witch(美国)JT920、JT1720、JT2720、JT4020、JT7020批量入口，年销量20~30台电子节制，主动化水平最高，动力强劲，靠得住性高；钻岩技能 进步前辈，看重人身掩护VERMEER公司PL8000、D7*11A、D10*15A、D16*20A、D18*2二、D24*2六、D24*40、D33*4四、 D40*40、D50*100、D80*120、D100*120、D150*300、D200*300、 D300*500批量入口，年销量20~30台电子节制，主动化水平高，动力强劲，靠得住性高。德国海瑞克回拖力100~600吨入口数台成熟技能，底盘分模块式、拖式、履带式多种

1.2程度定向钻机分类

根据程度定向钻机所提供的推拉力以及扭矩的巨细，可将定向钻机分为年夜、中、小型三年夜类。各种 钻机的重要机能参数以及运用规模见表3

表3 程度定向钻机分类 分 类小 型中 型年夜 型推拉力(KN) 100100~450 450扭矩(KN·m) 33~30 30功率(KW) 100100~180 180钻杆长度(m)1.5~3.03.0~9.09.0~12.0铺管直径(妹妹)50~350350~600600~1200铺管长度(m) 300300~600600~1500铺管深度(m) 66~15 15

1.3 程度定向钻的要害技能

1.3.1中空动力头

中空动力头的设计的实现：中空动力头是程度定向钻的要害功课部件，其靠得住性及品质的优劣将 间接影响零件的一般使用，该部件应实现钻进以及运送泥浆的功效，同时要思量齿轮的润滑，泥浆运送 体系的密封等。动力头正常由低速年夜扭矩马达驱动减速机，由减速机驱动减速箱机构，由减速箱输出 轴驱动钻杆动弹，输出轴中空，输出轴一端接有扭转接头，经由过程扭转接头注入泥浆。别的今朝于海内 市场上12到15吨级的程度定向钻机，入口的重要有美国凯斯公司的6030、威猛公司的D24X40A、沟 神公司的JT2720，海内厂家有北京土行孙的DDW-150、连云港黄海的FDP-1五、深圳钻通的ZT-1五、徐 工集团的ZD1245等。其海内外动力头机能参数对于比见表4 ：从上面的动力头的机能参数对于比来看，海内动力头于推拉力、扭转扭矩、转速及泥浆通流 量等参数基真相同，外洋各厂家为了顺应差别的用户市场，重要参数各有所不同，有的偏重在年夜的旋 转扭矩，有的偏重在年夜的推拉力。正常而言，最年夜输出扭矩的几多决议了钻机扩孔威力的巨细，最年夜 拉力的巨细决议了拖拉管道的长度。事实上假如扩孔品质好，钻机不需要很年夜的拉力就能将管线拉 动。还应清晰动力头接纳的中、低速液压马达驱动，驱动体式格局；今朝重要有三种：选用通孔式低速年夜扭 矩马达间接驱动，泥浆间接从中间通孔输入，输出轴间接毗连钻具。此种体式格局受液压马达的限定，仅 限在小型钻机中运用；选用低速年夜扭矩液压马达经齿轮箱驱动，按照反转展转扭矩的需要可以由一个液压 马达驱动，也能够由两个、以至是三个液压马达驱动。液压马达可以于齿轮箱的先后对于称，也能够环 绕输出轴成环形或者扇形安插。马达有选用法国波克兰公司的径向柱塞马达，如CASE、威猛的钻机；因为摆线马达价格较低，海内厂家多选用摆线马达。 齿轮箱正常需一级齿轮减速。此种体式格局运用较遍及；液压马达经由过程减速机再经齿轮减速箱驱动。液 压马达为高速马达，可所以一个或者两个，减速机选用行星齿轮减速机。齿轮箱正常需两级齿轮减速。 因为高速马达、行星减速机比力成熟，两者联合使动力头的转速规模更宽，且其价格以及低速年夜扭矩方 案差未几，径向尺寸相对于较小。

表4 海内外动力头机能参数对于比表 钻机型号最年夜扭矩(N.m)最年夜转速(rpm)最年夜回拖力(KN)泥浆流量(L/min)黄海FDP-150~4500120150150土行孙DDW-150420080150250钻通ZT-155000100150250凯斯60305420245135151威猛D33X44A5957260149189沟神JT2720MI4338225122180徐工ZD12454500210122180

