1、巖土鉆掘工程學室內實驗指導書鄭貴強華北科技學院安全工程學院2012 年 6 月目實習一鉆探設備的了解（一） 1實習二鉆探設備的了解（二） 4實習三常用機具的了解.6實習一 鉆探設備的了解（一）一、目的要求1觀察鉆探設備的基本結構；2 了解鉆探設備的工作原理；3. 了解鉆探設備的操作方法；4. 了解鉆探設備的注意事項。二、實習內容鉆探設備：鉆孔施工所使用的地面設備總稱。1. XY-4 型鉆機（1）基本介紹： 鉆機又稱鉆探機，是在地質勘探中，帶動鉆具向地下鉆進，獲取實物地質 資料的機械設備，主要作用是帶動鉆具破碎孔底巖石，下入或提出在孔內的鉆 具。立軸式鉆機是地質鉆探中常用的一種回轉式鉆機，這種鉆

2、機的回轉機 構有一段較長的立軸 （1 米左右 ），用其帶動鉆具回轉、 實現給進并導正鉆具， 故名立軸式鉆機。XY-4型鉆機屬立軸式鉆機，鉆進深度1000米。XY-4型鉆機 主要適用于進行固體礦產勘探、工程地質勘查、也可用作淺層石油、天然氣、 地下水鉆探和堤壩灌漿、坑道通風、排水孔的鉆進。（2）基本結構：XY-4型鉆機主要由兩部分組成，分別是機械傳動系統和液壓傳動系統。i、機械傳動系統包括：摩擦離合器、變速箱、萬向軸、分動箱、回轉器、升降機等摩擦離合器： 摩擦離合器，由主動件、從動件、壓緊分離機構、操縱機構及調隙機構組 成。摩擦離合器的功能有三個：第一，接通和切斷鉆機的動力；第二，在鉆機 變速和

3、分動操作中、或在完成套巖心與扭斷巖心等特殊操作時，利用離合器進 行微動操作；第三，當鉆機超載時，利用摩擦片打滑起過載保護作用。變速箱： 變速箱，由工作機構和換擋機構（變速機構）組成。工作機構包括四根軸和五對齒輪。變速箱的功能是變更回轉器和升降機的轉速和扭矩。萬向軸： 變速箱輸出軸與分動箱之間采用萬向軸連接。萬向軸的作用是降低變速箱 和分動箱裝配時對中的精確度方便拆卸變速箱。分動箱：分動箱功能是將變速箱傳來的動力分配給回轉器和升降機，并使他們同時 或分別回轉。回轉器： 回轉器主要由箱殼、橫軸、錐齒輪副、立軸導管、立軸及卡盤等主要零件 組成。回轉器的功能是傳遞動力，使鉆具以不同轉速和扭矩作正轉或反

4、轉，并 導正鉆具方向。升降機： 升降機的主要組成部分包括傳動機構、卷筒和制動器。主要功能是升降鉆 具、套管和懸掛鉆具、在處理事故時進行強力起拔等。ii、液壓傳動系統包括：動力元件、控制元件、輔助元件 動力元件：XY-4型鉆機采用CB-33/80型定量齒輪泵，作用是將原動機輸出的機械能 轉化成液壓能，向液壓系統提供壓力油，驅動液動機。 控制元件： 控制元件由壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥組成。控制元件的作用是控制液壓系統的壓力、流量和液流方向，以保證執行元件得到所要求的力、 速度和液流方向。 輔助元件： 輔助元件將液壓能轉化為機械能，驅動工作機構完成所要求的各種動作。（3）工作原理：作業時，

5、動力機通過傳動裝置驅動轉盤，由主動鉆桿帶動鉆頭旋轉破碎巖 層。有正、反兩種循環方式。正循環鉆機工作時，井底巖屑通過鉆桿的外形通 道被帶出井口，在沉淀池沉淀后，泥漿流回泥漿池供循環使用。反循環鉆機工 作時，泥漿在沉淀池沉淀后從井口自行流入井底，攜帶巖屑的泥漿則由砂石泵 經鉆頭水口通過鉆桿內腔向上抽吸出井、回沉到沉淀池。（ 4） 注意事項：隨時注意檢查氣水管路， 各部分螺栓， 螺帽接頭的連接情況是否牢固可靠。 隨時注意檢查風馬達的潤滑情況。工作面積水時，開孔要用大直徑釬頭，然后 插入鉆桿，并使鉆桿露出地面 100-200mm,以防止擊巖渣泥漿掉入孔內。鉆鑿 時不允許反轉以免鉆桿掉入孔中。機器在短時

