灌注桩钢筋笼制作和安装考虑的三个因素？
钢筋笼的整体刚度、材料长度、起重设备的有效高度。
钢筋笼制作应符合下列规定：
1、钢筋笼宜分段制作，分段长度应根据钢筋笼整体刚度、钢筋长度以及起重设备的有效高度等因素确定。钢筋笼接头宜采用焊接或机械式接头，接头应相互错开；
2、钢筋笼应采用环形胎模制作，钢筋笼主筋净距应符合设计要求；
3、钢筋笼主筋混凝土保护层允许偏差为±20mm，钢筋笼上应设置保护层垫块，每节钢筋笼不少于2组，每组不少于3块，且应均匀分布于同一截面上。
形成原因
当混凝土灌注至钢筋笼底时，由于浇注的混凝土自导管翻出由下而上的压力较大，托动了钢筋笼上浮； 或由于混凝土因浇注时间较长，已近初凝，表面形成硬壳，砼与钢筋笼有一定握裹力，混凝土在导管翻出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。
1、减少沉渣厚度：沉渣过厚尤其块状粘土，在和混凝土一起上升的过程中，非常容易使钢筋笼上浮。当钻进到设计孔深时，应冲孔1小时左右，并把钻头上携带的粘土块、孔底残留的粘土块搅碎，清干净。
2、混凝土一定要搅拌好：当混凝土坍落度偏小或和易性差时钢筋笼易上浮，应严格控制混凝土配制、坍落度，坚决禁止使用不合格的混凝土。
百度百科-钢筋笼
新型热压孕镶金刚石钻头设计与研究
危险因素分析
根据钻孔桩施工工艺及施工中所用机械设备进行分析，钻孔桩主要在以下方面存在安全隐患：钻进成孔、钢筋笼吊装、临时用电、大型机械施工等。
51 钻孔桩钻进成孔安全措施
(1)塌孔预防
施工前应根据地层的工程地质特性拟定钻进措施，选择合理的泥浆参数是预防塌孔的重要一环。在临河处护筒采用16mm厚钢板加工。内径比设计孔径大30cm。护筒埋设深度以穿透砂层进入粘土层15m来控制，成孔采用泥浆护壁，控制泥浆相对密度11左右，含砂率不大于4％，粘度80s左右。在钻进到卵石土层时，根据孔内地质实际情况适当投入粘土依靠钻头反转增强护壁，适当降低钻进速度以有效防止塌孔。
(2)偏孔斜孔预防
钻机定位要准确，钻头对中误差小于2cm，保持钻机钻头中心和护筒中心在同一竖直线上，开钻前及施工过程中检查钻机是否水平，钻孔至孔深的1/2,、钻孔结束后及时检查钻孔的垂直度。
(3)钻进过程中如果发生坍孔、偏孔或沿护筒周围冒浆等情况，可采取以下措施：
①当钻孔倾斜时，将钻头提升至偏孔处，慢慢反复扫孔修正。当钻孔倾斜严重纠正无效时，在孔内回填至偏孔处上部约05米待沉淀密实后重新钻进。
②钻孔中，如果遇到护筒内水位急剧下降，且伴有气泡冒出，则可能发生了坍孔。轻微坍孔，通过减慢钻进速度、提高泥浆粘度、密度等措施通过坍孔处；坍孔严重时，立即停钻回填粘土，待孔壁稳定后再钻进。
③钻孔桩施工时，必须严格按照施工技术交底中施工顺序进行组织施工，相邻两桩最小时间间隔不得小于24小时，防止施工时发生串孔。砼浇筑后，孔口空洞部分采用钢筋网片或木板覆盖以防止人员掉入孔口内造成安全事故。
52 钢筋笼吊装施工安全措施
钻孔桩钢筋笼吊装采用吊车进行吊装，在吊装过程中，因指挥、司机操作或吊点设置不当，可能危及到钢筋笼及人身安全，所以必须加强安全管理，严格按章操作。
(1)钢筋笼必须严格按技术交底进行设置吊环，吊环必须与钢筋笼主筋焊接牢固，且吊环位置不得随意改变。
(2)吊装施工必须由专门指挥进行指挥，且有安全员进行全过程旁站。起吊前，首先是检查钢丝绳是否符合规定标准，挂钩是否有裂纹、保险是否可靠有效，吊车是否处于安全状态，钢筋笼吊点是否焊接牢固。
(3)起吊时使用口哨示警，令起吊作业区域内人员撤出，禁止吊车斜拉、斜吊。钻孔桩成孔后，钢筋笼未放下之前，在孔口使用钢筋网或木板防护。当风力超过6级时，禁止进行钢筋笼吊装作业。
53 临时用电施工安全措施
(1)施工现场用电管理
①临时用电必须按《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005编制用电施工组织设计，制定安全用电技术措施和电气防火措施。
②安装、维修或拆除临时用电工程，必须由专业电工完成，所有电气设备严格执行“一机一闸一漏一箱”，严禁一闸多机使用或私接乱拉现象。
(2)电工