1.3.2导向定位

导向定位检测与节制体系：导向定位检测与节制体系是该钻机的重要辅助功课部件，该部件接纳 无线或者有线探头发射装配及地面吸收显示装配，探测深度通常是10~15M，且可持续显示丈量顶角及 钻头面向角。

1.3.3主动装卸装配

钻杆柔性主动装卸装配及节制：该装配可较利便地装卸钻杆，减轻操作者的劳动强度，提高事情 效率。该装配接纳柔性进给装配，协调性要求较高。需对于钻杆的起落、梭臂的伸缩、动力头的位置、装 卸完成的检测等功效举行逻辑节制，实现多动作间的主动切换，提高零件的机械主动化水平。

1.3.4钻进导向仪

定向钻进导向仪：该装配是一套完备的信息体系。它包孕智能型的无线抗滋扰双频探头或者有线探 头发射装配，手提液晶显示仪及远间隔同步显示器，探测深度通常是10~16M，可持续显示钻头的深度、面向角、温度，电池状态等旌旗灯号。以包管施 工的顺遂完成。

1.3.5管线探测仪

地下管线探测仪(探地雷达)；地下管线探测仪是一种主要的辅助探测装备，它由一台发射机以及一 台吸收机组成。用在探测事情区内的地下管线漫衍环境，为用户设计钻进轨迹提供主要的参考依据。 今朝，海内外遍及接纳的探测体式格局有：激光、GPS、超声波、CT(X光断层扫描)、CCTV同轴电缆可视 化检测、陀螺仪等。入口探测仪接纳了双程度线圈以及垂直线圈电磁技能、以超声波的情势对于地下管线 举行断层扫描，按照多点探测成果可立体地绘制出地下管线漫衍图。

1.3.6电气体系与液压体系

液压体系的进步前辈性与靠得住性：要害件选用外洋进步前辈、靠得住的液压元件，以确保液压体系的可 靠性。程度定向钻的电气体系重要分为：策动机部门、油门节制、泥浆泵节制、主动润滑节制、地 面行走节制、虎钳节制、钻杆的主动装卸节制、主动钻进节制、动力头双速节制、钻机的妨碍诊断 功效、防高压电掩护、钻进监控等几个部门。电器件正常由左节制台、右节制台、继电器箱、辅 助节制台、设置节制台、行走节制盒、备用节制盒构成。

2 程度定向钻机经常使用布局程度定向钻零件重要有底盘、动力头、钻架、策动机体系、钻杆主动存取装配、钻杆主动润滑装 置、虎钳、锚固装配、钻具、液压体系、电气体系及泥浆体系等部件构成。

2.1底盘的布局

程度定向钻机的底盘是指机体与行走机构相毗连的部件，它把机体的重量传给行走机构，并和缓 地面传给机体的打击，包管程度定向钻机行驶的平顺性以及事情的不变性，底盘是程度定向钻机的骨 架，用来安装所有的总成以及部件，使零件成为一个总体。程度定向钻机底盘今朝的布局通常是液压驱 动，刚性毗连式车架，底盘重要包孕车架及行走装配，车架为框架焊接布局，上面有策动机、油水散 热器、燃油及液压油箱、把持装配等的安装支架；底盘的行走装配重要包孕驱动轮、导向轮、支重轮、 托链轮、履带总成、履带涨紧装配及行走减速机、纵梁等构成、行走装配中左、右纵梁别离总体焊接 后，与中间总体框架势车架用高强度螺栓毗连成为一个总体车架。底盘的车架后端可两个蛙式支腿或者 两个垂直的支腿，可有用降低支腿部门重量及简化布局，程度定向钻机事情时支腿支起，加强整车的 不变性。底盘的行走减速机今朝正常用入口的内藏式行星减速机(包孕马达)或者两点式变量马达减速机， 可入口帝人或者其它厂家的产物，行走时可以或许实现行走快慢双速，输出扭矩年夜、布局紧凑。底盘的行走 装配重要包孕履带张紧装配、 橡胶履带总成、驱动轮、导向轮、支重轮及行走减速机等构成。底盘的 橡胶履带有两种布局体式格局可选择，一可接纳BRIGESTONE公司的总体式橡胶履带；二可接纳 BERCO公司的组合式橡胶履带的布局，两者比拟前者布局简朴，节距较小，车架高度较低，但后者 强度高，可蒙受更年夜的载重量，毁坏后可以改换，驱动轮、导向���轮、支重轮、履带张紧装配均可间接 配套。底盘的履带张紧装配由张紧油缸、张紧弹簧、导向轮、油杯等构成。

