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水井钻机的概念

钻凿水井并完成下井管、洗井等作业的机械设备。包括动力设备和钻头、钻杆、岩心管、钻架等。一般分回转式转机、冲击式钻机和复合式转机3大类。

水井钻机的分类

一般分回转式钻机、冲击式钻机和复合式钻机3大类。

回转式水井钻机

依靠钻具的回转运动破碎岩层而成孔。主要有大、小锅锥钻机，正、反循环转盘式钻机，液压动力头式钻机，潜孔振动回转式钻机等。简单的回转式钻机只有钻进装置， 结构完善的回转式钻机则有钻进装置和循环洗井装置两部分组成。转盘式水井钻机的钻具包括钻杆和钻头。常用钻杆的名义直径有60、73、76、89、102 和114 毫米4 种。钻头分全面钻进用钻头和环状钻进用钻头两大类。

大、小锅锥 　利用其锅锥形钻具旋转切削土层。根据钻具的大小分别称为大锅锥和小锅锥，可由人力或动力驱动。

正、反循环泥浆洗井转盘式钻机 　常用的回转式钻机, 即正循环泥浆洗井转盘式钻机由塔架、卷扬机、转盘、钻具、泥浆泵、水和电动机等组成。作业时，动力机通过传动装置驱动转盘，由主动钻杆带动钻头以30 ～ 90 转/ 分的转速旋转破碎岩层。

压气洗井转盘式钻机 　是在转盘回转式钻机上用空气压缩机代替泥浆泵，用压缩空气代替泥浆洗井。通常采用反循环方式, 又称气举反循环。即将压缩空气通过供气管路送至井内气水混合室，使其与钻杆内的水流掺混，形成比重小于 1 的掺气水流。在钻杆外围环形水柱的重力作用下，钻杆内的掺气水流挟带岩屑不断上升并排出井外， 流入沉淀池，沉淀后的水流以自流方式流回井内。采用这种钻机在井深较大时(50 米以上)，排屑能力大于采用泵吸或射流反循环的钻机，因而适用于井深较大的情况和缺水的干旱地区，以及寒带冻土地层。

有的转盘式钻机同时备有泥浆泵和空气压缩机，可根据情况选用不同的洗井方式。

液压动力头式钻机　

回转式钻机的一种。由液压马达通过减速器驱动，并以沿塔架上下移动的动力头代替转盘式钻机上的转盘和水，驱动钻杆和钻头旋转切削岩层。可用直径达1 米的大型钻头钻凿大口径水井, 其特点是钻进速度快，钻具的装卸和下井管较简便，接长钻杆时无需提升钻具，简免了卷扬机、提升滑车、转盘、水、方钻杆等一系列部件

分液压系统的工作原理。  

动力头回转液压系统 

动力头回转液压系统，一般由一对规格相同但转向正好相反的低速大扭矩液压马达组成，液压马达带有减速机以便增大扭矩力，两液压马达之间设有一块可使两马达实现串、并联作用的电液动换向阀首先，从液压泵站来的液压油的压力和流量要和各液压元件相匹配，液压系统的压力不能*一个液压元件的额定工作压力，否则要用减压阀进行减压。选择换向阀时要注意，换向阀的通径要满足液压马达到达zui大设计转速时对液压油流量的需要。 

当电液换向阀4的左边电磁铁带点且换向阀3不带电时，电磁铁将阀4的左边阀芯位置推到中间，来自系统的液压油经过阀4到达马达1的左边，另一路则经过换向阀3到达马达2的右边，推动马达1、2作方向相反的转动，此时主轴正转。马达1的回油经过换向阀3与马达2的回油会合，经换向阀4流回油箱。这时两马达并联，转速低，但扭矩zui大。 