6、間內停止工作時，要給予少量的 壓氣，以避免泥沙侵入沖擊器的內部，若在較長時間停止工作時，需將沖擊器 提到距孔底 1 2 米處再進行固定。 工作時應注意沖擊器的聲音和減速箱運轉情 況是否正常，發現不正常的現象應立即停機檢查。加接新鉆桿時，要特別注意 孔內清潔，以避免沙土混入沖擊器內部，損壞機件或發生停鉆事故。 機器的保養和潤滑：每個工作班結束時，都必順把機器表面污物清除干凈。嚴禁在工作表面大 拆大卸（拆成組件便于搬運的情況例外） ，以免丟失零件和損壞零件的關鍵部位。 鉆桿接頭用黃油潤滑。減速器用黃油做潤滑。三作業及思考題1 XY-4 型立軸式鉆機的優缺點分別是什么？2 XY-4 型立軸式鉆機能在

7、那些方面做些改進怎么實現？3 怎樣選擇立軸式鉆機驅動設備？實習二 鉆探設備的了解（二）一、目的要求1觀察鉆探設備的基本結構；2 了解鉆探設備的工作原理；3. 了解鉆探設備的操作方法；4. 了解鉆探設備的注意事項。二、實習內容鉆探設備：鉆孔施工所使用的地面設備總稱。1. BWB-250 型泥漿泵（ 1） 基本介紹：泥漿泵，專門排送泥漿的排水機械。往復泵是指，依靠活塞、柱塞或隔膜在 泵缸內往復運動使缸內工作容積交替增大和縮小來輸送液體或使之增壓的容積 式泵。BWB-250型泥漿泵屬于往復泵，是臥式三缸單作用活塞泵，在鉆探工作 中用于洗孔。該泵用改變活塞往復次數和更換缸套的方法改變泵量，泵量的變 化

8、范圍為35L/min至250L/min，共8級，適用于孔深10001500米的各種巖心 鉆探。（ 2） 基本結構：BWB-250型往復式泥漿泵的主體結構由動力端和液力端組成。 、動力端：動力端由連桿、變速手柄、十字頭、滑套、活塞桿、曲拐軸、聯軸器、輸入 軸、中間軸、曲軸箱體、輸出軸、操縱手柄、偏心輪軸、頂桿、減速齒輪組成。 、液力端：液力端由活塞桿、 泵頭體、隔水密封圈、缸套、活塞、閥蓋、排出閥、頂套、 缸頭蓋、吸入閥組成。（3） 工作原理：活塞自左向右移動時，泵缸內形成負壓，則貯槽內液體經吸入閥進入 泵缸內。當活塞自右向左移動時，缸內液體受擠壓，壓力 增大，由排出閥排出。 活塞往復一次，各吸

9、入和排出一次液體，稱為一個工作循環；這 種泵稱為單動泵。 若活塞往返一次，各吸入和排出兩次液體，稱為雙動 泵。 活塞由一端移至另一端，稱為一個沖程。（ 4） 注意事項：啟動時不需灌入液體，因為往復泵有自吸能力，但其能夠吸上的真空高度 亦隨泵安裝地區的大氣壓力、液體的性質和溫度而變化，故往復泵的安裝高度 也有一定限制。往復泵的流量不能用排出管路上的閥門來調節，而應采用旁路 管或改變活塞的往復次數、改變活塞的沖程來實現。往復泵啟動前必須將排出 管路中的閥門打開。往復泵適用于高壓頭、小流量、高粘度液體的輸送，但不 宜于輸送腐蝕性液體。有時由蒸汽機直接帶動，輸送易燃、易爆的液體。 三 作業及思考題1.