2.2策动机体系的布局

程度定向钻机的策动机体系正常包孕策动机、散热器，空滤器，消音器，燃油箱等。正常程度定 向钻机设计时策动机选用外洋的John Deere增压水冷策动机或者选用美国康明斯公司的增压中冷策动 机，为了顺应差别用户的需求，也可选装海内的二汽春风的康明斯策动机及玉柴等厂的策动机。其水 散热器、空滤器等附件选用国产配套件，燃油箱便宜。

2.3动力头的布局

程度定向钻的动力头的布局正常由一个高速马达驱动减速机，由减速机驱动动力头，由减速箱输 出轴驱动钻杆动弹，输出轴中空。动力头有如下功效：驱动钻杆钻头反转展转；蒙受钻进、回拖历程中产 生的反力；泥浆进入钻杆的通道。今朝海内程度定向钻的动力头布局基本同样，差别点于在：减速机 的选型纷歧样：同吨位的程度定向钻选不到彻底不异的减速机，以是各厂家的该减速比以及机能参数有 所变更。动力头的减速比纷歧样：因为减速机传动比的转变，以是动力头的减速比也有变更。今朝， 动力头的传动体式格局重要有链传动以及齿轮传动；如CASE钻机的动力头的传动体式格局为链传动：链传动 的长处是布局简朴，打造轻易，错误谬误是传动均衡性差、寿命短、输出扭矩小。DITCH WITCH公司钻机的动力头的传动体式格局为齿轮传动；齿轮传动的优 点是传动均衡、使用寿命长、输出扭矩年夜；错误谬误是打造要求精度高。别的动力头推拉装配是动力头回 拉或者进给运动的履行机构，正常由一对于低速年夜扭矩马达驱动一对于减速机，由减速机驱动链轮链条机 构，由链轮链条机构向动力头提供进给力或者回拉力。动力头推拉装配今朝各厂家差别，如DITCH WITCH公司的链轮条机构；该机构的长处是事情速率快，事情平稳，布局紧凑，成本适中。错误谬误是 链轮链条受力较年夜；CASE公司的链轮链条倍力机构；该机构的长处是链条受力是推拉的一半，事情 平稳；错误谬误是事情速率慢，布局尺寸年夜，成本高；海内廊坊双油缸机构。该机构的长处是回拖力年夜在 钻进力，成本较低；错误谬误是布局尺寸太年夜，事情的平稳性差，使用寿命低，不克不及用在主动化要求高以及 自行走的机型上等。

2.4钻杆装卸的布局

今朝程度定向钻机钻杆装卸机构 ：该机构正常由钻杆、钻杆箱、钻杆升降、能伸出缩回的梭臂、 钻杆列数主动选择装配等构成。海内外各厂家的布局不尽不异，重要于钻杆的存取、运送上有不同， 有的接纳人工存取钻杆，人工装卸钻杆体式格局功课不只效率低并且增长了操作职员的劳动强度；有的采 用四连杆机构存取钻杆，但它们遍及哄骗弹簧的回缩力作为夹紧力，常常呈现钻杆脱落等变乱，事情 不成靠，不单影响功课效率，并且可能惹起已经钻孔的坍塌、埋钻等庞大变乱；有的接纳扭转布局运送 钻杆，该机构可较利便地装卸钻杆，减轻操作者的劳动强度，提高事情效率。该机构接纳柔性进给装 置，协调性较高。需对于钻杆的起落、梭臂的伸缩、动力头的位置、装卸完成的检测等功效举行逻辑节制，实现多动作间的主动切换，节制体系接纳进步前辈 的PLC节制；总之，上述的动作历程及逻辑节制基真相似，以DITCH WITCH公司的最为进步前辈，沟神的液压抓手、梭臂液压止动、丝扣油主动涂抹、列 数主动选择装配等功效，已经被作为钻杆存取的速率、靠得住性、效率方面的行业尺度。

