0503钻灌机具概论

第三节钻孔灌浆机具

1 钻孔机具

1.1 钻孔机具的一般配置

灌浆工程的钻孔机具包括钻机和钻进工具。钻进工具是指水龙头以下与其连接组成的全套工具。不同的钻进方法机具配置不完全相同。图2-3-1为回转式岩芯钻机主要设备布置及钻具结构示意图。本节介绍水利水电工程中常用的钻机和主要钻孔工具。

（a）（b）（c）（d）

图2-3-1 回转式岩芯钻机主要设备布置及钻具结构示意图

a-金刚石钻进的钻具；b-硬质合金钻进的钻具；c-全断面钻进的钻具；d-钢粒钻进的钻具；

1-钻机；2-动力机；3-水泵或泥浆泵；4-钻塔；5-钢丝绳；6-水龙头；7-送水管；8-吸水管；

9-水箱；10-主动钻杆；11-套管；12-钻杆接箍；13-钻杆；14-钻杆锁接头；15-沉淀管；

16-沉淀管接头；17-岩芯管；18-钻里钻头；19-钻铤；20-钻铤接箍；21-钻铤锁接头；

22-岩芯管接头；23-扩孔器；24-金刚石钻头；25-全断面钻头；26-硬质合金钻头。

1.2 钻机

应根据施工环境、岩石性质、钻孔深度、钻孔方向、钻孔直径和灌浆方法等因素选择高效率的钻孔方法和钻机。

1.2.1 回转式钻机

回转式钻机是目前使用最多的一种钻孔设备。按其回转机构的不同，回转式钻机分为立轴式、转盘式和动力头式三种。其中立轴式又分为手把式、液压式、螺旋差动式和全液压式四种。其中，立轴式液压钻机由于分档较多，转速高，机体较轻，操作简便、能耗较低，是我国帷幕灌浆钻孔的主要设备，这种钻机按其钻进能力分为100米、300米、500（600）米、1000米，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种规格，在灌浆工程中四种规格的钻机都有应用，但应用较多的还是Ⅰ、Ⅱ型轻型钻机。我国许多钻探机械厂都能生产各种规格的不同型号的立轴式液压钻机，表2-3-1为部分国产钻机型号和主要性能。我国一直也从国外进口一些回转式钻机，但数量不多，使用不很广。

表2-3-1 灌浆工程常用的部分回转钻机型号和规格性能

1.2.2 冲击回转式钻机

冲击回转式钻机是以回转式钻机为基础，在钻头上部连接一个专门的冲击器（也称潜孔锤），在钻进中钻机提供一定的轴向压力和回转力矩，冲击器给钻具一定频率的冲击能量，在孔底以冲击和回转切削的共同作用破岩钻进的一种机械。按使用动力的不同，常用的冲击器有风动式和液动式。与回转钻进相比，它钻孔速度快，机动灵活，钻孔费用较低。

冲击回转式钻机的种类较多，灌浆工程中常用的型号及其性能见表2-3-2。

表2-3-2 部分冲击回转钻机型号及性能表

1.2.3 冲击式钻机

冲击式钻机（凿岩机）在灌浆工程中多用于回填灌浆、固结（浅孔）灌浆和衔接帷幕灌浆的钻孔。虽然冲击钻机的钎杆也须作回转运动，但这种转动并不是在打击钎杆时发生，钎头刃在冲击破碎岩石时并不转动，是一种纯冲击式钻机。在施工中常用的冲击钻机有手提式凿岩机、气腿式凿岩机（轻型、重型）等。

1.3钻具

钻具即钻进工具，它由主动钻杆、钻杆、钻铤、岩芯管、沉淀管、各种连接接头、接箍以及钻头组成。这里主要介绍几种常用的钻头和扩孔器。

1.3.1 硬质合金钻头

硬质合金钻头的结构要素有钻头体、切削具出刃、切削具镶焊角、切削具在钻头底面的排布、切削具在钻头上的数目、钻头的水口和水槽等。

硬质合金钻头适合于7级以下硬度的岩石中钻孔，有较高的钻进效率。与钻粒钻头相比，它具有钻进时钻机平稳，成本低，孔壁圆整，不受钻孔方向的限制等优点，但在坚硬岩石中钻进效率不高。常用硬质合金钻头主要参数见表2-3-3

（1）阶梯肋骨钻头。阶梯肋骨钻头是用T105型硬合金切削具焊接而成的，其特点是肋骨片较厚、水口宽、钻进时孔底呈阶梯状。可钻进3～5级岩层。如页岩、砂页岩和胶结不紧密的砂岩等。

表2-3-3 常用硬质合金钻头的型式及主要参数

径”是指不包括合金出刃的钻头最大外径（D）。全断面钻头的直径是指包括合金出刃的钻头最大外径。

（2）内外镶硬合金钻头。内外镶硬合金钻头镶有T313型硬质合金，在较坚硬地层也可镶T105切削具，可斜镶也可直镶。适用于3～5级岩层，如均质石灰岩、大理石、较松散的砂岩及页岩等，也可镶T110型合金，用以钻进5～7级和部分8级不均质岩层，如长兴灰岩、硅化灰岩和凝灰岩等。

（3）三八式硬合金钻头。也称三八连续掏槽式硬合金钻头，这种钻头把T105、T107、 T110型小、中、大八角柱状硬质合金切削具顺序排成一组，产生连续掏槽，扩槽的破岩作用，耐磨性较高，适用于5～7级多裂隙地层。

（4）扭方柱硬质合金钻头。也称“负前角阶梯钻头”，该钻头镶T130型硬质合金，方柱切削具扭

转45°，分内、中、外三环分布。并把切削具成10～15°负前角斜镶。三环的底出刃不同，成阶梯状。其特点是能承受较大的轴向压力，不易崩刃，可钻进5～7级及部分8级中硬岩层。特别适用于钻进研磨性大，均匀性差的岩层，如辉长岩、玄武岩、砂岩、风化的辉绿岩、闪长岩、矽嘎岩、硅化的页岩和石灰岩等。

（5）矛式钻头。矛式钻头是一种不取芯、全断面硬质合金钻头，钻头主翼片呈锥形，侧翼片较短，起扩孔保径作用，镶T310型硬质合金切削具。钻头中间有一个φ27mm的水眼，为增大水流速度，可制成φ14mm的收敛式水眼，形成强力冲洗。适用于钻进2～4级红色黏土，疏松砂岩及塑性强的地层。

（6）三翼片阶梯硬质合金钻头。翼片阶梯硬质合金钻头体的形状呈炮弹形，可用普通钻粒钻头改制，翼片用15mm厚钢板制成阶梯形，在翼片边缘镶S306型硬质合金。这种钻头适用于钻进3～4级页岩，部分5级砂页岩及灰岩，是适于强力规程的一种钻头。其结构型式见图2-3-7，规格尺寸见表2-3-4。

表2-3-4 三翼阶梯式硬质合金钻头尺寸单位mm

1.3.2 金刚石钻头

(1) 金刚石钻头与扩孔器

金刚石钻头具有钻进效率高，钢材消耗少等优点。它不受岩石硬度、钻孔方向的限制。金刚石钻头与扩孔器可分为表镶或孕镶两种方式，这里主要介绍的是孕镶金刚石钻头与扩孔器。根据地矿标准，孕镶金刚石钻头和扩孔器的规格分别见表2-3-5、

表2-3-5 金刚石钻头尺寸表单位：mm

表2-3-6 金刚石扩孔器尺寸表单位：mm