10、 怎樣確定鉆探用泵基本性能參數？2泥漿泵的優缺點？實習三 常用機具的了解一、目的要求1觀察常用機具的基本結構；2 了解常用機具的工作原理；3. 了解常用機具的操作方法；4. 了解常用機具的注意事項。二、實習內容1. 普通單管鉆具（1）基本介紹：鉆具 : 鉆探施工時用在鉆孔內的整根鉆探管材柱及其接頭的總稱（不包括護孔用套管 ）。鉆具由主動鉆桿、鉆桿、巖心管以及底端的擴孔器和鉆頭 組成，必要時還在巖心管上部加接沉淀管或鉆鋌。鉆具的功用主要是在鉆 探巖層過程中給鉆頭傳遞鉆頭壓力和回轉扭矩，并向孔底輸送鉆孔沖洗 液，收取巖礦心。普通單層巖心管鉆具簡稱普通單管鉆具，它是最簡單的取心 鉆具。（2）基本結構

11、： 普通單管鉆具由導向管、分水投球接頭、取球孔螺塞、小卡螺塞、小卡及 彈簧、帶閥座的活塞、彈簧、彈簧座、活動分水帽、通水孔組成。（3）工作原理： 正常鉆進時，沖洗液通過分水接頭的中心孔直接進入巖心管內，邊緣開有 若干水口的活動水帽呈傘形保護巖心不受沖洗液直接沖刷，且分水帽隨巖心一 起上移。提鉆前由鉆桿柱內投入球閥落于球座活塞上，將中心水道封閉，在水 壓作用下球閥活塞向下移動，當超過管壁小卡的位置時，下卡在彈簧作用下伸 出將活塞擋住，這時通水孔被打開， 沖洗液由此孔排出， 使孔底形成干鉆條件。2. 普通雙管鉆具： 雙管巖心管鉆具是提高巖礦心采取率和采樣質量的重要工具，在復雜地層 和金剛石鉆進中，

12、應用較為普遍。雙管鉆具分為雙動雙管鉆具和單動雙管鉆進 兩種。i、雙動雙管鉆具（1）基本介紹： 雙動雙管鉆具是內外兩層巖心管同時回轉的鉆具。（2）基本結構： 雙動雙管主要由回水孔、雙管接頭、球閥、外管、內管、送水孔等組成。（3）工作原理：鉆進時，內外管帶動內外鉆頭同時回轉并破碎巖石，沖洗液經雙管接頭進 入內外管間的環形間隙，沖洗孔底后再沿外管與孔壁的間隙返至地面，避免了 對巖礦心直接沖刷。內管中的沖洗液，隨巖礦心的進入沖開止逆閥，經回水孔 排至外環間隙，同時球閥隔離了鉆桿內沖洗液液柱的壓力對巖礦心的相互擠壓 和磨損的影響。ii、單動雙管鉆具（1）基本介紹：鉆進過程中，外管轉動而內管不動的雙管鉆具

13、單動雙管鉆具。它比雙動雙 管具有優越性，主要表現為鉆進中不僅避免了沖洗液直接沖洗巖礦心，更重要 的是避免了振動、擺動和摩擦力對巖礦心的破壞作用。另外有些單動雙管還設 有防震、防污、防脫及退心的裝置。因此，巖礦心的采取率、完整度、純潔性 等均有較大提高，代表性好。（2）基本結構：單動雙管由上接頭、耐磨穩定環、外管接頭、單動部分、心軸、鎖緊螺母、 內管接頭、外管、內管、擴孔器、短節、卡簧、卡簧座組成。（3）工作原理：外管接頭連著外管和軸承外殼，內管連同其下部的卡簧提斷器通過內管接 頭連接在軸承的心軸上。鉆進時，鉆頭和外管隨鉆桿一起回轉。當內管內有巖 心時，在摩擦力作用下內管及其卡簧不回轉。沖洗液由