2.5虎钳的布局

程度定向钻的虎钳位在钻机的前部，由前、后虎钳构成。前、后虎钳均可由液压油缸径向鞭策卡 瓦来夹持钻杆，且后虎钳可于液压油缸的作用下与前虎钳孕育发生相对于扭转，先后共同以便钻杆组装。国 内除了沟神公司外各厂家的布局相似，沟神公司的整个虎钳是装于浮动支撑座上，以掩护虎钳于钻杆装 卸时免受打击。

2.6锚固装配的布局

程度定向钻的锚固装配的作用是于功课时对于零件起不变、锚固作用，提高零件功课不变性，该部 件位在零件的前端。今朝各厂家遍及接纳的是螺旋钻进机构；用低速年夜扭矩马达驱动螺旋杆，用液压 油缸施加推、拉力举行钻进或者钻出，各厂家于详细布局上略有不同。别的，程度定向钻机锚固装配配 合零件形状的设计上，正常接纳了两种方案：地锚阀放于锚固装配，布局安插利便，布管轻易；后者 地锚阀另行放置如放于策动机罩内等，但完全转变了主机的造型以及外不雅。

2.7导向体系

程度定向钻的今朝导向体系有手持式跟踪体系以及有缆式导向体系。前者经济，使用利便，但要操 作职员间接达到钻头上方的地面，易受地形、电磁滋扰及探测深度的限定，多于中小型钻机上使用； 后者可超过肆意地形，不受电磁滋扰，但繁杂，使用贫苦，效率低，价格高。今朝海内市场上重要有 DCI公司的Digitrak导向装配、雷迪公司的RD386型导向仪等，以DCI的运用最为广泛，精度以及数据 处置惩罚速率更快，技能较为进步前辈，用户反映较好。

2.8泥浆体系的布局

程度定向钻的泥浆体系由随车泥浆体系与泥浆搅拌体系构成 ；泥浆搅拌体系用在泥浆混配、搅拌、向随车泥浆体系提供泥浆，随车泥浆体系将泥 浆加压，经由过程动力头、钻杆、钻头打入孔内，以不变孔壁，降低徊转扭矩、拉管阻力，冷却钻头。发 射探头，断根钻进孕育发生的土屑等。随车泥浆泵接纳液压马达驱动体式格局，选用FMC公司的活塞泥浆泵 或者国产的衡阳的活塞泥浆泵，最年夜流量450L/min，泥浆流量年夜，可确保泥浆要求：泥浆搅拌体系的要求：搅拌体系应具备搅拌倏地匀称、提供年夜流量泥 浆、可调治泥浆配比、搅拌与运送同时举行等功效，搅拌体系装配包孕料斗、汽油机泵、搅拌罐、车载 泥浆泵、相干管路等，泥浆搅拌泵可选用日本等公司的产物。泥浆罐容量为500加仑以及1000加仑两种 泥浆体系，用户还可选用两个泥浆罐并联，一个搅拌一个供给泥浆。

3 程度定向钻机的施工工艺

程度定向钻机施工工艺挨次是：现场勘测工艺；钻进轨迹设计工艺；钻进先导孔工艺；扩孔铺 督工艺。

3.1现场勘测工艺

3.1.1起首对于施工项目及工地的已经有相干资料举行查阅，勘测现场。重要查抄工地的出场路径、土质 以及地层前提、地表地形、有没有障碍物、地下管线漫衍、交通状态、跟踪定位体系的滋扰源(如钢筋条， 铁轨等)、供水前提等环境。

3.1.2具体查抄施工图纸及功课步调，确保于回扩钻孔以及回拉管线功课中思量到钻孔孔径会扩展这一影 响要素。查抄设计中有关参数，如：开孔倾角、最小深度、最小造斜间隔等。