①电工必须持特种作业操作证方准上岗操作，项目部要定期对电工及相关操作用电人员进行培训。
②上岗前按规定穿戴好个人防护用品。按规定定期（工地每日）对用电线路进行检查，发现问题及时处理，并做好检查和维修记录。
(3)电缆线路
电缆干线应采用埋地或架空敷设，并应避免机械损伤和介质腐蚀。电缆穿越建筑物、构筑物、道路、易受机械损伤的场所及引出地面从2m高度至地下03m处，加设防护套管。橡皮电缆架空敷设时，应沿墙壁或电杆设置，并用绝缘子固定，不得使用金属裸线作绑线。橡皮电缆的最大弧垂距地面不得小于25m。
(4)接地与防雷
在施工现场专用的中心点直接接地的电力线路中，必须采用接零保护系统。保护零线不得装设开关或熔断器，施工现场所有用电设备，除做保护接零外，必须在设备负荷载的首端处设置漏电保护装置。施工现场的起重机、井字架、龙门架等设备若在相邻建筑物、构筑物的防雷屏蔽范围以外，应安避雷装置。
54 施工机械施工安全措施
桩基施工主要施工机械设备有：旋挖钻机、履带吊、泥浆汞、电焊机等。
(1)钻机施工安全措施
①钻机操作工、指挥等配套齐全，持证上岗，进入现场必须遵守安全操作规程和安全技术措施，佩戴安全帽穿胶水鞋。
②钻机安装前应按作业方案和对照钻机说明书的要求，详细检查各部件、零配件是否齐全合格。
③作业前将操纵杆放在空挡位置，启动后应先空运转试验，检查仪表、温度、音响、制动等各项工作正常后，方可作业。
④钻孔时应对准桩位，先使钻杆向下，钻头接触地面，再开动钻机冲孔，不得晃动钻头。
⑤成孔后，必须将孔口加盖保护或浇注混凝土，附近不准堆放重物和材料。
⑥严禁在高低压架空电线下方钻孔，移动钻机、钻杆时必须保持与高压线的安全距离不小于4米。
⑦遇大雨大雾和六级以上大风，应停止钻桩作业，当风力超过六级或台风警报时，应将机架平放。暴风雨后，必须进行一次全面检查，发现问题及时处理。
(2)吊车施工安全措施
①吊车距钻孔边缘必须保持6m以上的安全距离。
②起吊过程必须有专人指挥作业，专职安全员在旁监督，吊装物体时下方严禁站立人员。起重机应在平坦坚实的地面上作业、行走和停放，在正常作业时，坡度不得大于3°。
③吊车启动前重点检查各项目应符合下列要求：各安全防护装置及各指标仪表完好；钢丝绳及连接部位符合规定；
④各连接件无松动。吊车启动前应将主离合器分离，各操纵杆放在空挡位置，应按照规定启动内燃机。内燃机启动后，应检查各仪表指示值，待运转正常后再接合主离合器，进行空载运转，顺序检查各工作机构及其制动仪器，确认正常后，方可作业。
⑤作业时，吊车臂的最大仰角不得超过出厂规定。当无资料可查时，不得超过78°。起重机变幅应缓慢平稳，严禁在起重臂未停稳前变挡换位：起重机荷载达到额定起重量的90%及以上时，严禁下降起重臂。在起吊荷载达到额定起重量的90%及以上时，升降动作应慢速进行，并严禁同时进行两种以上动作。
⑥起吊重物时应先将重物吊离地面200mm～500mm后，确认重物以挂牢，起重机的稳定性和制动机的可靠性均良好，再继续起吊。在重物升起过程中，操作人员应把脚放在制动踏板上，密切注意起吊重物，防止吊钩冒顶。当起重机停止运转而重物仍在空中时，即使制动踏板被固定，仍应脚踩在制动踏板上。
(3)电焊机使用安全技术规范
①操作人员应持证上岗，并佩戴护目和手套。电焊机必须安装二次降压保护器。电焊机作业前，必须清除上下电极的油污，通电后机体外壳应无漏电。启动前应先接通控制线路的转向开关调整极数。电极、触头保持光洁，漏电立即更换。
②作业时，严禁加大引燃电路中的熔断器当负载过小使引燃内不发生电弧时，不得闭合控制箱内的引燃电路。
(4)泥浆泵使用安全技术措施
①泥浆泵必须放在稳固的基础架或地基上，起动前应进行检查，个连接部位要紧固，电动机旋转方向应准确，管路连接牢固，密封可靠闸阀灵活有效。转动中出现异响或水量、压力不正常或有明显的高温应停泵检查。
②在正常情况下，应在空载时停泵。停泵时间较长时，必须打开放水孔，并松开缸盖，提起底阀放水杆，放尽泵体及管路内的全部泥浆。
55 夏季防台风、高温作业
(1)认真听取天气预报，做好与有关部门的信息沟通，及时了解最新台风动向。
