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1、2010年第37卷第3期探礦工程(巖土鉆掘工程)59HDD擠壓式擴(kuò)孔鉆頭拉力一扭矩模型建立及驗(yàn)證邱玲玲，烏效嗚，孟凡威(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北武漢430074)摘要：在水平定向鉆進(jìn)中，作用在鉆頭上拉力和扭矩是設(shè)計(jì)鉆進(jìn)和施工的重要依據(jù)。通過對(duì)擠壓式鉆頭的力學(xué)分析，提出了擠壓式鉆頭的拉力一扭矩模型并較全面地分析了影響模型結(jié)果的因素。還結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較為吻合。因此，該模型對(duì)擠壓式鉆頭水平定向鉆進(jìn)施工設(shè)計(jì)優(yōu)化起到了很重要的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：擠壓式鉆頭；拉力；扭矩；拉力一扭矩模型；水平定向鉆進(jìn)中圖分類號(hào)：P634
2、．41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—7428(2010)03—0059—03EstablishmentandCertificationoftheTension-TorqueModelofExtrusionTypeReamingBit／Q1ULing—ling，WUXiao—ruing，MENGFan—wei(FacultyofEngineeing，ChinaUniversityofGeosiences，WuhanHubei430074，China)Abstract：InHDD，thetensionandtorqueactingonthebitar
3、eimportantfoundationsforthedesignofdrillingandcon—struetion．Thetension—torquemathematicalmodelisestablishedbythemechanicalanalysisonextrusiontypereamingbitandthe~etomwhichaffecttheresuhsofthemodelareanalyzedentirely．Themodelwastestedaccordingtotheconstrue—tiondata，theresultsa~e
4、edwithfielddatawel1．Therefore，themodelplaysanimportantroleforconstructiondesignopti—mizationonHDDwithextrusiontypereamingbit．Keywords：extrusiontypereamingbit；tension；torque；tension—torquemodel；HDD0引言時(shí)，鉆頭斜面只與中部土體圓臺(tái)區(qū)域接觸。該部分隨著我國經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)土體將產(chǎn)生變形。隨著鉆頭的回轉(zhuǎn)，圓錐體面上的廣泛應(yīng)用于供水、煤氣、天然氣、
5、污水、電力和電信電土體都將產(chǎn)生變形，這樣循環(huán)往復(fù)，鉆孔就會(huì)不斷地纜等公用事業(yè)管線的鋪設(shè)。但其遇到的問題也是比加深。而破碎下來的土體，其中部將進(jìn)入鉆頭上部，較復(fù)雜。例如在進(jìn)行定向鉆進(jìn)施工前對(duì)鉆機(jī)型號(hào)的另一部分將被擠入土層。該部分土體在鉆頭斜面的選擇沒有可參考的依據(jù)，在施工設(shè)計(jì)時(shí)，只是人為的作用下發(fā)生破壞，鉆頭提供破壞該部分土和克服側(cè)分配擴(kuò)孔級(jí)數(shù)，沒有科學(xué)高效的分配擴(kuò)孔級(jí)徑，而在壁摩擦所需的力。鉆機(jī)開動(dòng)時(shí)，對(duì)回拉速度與回轉(zhuǎn)速度方面也達(dá)不到1．2模型建立最優(yōu)化的效果，諸如此類往往會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”1．2．1基本假設(shè)或“小馬拉大車”等不協(xié)調(diào)的情況，造成設(shè)備
6、的適應(yīng)(1)鉆頭為剛性體形；能力差或高頻率出現(xiàn)鉆孔事故等。(2)鉆頭橫截面為圓形；本文通過對(duì)擠壓時(shí)鉆頭的力學(xué)分析建立的拉力(3)鉆頭與孔壁連續(xù)接觸；一扭矩模型很好的解決了以上的問題。(4)摩擦系數(shù)在某孑L段為常數(shù)；(5)把一切引起軸向阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩增加的因1鉆頭拉力一扭矩模型建立素都等價(jià)于鉆頭與孔壁摩擦系數(shù)的變化。1．1鉆頭鉆進(jìn)過程分析1．2．2鉆頭(以擠壓式鉆頭為例)拉力一扭矩方程水平定向鉆進(jìn)在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭在與土體平圖1為工程中常用的擠壓時(shí)鉆頭實(shí)體，圖2為面接觸后，假設(shè)鉆頭回轉(zhuǎn)一周進(jìn)尺為h，在軸向力的其相應(yīng)的力學(xué)模型的示意圖，鉆頭的錐度為Ot，
7、前一作用下，鉆頭尖端先切人土層，則鉆頭切人土層的深級(jí)孔半徑為r，鉆頭半徑為尺，土體摩擦系數(shù)為度為h，在回轉(zhuǎn)力的作用下，鉆頭回轉(zhuǎn)一周，將其所圓臺(tái)的側(cè)面積：S=7rl(R+r)[其中f為圓臺(tái)的經(jīng)過部分的土體破壞掉，鉆頭在軸向力和回轉(zhuǎn)力的母線，f_(R—r)／sina]。作用下繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆頭尖部又吃入土層h深度，而此收稿日期：2009—12—07：修回日期：2010—01—11作者簡(jiǎn)介：邱玲玲(1985一)，女(漢族)，江蘇鹽城人，中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)碩士研究生在讀，地質(zhì)工程專業(yè)，研究方向?yàn)榭辈旒暗刭|(zhì)工程，湖北省武漢市魯磨路中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)120081
8、1班，truly900@163．conl。探礦工程(巖土鉆掘工程)2010年第37卷第3期2現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證當(dāng)鉆