3.1.3与其它专用管线公司接洽，让其对于地下现有管线举行定位并做上标志。

3.1.4检测回拖质料的重量以及刚性，相识该质料弯曲 半径，是否与设计路径有收支。再查抄一下是否有适合的回拖用具。

3.1.5做好保险掩护办法，如交通管束，紧迫救护办法，验明地下伤害物，明确规定工地规模，防止围 不雅者入内。

3.1.6选择开孔、终孔位置时应思量如下环境

(1)泥浆搅拌站应置在程度位置。应思量开孔角度会影响钻机的安装、钻杆的弯曲、不会致使泥 浆流出孔外。

(2)必需留意周围的机动车以及行人，于开孔、终孔位置周围应留有至少3米的缓冲区。

(3)查抄开孔、终孔位置周围是否有充足的空隙包管钻杆逐渐弯曲。

(4)思量荫地、风向、烟雾以及园地其它特征。只管即便向下坡标的目的钻孔，以避免泥浆倒流。

3.2钻进轨迹设计

导向孔的轨迹正常由三段构成：第一造斜段AB、直线段BC、以及第二造斜段CD，如图1所示。

图1 钻进轨迹设计

直线长度是管线穿梭障碍物的现实长度，第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二造斜段是钻 杆出露地的过渡段。是以，对于典型的导向钻进铺管施工，其导向孔的轨迹由如下几个基本参数决议：

(1)穿梭出发点B1；

(2)穿梭尽头C1；

(3)铺管深度h；

(4)第一造斜段的曲率半径R1；

(5)第二造斜段的曲率半径R2。

R1以及R2重要由钻杆的曲率半径以及待铺设管线 的答应弯曲半径决议。正常取R1≥1200d，R 2≥1200D，d以及D别离为钻杆以及待铺设管线的直径(妹妹)。

以上五个参数确定后，其它各项参数都可用作图法或者计较法来确定。

(1)作图法：如图1所示，确定B1以及C1 项，按 铺管深度h便可确定直线段BC，其长度为L。作半径为R 1的圆与直线BC相切在B点，与B1C 1的延伸线订交在A点，该圆于A点的切线与AB1 的夹角为入射角α1(进口倾角)。AB1 的长度即为造斜段间隔L1。用近似的要领可画出CD，并可求出出口倾角 α2以及造斜间隔L2。

(2)计较法：由下述公式别离计较出α一、α 二、L1以及L2。

L1＝[h(2R1－h)]1/2

α1＝2arctg[h/(2R1－h)] 1/2

L2＝[h(2R2－h)]1/2

α2＝2arctg[h/(2R1－h)] 1/2

由作图法以及计较法患上出各参数以后， 还应思量其它要素对于进口倾角以及出口倾角的限定。钻机倾角的可调规模是限定进口倾角的重要要素，正常钻机的倾角可于10 o~45o之间调治。对于小直径的钢管，思量到管道的焊接问题，出口倾角 α2正常应节制于0o~15o 内；对于在PE以及PVE管正常节制于0o~30o 之内。对于年夜口径钢管，因弯曲半径α2太年夜，L 2增年夜，一方面使导向孔间隔增加，另外一方面也华侈管材， 是以正常用下督工作坑来取代第二造斜段。

总之，设计钻进轨迹时要思量项目要求、地层前提、钻杆的最小曲率半径、管线的答应曲率半径、 施工现场的前提、铺管深度等多方面要素，末了设计出最好的轨迹曲线，有前提的还可哄骗现有的设 计计划软件举行优化设计。

3.3钻进先导孔

起首调解钻进倾角，下固地锚，钻进时同时驱动泥浆泵泵送泥浆，以供钻进护壁、钻头散热需要。 钻进导向是经由过程地表吸收器吸收无线探头体内的探测头发出的旌旗灯号，测出钻头位置。需要调解标的目的时， 动力头住手扭转，调解歪斜钻头板的标的目的朝所需标的目的，只进给而不扭转，此时地面吸收器吸收旌旗灯号， 监督进给标的目的，待标的目的准确后，继承钻进，整个钻进历程可屡次调解标的目的，直至钻进竣事。

3.4扩孔铺管

钻进竣事后，按照铺管直径及品种的差别，换上差别的回扩钻头，一次或者屡次回扩，直至到达所 需孔径。末了一次回扩时，经由过程万向节与铺管相连，边回扩边拖管直至铺管竣事。如图2所示：