当电液换向阀4的左边电磁铁和换向阀3同时带电时，阀3的右边阀芯被推到左边位置接通，液压油经过马达1、阀3到达马达2的右边，推动两马达转动，主轴正转。这时两马达串联，马达转速比并联时高一倍，但扭矩是并联时的二分之一，回油则经过阀4流回油箱。  当电液换向阀4的右边电磁铁带点且换向阀3不带电时，电磁铁将阀4的右边阀芯位置推到中间，液压油经过阀4到达马达2的左边，另一路则经过换向阀3到达马达1的右边，推动马达1、2作方向相反的转动，此时主轴反转。马达2的回油经过换向阀3与马达1的回油会合，经换向阀4流回油箱。这时两马达并联，转速低，扭矩大动力头推进或回拖液压系统  动力头推进或回拖液压系统一般由两对规格相同转向相反的低速大扭矩液压马达组成，液压马达都带有减速机以便为钻机提供较大的推进或回拖力。液压系统的组成形式与动力头回转液压系统相同，只是增加了一组履带行走液压系统  钻机行走部件一般选用市场上的挖掘机底盘，经过改装后作为钻机的行走底盘，左右两个行走液压马达1、2由两个电液比例换向阀3、4分别控制，而电液比例换向阀的远程控制手柄则安装在钻机的驾驶室内。这样钻机的驾驶人员通过操纵远程控制手柄，就可以实现钻机的前进、后退和转向，以及行进速度快慢的调整钻机支腿液压系统  钻机就位后，钻机支腿油缸伸出，配合前面的地锚稳定钻机，以保证施工精度，液支腿液压系统由手动换向阀和液压锁组合而成，工作原理基本上与钻臂升降液压系统相同，只是省去了节流阀，因为支腿油缸缩回时不会产生冲击。支腿油缸安装在钻机后部，左右各一支驾驶室平移液压系统  钻机在施工时，由于桅杆向前伸出，前端的夹持卸扣器离驾驶室较远，操作者不便观察。为了方便施工，要求驾驶室也要随着向前伸出泥浆泵马达液压系统  现在的钻机大部分都自备泥浆泵，泥浆泵由液压马达来驱动，而驱动马达的动力则来自钻机液压系统。如果所选用的泥浆泵马达额定压力低于主系统压力，主系统液压油要先经减压阀减压后才可供给泥浆泵系统。泥浆泵马达液压系统图见图九，基本和动力头回转液压系统相同，只是泥浆泵系统只有正转没有反转而已钻机的液压泵站 

钻机的液压泵站主要由：油箱、滤油器、液压泵、柴油发动机和溢流阀等元件组成。由于钻机工作环境比较恶劣，连续工作时间较长散热较差，所以油箱容积一般要选大于等于泵zui大流量的7倍，而且液压系统回油要配有散热器。因为钻机的回油管路有回油滤油器、散热器和一些为了方便维修而设的截止阀门等元件，回油阻力较大，所以液压马达和泵的泄油不要接入回油管路，要单独引回油箱，否则容易造成马达和泵的损坏。滤油器的通油流量要大于等于系统通过液压油zui大流量的2.5倍。液压泵的流量总和要满足动力头回转、动力头推进或回拖、泥浆泵马达等液压系统同时工作时对流量的需要。柴油发动机的功率要满足液压泵zui高工作压力、zui大工作流量时对功率的需要。所选用的液压胶管所能承受的zui高工作压力要大于等于液压系统zui高工作压力的1.5倍，以免液压胶管受液压冲击而爆裂机型及总体结构形式的确定  该钻机为全液压动力头式，采用分组式布置可分解为主机、泵站和操纵台3部分，各部分之间用软管联接。

2.2.1主机结构 

主机由回转器、夹持器、给进装置、机架等4部件组成各部之间可以很方便地拆装。  2.2.1.1回转器   回转器由斜轴式变量马达、齿轮减速器、胶筒式液压卡盘组成。马达经二级齿轮减速，驱动主轴及液压卡盘实现钻具的回转。调节马达排量可以改变回转器的输出速度。主轴为通孔式结构，通孔直径75mm，回转器安装在给进机身的拖板上，借助给进油缸沿机身导轨往复运动，实现钻具的给进或起拔。回转器具有侧向开合装置。 

液压卡盘用液压夹紧、弹簧松开常开式结构，具有自动对中，安全可靠、卡紧力大等特点，它不但能保证正常钻进，还可用来升降钻具、强力起拔等

2.2.1.2夹持器  夹持器用蝶形弹簧夹紧，油压松开的常闭式结构。可以防止起下钻具因突然停电引起的跑钻事故。夹持器固定在给紧装置机身的前端，用于夹持孔内钻具并可配合回转器实现机械拧卸钻杆。 

2.2.1.3给进部分  钻机的给进装置采用油缸直接推进。油缸体的尾部与机身的一端固定，油缸的活塞杆与托板相连。借助油缸活塞杆的伸缩，带动托板和回转器沿机身导轨作往复移动。采用单油缸直接推动的给紧装置可以获得zui大的给进、起拔能力，而且结构简单，运行安全可套。 

2.2.1.4机架  机架用于安装固定给紧装置。机架由一个爬履式底座、立柱、支撑油缸及斜撑杆等部分组成。给紧装置在机架上可以调头安装，并利用支撑油缸可以调整倾角，以满足钻进各种倾角钻孔的需要。斜撑杆采用二节式结构，钻进较小倾角钻孔时取下上面一节加长杆，钻进较大倾角时，再接上加长杆。利用爬履式底座以常规方法可将钻机安装在基台木上