14、上接頭進入，通過外管 接頭上的斜孔進入內外管的環狀間隙沖洗孔底，由外管與孔壁間隙上返，內管 中的沖洗液，隨巖礦心的進入，經內管接頭上的排水孔也流入內外管間隙。回 次終了，上提鉆具，卡簧提斷器卡斷巖心。（4）注意事項：擰卸鉆具各部件時要使用多點接觸的自由鉗不許用管鉗墊扣要 涂油。禁止用鐵錘敲擊，不得猛蹴。檢查水路暢通水眼無異物堵塞。檢 查單動性能是否良好，卡簧座到鉆頭內臺階距離是否合適，巖芯管有無彎 曲擠扁，絲扣是否松動。檢查鉆頭與擴孔器外徑差，鉆頭內徑與卡簧內徑 差是否合理也可將卡簧往巖樣上套，以不松不緊有一定阻力為宜。運輸 時禁止摔、撞、擠、壓，要放平整。存放不要雨淋，要涂油保護。3. 繩索

15、取心鉆具（1）基本介紹： 繩索取心鉆具是一種不提鉆取心的鉆進裝置，即在鉆進過程中，當內巖心 管裝滿巖心或巖心堵塞時，不需要把孔內全部鉆桿柱提升到地表，而是借用專 業的打撈工具盒鋼絲繩把內巖心管從鉆桿柱內撈取上來，只有當鉆頭被磨損需 要檢查或更換時，才提升全部鉆桿柱。繩索取心鉆具的應用范圍較廣，它不受 鉆孔深度的影響，從幾十米的淺孔直至超萬米的超深孔均可使用，而且鉆孔越 深其優越性能越顯著；可以增進任意方向的鉆孔和鉆進各種地層，在切 區級中 等硬度巖層中效果尤為顯著；針對不同的地層，該鉆具即可用清水，又可用優 質泥漿，還可采用泡沫等作為沖洗介質。（2）基本結構： 繩索取心鉆具由單動雙層巖心管和打

16、撈器兩大部分組成 單動雙層巖心管： 單動雙層巖心管由內管總成和外管總成組成。外管總成包括彈卡擋頭、彈卡室、穩定接頭、外管。內管總成由撈矛、彈卡定位、懸掛、到位報訊、巖心 堵塞報警、單動、內管保護和調節機構組成。 打撈器：打撈器由打撈和安全脫卡機構兩部分組成。（3）工作原理：撈矛機構： 撈矛機構由撈矛頭和回收管組成，取心時打撈器在鉆桿內下放到內管總成 上端，打撈鉤抓住撈矛，向上提成打撈器使回收管上移，并向內壓縮彈卡使其 收攏，于是內管總成和外管總成脫離，從而把內管總成提上來。彈卡定位機構：彈卡定位機構由彈卡、張簧和彈卡座等零件組成。當內管總成在鉆桿柱內 下放時，張簧使彈卡向外張開一定角度，并沿鉆

17、桿柱內壁向下滑動，一旦內管 到達外管中的彈卡室部位，彈卡在張簧的作用下繼續向外張開，使其兩翼貼附 在彈卡室的內壁上。由于彈卡室內徑較大，而其上端的彈卡擋頭內徑較小，并 具有兩個伸出的拔叉，所以在鉆進過程中，既可以防止內管向上串動，又可帶 動內管總成軸承上部與外管一起旋轉，以免因相對運動造成彈卡磨損。 懸掛機構： 由內管總成中懸掛環和外管總成中的座環組成。懸掛環的外徑稍大于座環 的內徑。當內管總成下降到外管總成的彈卡室位置時，懸掛環座落在座環上， 使內管總成下端的卡簧座與鉆頭內臺階保持 24mm 的間隙，以保證內管的單動 性。 到位報信機構： 由復位簧、閥體、定位簧、彈簧、調節螺堵和閥堵零件組成

18、。當內管總成 在鉆桿柱由沖洗液向下壓送時，閥堵處于關閉狀態，沖洗液由內管總成和鉆桿 柱的環狀間隙通過；當內管總成的懸掛環座落在外管中的座環上，把沖洗液通 道堵塞，泵壓表的壓力明顯升高，表明內管總成已達到預定位置。此時閥堵打 開，泵壓恢復正常，可以正常鉆進。 巖心堵塞報警機構：由套管、軸、碟簧等零件組成。鉆進過程中，當發生巖心堵塞或巖心裝滿 內管時，巖心對內管產生的頂推力壓縮碟簧，使滑套向上移動到懸掛接頭的臺 階處將通水孔堵塞，從而造成泵壓升高，告誡操作者要停止鉆進，撈取巖心。 單動機構：由兩幅推力軸承組成，使內管在鉆進時不隨外管轉動。 內管保護機構： 由彈簧、螺母和彈簧銷等零件組成。拉斷巖心時