图2 扩孔铺管

3.5泥浆用量的经验估算要领

任何一种型号的定向钻机所配置泥浆泵流量是必然的，于钻进时，泥浆用量相对于较少，可调解 泥浆泵于小流量状况；于回扩或者回拖历程中，因为钻孔直径较年夜，所需泥浆量相对于较多。泥浆泵要调解为年夜流量。操作者应把握适合的钻进或者回扩速 度，以包管有充足的泥浆，造成精良的钻孔。外洋有关泥浆公司对于此举行了量化，总结出一套泥浆 用量的经验公式，用户可按照该公式举行开端计较每一分钟泥 浆用量、回拖历时、项目所用泥浆总量等相干参数：

用Q暗示泥浆用量(升/米)，用D暗示回扩头直径(米)，则每一米泥浆用量可以按如下公式计较：

Q＝(D2/13)×K×104

K暗示一个系数，凡是于2~5之间，按照土质前提的差别从中选择，如：于粘性泥土中K 取2~3，而于砂石或者泥浆漏掉严峻的地质前提下， K取4~5。

以上计较值为开端估算值，现实运用时泥浆用量比估算值稍年夜。

3.6钻液的配置准则

钻液的配置取决在钻孔时所面对的泥土状态。凡是将泥土分为粗土以及细土，粗土正常没有吸水 性，可使水自由流过颗粒，它正常包孕砂土以及砾石，细土正常包孕黏土以及页岩，它可制止水渗入到 地层，吸水膨胀。可是，现实施工时所面对的土质边界其实不较着，可能变迁很年夜或者多种土质混淆出 现，是以，没有哪种钻液于任何土质中都是最佳的，只能配置较好的钻液。大抵的准则是，于粗土 中使用膨润土，于细土中使用聚合物。有时，以至统一个项目中使用多种钻液。下面是外洋某公司生 产的膨润本地货品混淆配比表5，仅供参考。

表5 某国产物品牌膨润本地货品混淆配比表 产物保举用量(每一1,000升)马氏漏斗粘度(s)正常地层砂层Hydraul-EZ(易钻)(30-36千克)45-50砂砾石层Hydraul-EZ(易钻)/Super Pac(辅佐)(36-42千克/1.25-2.5升)50-55黏土层Hydraul-EZ(易钻)/Insta-vis Plus(万用王)(12-18千克/1.25-2.5升)35-40未知层Hydraul-EZ(易钻)/Super Pac(辅佐)(30-42千克/1.25-2.5升)45-55繁杂地层卵砾石层Hydraul-EZ(易钻)/Super Pac(辅佐)/Suspend-It(速浮)(30-42千克/1.25-2.5升/1.2-2.4千克)70-90膨胀性黏土于泥浆中增添Insta-Vis Plus(万用王)(2.5-5升)35-40粘胶土于泥浆中增添 Drill-Terge(洁灵)(5-7.5升)35-40改良水质低PH值水质插手纯碱调解至8-10(0.3-0.6千克)

程度定向钻机(第二部门)◇徐工研究院 张启君 郑 华 陈 慧

概述

程度定向钻机底盘易呈现的“问题”，体现为零件行走时，导向轮、驱动轮、支重轮与履带链轨 之间发生非一般磨擦，影响履带的使用寿命。程度定向钻机的履带与上述“三轮”间都有侧隙，一般 环境下，程度定向钻机的履带与”三轮“之间会发生一般磨擦，但不会发生“问题“。形成“问题” 的底子缘故原由是：履带不克不及准确的卷绕；“三轮”的中央面不重合。

1 程度定向钻机导向轮惹起的“问题”

程度定向钻机导向轮是行走装配的主要整机，其安装位置的准确与否对于行走装配的寿命有很年夜的 影响。于一般环境下，履带应于导向轮中间卷绕，除了了于转弯时有短暂侧移外，履带正常不会侧滑。 可是，假如导向轮呈现倾斜，履带将遭到一个朝向不倾斜标的目的的分力作用，使其孕育发生轴向挪动，从而 呈现“问题”征象。导向轮歪斜的标的目的差别，惹起导向轮“问题”的位置也差别，假如导向轮于程度 面内发生歪斜，将于导向轮的前方孕育发生“问题”；若于垂直面内发生歪斜，凡是是于导向轮的上、下方发生“问题”，严峻时能惹起前部支重轮失边；当 两种歪斜同时存于时，就会发生“八字形问题”征象。因而可知，导向轮安装位置的准确与否，对于履 带是否“问题”有很年夜的影响。