2.2.2操纵台  操纵台是钻机的控制装置。它由各种控制阀、压力表及管件组成。钻机的回转、给进、起拔与卡盘、夹持器的联动功能就是靠操纵台上的阀类组合来实现的。  在操纵台上有马达回转、支撑油缸、给进与起拔、起下钻功能转换以及截止阀五个操作手把。调给进、背压、增压三个调节手轮及指示系统压力、回油压力四块压力表。 

2.2.3泵站  泵站是钻机的动力源。它是由防爆电动机、油泵、油箱、冷却器、滤油器、底座等部件组成。电动机通过弹性联轴器带动油泵工作，从油箱吸油并排出高压油，经操作台驱动钻机的各执行机构工作。调节油泵端头的变量手轮即可改变油泵的排量，实现主机回转和给进速度的无级调整。 

油箱是容纳液压油的容器，它至于油泵的上方。为了保证液压系统的正常工作，在油箱上设有多种保护装置。如：铜丝网吸油滤油器、回油滤油器、冷却器、空气滤清器、油温计、油位指示计等，为避免在井下加油时赃物进入油箱，

可通过空气滤清器加油。  综上所述该机有以下特点： 

（1）钻机有三大件组成、及主机、泵站、操作台。可以根据场地情况灵活摆布；解体性好，搬迁运输方便。 

（2）钻具拧卸机械化，可减轻人工劳动强度，提高工作效率。夹持器卡瓦可以很方便的取出，以扩大通孔直径，便于起下粗径钻具。 

（3）由单油缸直接给进或起下钻具，可获得zui大的给进力或起拔力，结构简单安全可套。 

（4）变量油泵和变量马达相结合进行无级调速，转速和钻具都可大范围调整，提高了钻机对不同钻进工艺的适应能力。 

（5）回转器通孔直径大，更换不同直径的卡瓦组可适应不同直径的钻杆，钻杆不受钻机本身结构尺寸的限制。 

（6）用支撑油缸调整机身倾角方便省力，同时使机身支撑安全可套。

（7）通过操纵台进行集中操作，人员可远离通孔一定距离，利于人身安全。液压系统保护装置完备，提高了钻机工作的可套性。主要液压元件采用国产*定型产品，性能稳定可套，通用性强泵站是钻机的重要组成部分（动力源）。

它向液压系统提供一定压力、流量的工作介质。在泵站上装上必需的液压阀可以直接控制液压执行元件工作液压锚杆钻机工作原理  由防爆电机拖动泵站上的油泵，使油箱中的液压油经过过滤器，分别进入4台油泵，其中2个泵为一组，供出压力油进入组合操作阀，分别带动油马达旋转带动钻杆进行钻孔及驱动多级油缸组成的支腿进行伸缩，支腿上配置的控制阀控制支腿快速缩回。实现整个钻孔过程。另外2个泵带动另外一台钻机工作。

钻孔前的检查准备 

1．钻孔前必须“由外到里”、“先顶后帮”将采房内顶板及两帮的危岩（放线及空鼓矿石）找净。将液压站运到的工作区域，主机置于要钻孔的顶板下方。 

2．检查液压站油箱油位是否适宜，液压油管和水管连接是否正确。（注意：进、回油管不得接反、油箱油位低于油标必须及时补充）。

3、检查各紧固件有无松动，各油管连接部位是否安全可靠。

4．检查钻孔位置的底板是否平整、可靠，钻机应放在平整有支撑力的矿堆上。三、使用方法 1、空载试运转 

(1)启动泵站电机：检查主机压力表压力及油位是否正常。电机是否反转。密封地点有无渗油、漏油等现象。 

（2）支腿空运行：将支腿控制手柄缓慢转到升的位置，支腿各级油缸应顺利伸出。转到降的位置，各级油缸应顺利缩回。 

（3）马达空运行：压下回转马达控制，钻机主轴应具备由慢到快的受控运转，同时转动支腿控制手柄，两者的复合动作应互不干涉且运行灵活。

2、定孔  空载运转正常后，将钻杆插入钻杆接头的孔内，找准孔位，使钻杆先顶住顶板，推进机构控制手柄转动一个较小的角度，支腿慢速上升，让钻头与顶板接触，将马达压下，钻进约30mm后开孔完成。

