钻机用破岩滚刀失效原因分析及应对措施(2)

　　2.3.齿面堆焊颗粒硬质合金牙轮滚刀。选用低碳合金钢20Ni3Mo做基本体，齿面堆焊颗粒硬质合金的楔齿牙轮滚刀。例如，在直径3m超前孔钻头上，安装6把边刀，14把正刀，2把中心盘形滚刀，破岩面积为7.07㎡，穿过细砂岩35.175m；砂质泥岩5.61m，钻进40.785m，平均纯钻进速度0.139m/h，正刀磨损12.5mm；中心刀磨损6.5mm。在直径5.7m扩孔钻头上，布置6把边刀，16把正刀，破岩面积为18.45㎡，穿过粉细砂岩26.121m；砂质泥岩3.6m，煤7.62m，总共钻进37.341m，平均纯钻进速度0.123m/h，齿部磨损量不到堆焊层高度的1/2，边刀磨损9mm，尚能继续使用。

　　钻进结果表明，采用20Ni3Mo钢作基本体表面堆焊颗粒硬质合金楔齿牙轮滚刀，强度较高、韧性也较好，适用于中硬以下岩层。

　　3.提高滚刀寿命的技术措施和建议

　　3.1.改进钻头结构。在钻头旋转情况下，冲洗液流既具有向心流向，也具有切线流向，即边刀处以切线流速为主冲洗工作面，而中心附近改为向心流速为主供反洗排渣，流量大时区域外移，转数增加时向内移，其低值区正是二次破碎、严重磨损滚刀及泥包钻头的发源地带，在布置吸收口时必须加以考虑，否则将严重影响滚刀使用寿命。建议：①钻头采用全封闭式结构，迫使浆液从刀盘边缘，以较高的速度进入、横穿滚刀破岩移动区；②在冲洗量和钻头转数的可能范围内，尽量集中冲洗，以利排矸，加导流板是其主要手段之一；③在刀盘外围装设裙边式折流板，以提高液流速度和岩渣移动、吸收能力；④在刀盘沿半径方向设置一椭圆形偏心吸收口，径向延伸，在不增加泥浆流量的情况下，提高径向流速，增强清除岩渣的能力，缩短岩渣流向吸收口的距离，旋转时迅速清理工作面，防止重复破碎；⑤在偏心吸收口后侧装置扫帚式折流板，利用回转扒集岩渣，流向吸收口。例如，龙固矿主井超前孔钻头吸收口为长条状，0.3～0.6m，呈内窄外宽形；扩孔钻头采用底部鱼尾形，吸收口处于刀盘底角交汇处，效果较好；⑥采用平底的超前孔钻头，使钻头体旋转运行平稳、晃动小；⑦钻头体上布置撬板式扶正器，并加大扶正器的组装间距，减少钻头摆动，改善滚刀轴承的受力状况；⑧在提吊能力允许的条件下，增加钻头配重块的重量，为牙轮滚刀切入岩石提供足够的比压，保证钻井的垂直度。

　　3.2.改进钻头滚刀布置。刀盘上的滚刀排列，采用不等角、不对称布置，可避免钻头体回转时谐振现象的发生，减少滚刀的冲击负载，增加新的破碎面，提高破岩容积，这对提高钻进速度和滚刀寿命都是有利的。

　　3.3.改进滚刀轴承和密封结构。在滚刀结构中，密封的轴向长度与轴承支承长度的比例通常在3：1以下，使滚刀两端悬臂部分过大，轴承部分容易形成偏载而失稳，造成密封部分损坏。因此，应该加大支承长度的比值，这样对支承的磨损情况会大为改善。

　　目前滚刀损坏的主要原因是密封不好，泥浆渗入刀体内部研磨破坏，所以改进滚刀首要的问题还是恒压密封，特别是密封环尺寸，密封圈的推力，使之耐压力达到10MPa，适应800m钻深的需要。

　　关于密封的材质问题，采用特别橡胶密封，或1个复曲面、1个端面密封环，加工成具有硬化表面的轮体端部（或镶套）组成密封，改善密封长度与支承长度的关系，承受更大的荷载。

　　3.4.建立维修制度。从现在滚刀使用情况看，施工过程不加维护，一直工作到损坏、报废为止，这是不妥的。应该建立及时维修制度，两套滚刀交替使用，定时更换，排除故障，清洗轴承，修理齿部，保持齿尖的尖锐性和耐磨性。

　　4.结语

　　钻井法凿井是井筒特殊施工的主要方法之一。它也是机械化和自动化程度最高的、可靠的竖井施工方法。从国内钻井法凿井发展的现状和趋势看，尽管其技术和工艺都已基本成熟，但是，仍存在许多问题需要进一步研究改进。

　　目前，钻井法凿井在岩层中的钻进速度不能令人满意，致使该法只能钻冲积层和少部分基岩风化带，不能钻全深，究其原因主要是在中硬以上岩层中钻进，破岩滚刀磨损快、寿命短，钻井深度受到一定限制。今后，在加大竖井钻机钻进能力的同时，应从刀具材质、制造工艺等方面进一步开展提高楔齿牙轮滚刀寿命的专题研究，使钻井法凿井在我国煤矿井筒施工中得到更广泛的应用，实现竖井钻全深。

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