影响程度定向钻的导向轮安装位置的要素重要是：

(1)导向轮轴两头安装销的圆孔中央线对于称度超差，装置后形成导向轮纵向中央线与履带架纵向 中央线不重合。

(2)导向轮轴两头安装销的圆孔中央线不服行，形成导向轮安装后歪斜。

别的，导向轮如有加工缺陷也会惹起“问题”，如：导向轮中间台肩加工时孕育发生轴向偏移；双方滚 道直径差别，使双方履带的拉紧力差别，履带易迁徙，滚道母线与履带销轴线不服行，从而使履带局 部侧滑。

2 程度定向钻机支重轮惹起的“问题”

程度定向钻机支重轮的作用是将呆板的重量通报给履带。于呆板行驶历程中，它除了了沿履带的轨面滚动外，还要夹持履带，不让它横向滑脱；于呆板转向时，它又要使履带于地面上横向滑移。支重 轮分单边、双边两种，以ZD1245型程度定向钻的为例，共有18个支重轮，均为单边支重轮。多个 单边支重轮配合造成一条滚道，履带于轨道上滚动。当轨道母线与驱动轮中央线及导向轮中央线 不重应时，将致使支重轮“问题”。

程度定向钻的支重轮“问题”的缘故原由重要是：

(1)支重轮固定螺栓松动，形成支重轮轴向位置变更或者发生倾斜。

(2)支重轮的中间凸缘加工时孕育发生了偏移。

(3)滚道母线与履带销轴线不服行使履带侧滑。

(4)支重轮双方滚道直径差别。

(5)支重轮加工时，滚道轴向尺寸太小，使其与履带的间隙小在导向轮与履带的间隙，惹起“问 题”

3程度定向钻机驱动轮惹起的“问题”

程度定向钻的驱动轮与履带之间的侧隙最年夜，正常不会发生“问题”，但若此中心线与导向轮、 支重轮的中央线不重应时也会惹起履带的“问题”。

程度定向钻机驱动轮“问题”的重要缘故原由有：

(1)齿箱座安装孔定位面与驱动轮轴向中央线的垂直度超差，形成驱动轮中央线与履带架纵向 中央线不垂直。

(2)齿箱座轴向尺寸加工时超差，惹起驱动轮安装不到位，使此中心线与履带架纵向中央线不 重合。

4程度定向钻机履带架变形惹起的“问题”

程度定向钻机履带架是焊接而成的矩形框架布局。“四轮”缓和冲装配都安装在其上。履带架 变形将粉碎“三轮”与驱动轮的位置瓜葛，从而惹起“问题”

程度定向钻的履带架变形惹起的“问题”的重要缘故原由是：

(1)履带架弯曲。履带架弯曲包孕其程度面内以及垂直平面内的弯曲；从对于零件使用的影响来看， 程度面内的弯曲对于“问题”影响最年夜，同时还会惹起零件跑偏。

(2)履带架前开裆变形。一是向外分隔，二是开裆倾斜。

5程度定向钻的磨损及其他缘故原由惹起的“问题”

程度定向钻的车架的事情情况顽劣并蒙受较年夜的外力，故轻易呈现磨损。惹起“问题”的重要原 因有：

(1)车架安装面与履带架共同外貌帖合欠好，粉碎了履带架与车架的垂直度。

(2)零件使用历程中有异物夹于导向轮与履带架之间，导致导向轮没法举行调解。

总之，惹起程度定向钻机“问题”的缘故原由长短常繁杂的，不单要器重加工、装置历程中的问题， 更应该于使用中常常对于行走部件举行不按期的查抄、调解，以避免“问题”的发生。即：查抄程度 定向钻机导向轮外缘与履带架之间的间隙，达不到要求时要举行响应的调解；调解程度定向钻机托链 轮的轴向位置；查抄程度定向钻的导向轮与履带架之间是否有异物等。