19、，壓縮彈簧、內管及卡簧 座下移至鉆頭內臺階上，從而拉斷巖心的力由鉆頭傳至外管，以保證內管不受 損傷。 調節機構：由調節螺母和接頭等組成。內外管組裝時，如果卡簧座與鉆頭內臺階之間 的間隙不合適，可以通過調節接頭進行調節，滿足要求后，用調節螺母鎖緊。 打撈機構： 由打撈鉤、打撈構架、重錘和鋼絲繩接頭組成。取心時，鋼絲繩懸吊打撈 器放入鉆桿柱內，打撈靠重錘快速下降，由于打撈架為圓筒狀，故導向性好， 當它到達內管總成上端時，能準確鉤住撈矛頭，把內管總成提上來。 安全脫卡機構：它是一根長1m,內徑比重錘稍大的套管。在管壁上開有一斜口，當需要安 全脫卡時，將此套管從斜口處套入鋼絲繩上，靠套管自重下降，在打

20、撈器被卡 的部位穿過鋼絲繩接頭和重錘，撞擊和罩住打撈鉤尾部，迫使其尾部向內部收 縮，端部張開，從而使打撈器與內管總成脫離。4. 正作用型液動沖擊器（型號 ZS-75 型）：（1 ） 基本介紹：ZS-75 型液動沖擊器為阻流閥式正作用小排量液動沖擊器，適用在中深孔 （ 1 000米內）使用清水或泥漿進行合金沖擊回轉鉆進或金剛石回轉沖擊鉆進， 在現有常規鉆探設備配套的前提下使用沖擊器即可實現沖擊回轉鉆進或回轉沖 擊鉆進，可較大幅度的提高堅硬、破碎、弱摩擦性巖層鉆進效果，同時并能增 長回次進尺，減輕巖心堵塞及孔斜，提高巖心采取率和降低鉆探成本，鉆進破 碎巖效果最為顯著。（2） 基本結構：ZS-75型

21、液動沖擊器結構較為簡單，共用 22個零件組成，主要有上接頭及 阻流裝置，活閥機構、中接頭及密封裝置、沖捶活塞機構、聯動機構及下接頭 等五大部分組成。（3） 工作原理： 當鉆具連同聯動接頭未接觸孔底時，聯動接頭懸吊在六方套上，活塞桿與 活閥不接觸，沖洗液經上接頭、阻流環的旁側孔進入閥殼內，壓迫活閥離開上 死點，閥肩讓開水路液流進入活塞桿內腔后經外殼與沖錘間隙流入聯動接頭內 通孔，再經過鉆頭水口返回到孔壁環狀間隙返回地面，此時沖器不工作。當鉆 具下降至孔底時，沖捶活塞相對上行與活閥底面接觸，關閉水路產生水擊，閥 區壓強瞬時劇增，推動活閥繼續下行至閥座上端面而停止，沖錘活塞依本身運 動慣性繼續下行，與活閥脫離，打開水路，閥區壓力下降，活閥在閥簧的作用 下復位至上死點，處于阻流狀態；與此同時，沖錘活塞在錘簧反彈力下復位， 活塞桿頂端面又與活閥下端接觸關閉水路，閥區壓力劇增，形成水擊，產生第 二次沖擊，如此周而復始的連續工作。（4）操作方法： 首先組裝，然后調試，調試分為沖程調試、閥程調試、自由行程的調試、 錘簧預壓的調試等。5. 鉆頭（1） 基本介紹： 鉆頭是用以在實體材料上鉆削出通孔或盲孔，并能對已有的孔擴孔的的刀 具。（2） 基本結構： 一種鉆頭，包括一個刀桿（ 1），刀桿有一個尖端，尖端有兩個位于一 個主平面（C C）上的切削刀片（5、5