3．钻孔  孔位定好后，打开水阀开关，回转马达全速回转，根据岩石的硬度，加大推力，使推进速度与回转扭矩达到配合实现高效钻进，进入正常钻孔作业。

4．接钻杆  *根钻杆到位后，马达需继续旋转，关闭水阀，钻杆在回转状态下，将推进机构控制手柄向相反方向转动，使钻机回缩，支腿回落，钻杆从孔内拉出。接好钻杆继续钻进。

5. 冲洗孔  钻孔达到规定深度后，在保持钻杆回转及供水不间断的情况下，使支腿缓慢回落，以冲掉孔内残留岩粉。 

6．钻孔完毕，钻机返回，收起钻机，将水管盘放整齐，将其放在的安全地点。

安全注意事项 

1、操作前，操作者必须认真学习锚杆钻机使用说明书，熟练掌握钻机的性能和操作方法。 

2、钻机旋转时，不能用手或戴手套触摸旋转的钻杆，且不允许单手操作。 

3．开孔时支腿不能伸出太快，否则会使钻杆变形折断或钻头破坏。

4．钻机突然加载时，操纵臂会向某一方向摆动，操作者应保持正确的站位、合理握住手柄，以防扭伤。 

5、操作人员不得将手扶在气腿上，以防气腿伸缩时挤伤手。同时，操作人员要站在钻机的一侧，不得直接站在钻机正下方，以防断钎伤人。 

6、在钻进过程中的冲洗水压应在（0.6∽1.8）Mpa之间,且水质无杂质。 

7、在作业过程中，应及时检查油管及油管接头的完好情况，以防油管损坏造员伤害。 

8、在日常工作中，应注意液压站电机防水、防潮。 

9、在钻机工作及运输过程中，要妥善保护各油管接头及阀件，防止刮伤损坏。

钻机的移动 

1、液压站应放在特制的平板车上人工进行挪移，严禁放在轨道用电铲车拖拽。

2、移动前应将油管拆除，并盘放整齐。管接头应采取保护措施，防止脏物进入污染液压油及液压元件。

维护与保养 

1．不要随意拆卸钻机阀块，油管接头，以免造成泄漏，一般情况下严禁在井下工作面修理阀、液压马达等液压元件。以免污染液压油及液压元件等。 

2．油箱中的网式滤油器2～3个必须清洗一次。 

3．注意液压油的清洁，如有污染，应立即更换或过滤液压油。油位低于油标时应及时补充液压油。 

4、钻机在钻孔完毕后应用水将钻机冲洗干净，并放在的安全地点，禁止平放在地面。

其他注意事项 

1、施工及钻眼要求仍按原采房施工安全技术措施执行。

1．1启动泵站电机：主机上各操作手柄放在非工作位置，此时泵站上压力表的指示压力应不大于2Mpa，油箱的油温在200以上，液面在油标的中上部。 

1．2支腿空运行：将支腿控制手柄缓慢转到升的位置，支腿各级油缸应顺利伸出。转到降的位置，各级油缸应顺利缩回。

1．3马达空运行：压下回转马达控制，钻机主轴应具备由慢到快的受控运转，同时转动支腿控制手柄，两者的复合动作应互不干涉且运行灵活。 

2．定孔位：空载试验正常后，将六方钻杆插入钻杆接头的六方孔内，马达控制缓慢压下，让钻杆慢速转动（或不进行此项操作而让钻杆先顶住顶板），推进机构控制手柄转动一个较小的角度，支腿慢速上升，让钻头与顶板接触，将马达压下，钻进约20mm后开孔完成。 

3．钻孔：孔位定好后，打开水阀开关，回转马达全速回转，根据岩石的硬度，调节推进机构控制手柄的转角大小，使推进速度与回转扭矩达到配合实现高效钻进。 

4．接钻杆：*根钻杆结束后关闭水阀，钻杆在回转状态下，将推进机构控制手柄向相反方向转动，支腿回落，钻杆从孔内拉出，将完成钻杆插入孔内继续钻进。 

5. 冲洗孔：钻孔达到规定深度后，在保持钻杆回转及供水不间断的情况下，使支腿缓慢回落，以冲掉孔内残留岩粉。

6．供水：钻进过程中的冲洗水压应在（0.6∽1.2）之间,且安装锚杆 

1．钻孔完成后取出钻杆，在钻杆接头内插入注锚器。

2．将锁紧螺母拧入要安装的锚杆上并插入注锚器内，将树脂药卷放入孔内，用锚杆机将树脂药卷和锚杆送入孔底，随即使锚杆机快速转动数秒直到回转阻力增大后停止回转，保持一定推力直到药卷牢固凝结后方能回落锚杆机。 

3．卸下拧在锚杆机上的螺母放入垫板，将螺母重新拧入，zui后用锚杆机预紧