程度定向钻机 (第三部门)◇徐工研究院 张启君

于程度定向钻机施工历程中，需要使用与钻机功率相婚配的泥浆液搅拌装配，对于在钻头的钻 进以及壳壁的支撑掩护有着十分主要的作用。今朝，程度定向钻 机泥浆搅拌装配中，膨润土是经罐体上面的料斗而进入搅拌罐内的，泥浆罐内搅拌是 采纳电念头动员离心泵来搅拌。于现实事情历程中存于如下问题：（1）加膨润土的料斗太高，故 易形成膨润土的粉末从料斗飞出而危险操作职员（2）离心泵与罐体的密封布局部门常常走漏（3） 因罐体内混淆液的PH值不停于变迁，故形成离心泵要常常改换，并且罐体内的搅拌器改换次数增 加等等。

本文先容一种新型泥浆搅拌装配，它是一种为程度定向钻提供 钻进所用泥浆的一种新型高效搅拌装备，并可于其它需要用混淆配比浆液的场 合使用。

1新型泥浆搅拌装配的布局

该新型搅拌装配布局简朴，分为如下几年夜体系；汽油机泵与搅拌罐间经由过程软管毗连体系，该系 统由汽油机泵、软管、Y型过滤器、弯甲等构成，其特色为：汽油机泵不停地将泥浆液经由过程Y型过滤器 不断地搅拌；罐顶部喷管体系，该体系由表里丝接头、喷管、圆柱毗连体、弯头、过滤罩、三通、管 道内文丘里喷嘴、弯头、垫圈、锁紧螺母、塑料管、内衬喷嘴构成，表里丝接头固定于喷管上，喷管固 定于三通上，弯头、过滤罩固定于圆柱毗连体上，圆柱毗连体固定于三通上，内衬喷嘴固定于管道内文 丘里喷嘴上，管道内文丘里喷嘴、弯头固定于塑料管上，垫圈、锁紧螺母固定于搅拌罐上等构成，固 定于搅拌罐的上面，其特色为：一方面临搅拌罐内的混淆液不停搅拌，另外一方面于体系轮回的同时经由过程罐顶部喷管体系内的文丘里喷嘴而造成的负压，经进料塑料软管将膨润土主动吸入搅拌罐内，可迅 速完成搅拌罐内泥浆的配比要求；下部喷管体系，该体系由罐内文丘里喷嘴、增强筋、罐内喷嘴、内 锁紧螺母、软垫圈、外锁紧螺母、弯头、水管、外垫圈构成，其特色为：罐内文丘里喷嘴焊于增强筋 上，由巨细头、直圆管、管径扩展管构成，罐内喷嘴一端焊于增强筋上，另外一端固定于内锁紧螺母 上，其头端为巨细头，内锁紧螺母、软垫圈、外锁紧螺母、外垫圈固定于搅拌罐上，水管固定于弯头 上，弯头固定于外锁紧螺母上。

2新型泥浆搅拌装配的布局的事情道理

先将水经由过程加水口10注入罐内，汽油机泵将水从底部胶管1吸入并打入进水胶管3，经Y型过 滤器5过滤，分为两路：一起经罐顶部喷管体系9从罐体11顶部喷下；另外一路经四通阀14以及胶管15从底部喷管体系2喷出，以此可年夜年夜地增长搅拌效 率；同时罐顶部喷管体系9哄骗体系内的文丘里喷嘴孕育发生的负压将膨润土从塑料管7内吸入并与水液 混淆搅拌，混淆液于罐体11内获得不停轮回搅拌，从而到达配制泥浆液的目的。别的，水与膨润土的 配比可经由过程膨润土的吸入量来节制。正常十分钟摆布便可完成1700L液体的配制。

3竣事语

本新型泥浆搅拌装配是降服了膨润土粉末的飞出；解决了离心泵与罐体的密封布局部门常常漏液 而形成情况污染的问题；离心泵以及罐体内的搅拌器要常常改换时间延伸的问题。该装配具备制浆倏地 高效，主动化水平高，可提供差别配比的泥浆液等特色，颠末出产试制、型式实验以及工业实验，取患上 较好的效果，到达了预期的设计目的。

新型泥浆搅拌装配视图

(去失件一、件十二、件13及相干管路)

新型泥浆搅拌装配左视图

底部喷管体系

罐顶部喷管体系

项目设置装备摆设机械2005.NO.12

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