(2)一旦接到防台预警，所有作业人员必须提前停止作业，撤离作业平台，小型机具材料必须做好捆扎、固定。
(3)在撤出作业平台后，人员必须到稳固可靠的室内避风，吊车等需放平大臂，减少迎风面，停于指定安全区域。
(4)进行上岗前体检，凡有心血管疾病、高血压，活动性肺结核，肝、肾疾病，明显内分泌疾病，出汗功能障碍者，均不宜从事高温作业。
(5)加强营养，准备含盐份的清凉饮料、茶水，绿豆汤等防中暑物品发放工作。
(6)在特殊高温作业（电焊）场所，应配有隔热、阻燃和通风性能良好的工作服。
56 临水、临边作业安全
(1)进入现场，施工人员必须正确佩戴好合格的安全帽、救生衣。作业人员着装要整齐，严禁赤脚、穿拖鞋、高跟鞋进入现场。不得酒后上岗。
(2)施工现场严禁嬉戏、打闹。
(3)严格遵守项目部有关安全保卫制度。
(4)夜间施工必须配备足够的照明设备。
(5)禁止随意拆卸防护栏杆、安全设施，如意外损坏需及时修补完善。
安徽地矿局313队探矿工程技术研究所依托承担的“高效长寿命金刚石钻头研制”项目,结合深部钻探对金刚石钻头的特殊要求,研制了下述三种新型钻头。
(一)热压直角梯形齿孕镶金刚石钻头
1钻头结构设计
这类钻头的切削单元是直角梯形齿。与等腰梯形相比,直角梯形齿的横截面积小,在相同钻压下可增大钻进比压。直角梯形齿可分解为长方体和三角体两部分。长方体是破碎岩石主体,而三角体支撑着长方体并参与破碎岩石,提高了切削齿的抗弯强度。直角梯形钻头如图6-24所示。该型钻头已获国家实用新型专利(专利号ZL2013201082654)。
图6-24 直角梯形齿钻头外形
(1)直角梯形齿受力分析
设直角梯形齿的直角边高为H,梯形顶部宽为L,梯形斜角为α,受垂直钻压P和回转力W的作用(图6-25)。为了方便计算分析,忽略直角梯形齿钻头在孔底的振动、弯曲等交变应力作用。
图6-25 直角梯形齿受力分析示意图
直角梯形ABCD如图6-26所示,假设B端面承受均布的轴向压力,其合力P作用在对称位置。钻进中,该钻齿可视为左端齿根部固定,右端自由的一根悬臂梁。在回转力矩和钻压同时作用下,悬臂梁承受轴向压缩和弯曲。按材料力学分析,梁组合变形时危险横截面在固定端A截面。
图6-26 平面直角梯形齿受力分析
一般钻齿的α角较大,故该变截面梁左端横截面上的弯曲变形中性轴可近似认为在该截面上下对称位置,即y=h1/2;A横截面上的内力有:
轴力(压缩)N=P;剪力(弯曲)Q=F;
弯矩(弯曲)M=P·e-F·(l-x)x=0=P·e-F·l
若忽略剪力Q对材料强度的影响,则该截面上各点的正应力为:
深部岩心钻探技术与管理
式中:A=b·h1=b·(h+l/tanα);
e=h1/2-h/2=(h1-h)/2=(h+l/tanα-h)/2=l/2tanα;
Iz=b /12;
h2=l/tanα;
h1=h+h2=h+l/tanα。
图6-27 钻齿A端横截面
假设A端横截面为矩形(图6-27),则A横截面上各点的正应力为:
深部岩心钻探技术与管理
A横截面上最大拉应力位于上边缘线各点,最大压应力位于下边缘线各点,两者绝对值相等。则:
深部岩心钻探技术与管理
将h1代入化简后得:
深部岩心钻探技术与管理
深部岩心钻探技术与管理
深部岩心钻探技术与管理
利用推导出的式(6-5),再结合钻头的规格、结构、胎体力学性能和所钻岩石的物理力学性能,就可以设计直角梯形齿钻头的齿形规格。
(2)直角梯形齿结构设计分析
考虑到钻头胎体的抗压强度一般都很高,远远超过钻压引起的轴向应力,即梯形切削齿的抗压强度能满足钻进要求,所以,对梯形切削齿的轴向压力不作过多分析。设直角梯形齿的尺寸如下:梯形顶宽h,梯形齿厚度b,梯形底角α,直角梯形高l。以规格Φ77/48mm的热压金刚石钻头为例,b=(77-48)/2=145mm。而l由工作层高和过水间隙确定,若工作层高10mm,过水间隙取3mm,则l为13mm。剩下的变量就只有α角和梯形顶宽h。式(6-3)可写成:
深部岩心钻探技术与管理
将上面数据代入式(6-6),得:
深部岩心钻探技术与管理
梯形顶宽h决定了钻头与岩石的初始接触面积,对可钻性Ⅶ～Ⅸ级岩石,选择h值在8～12mm之间。以岩石可钻性Ⅷ级h=10mm为例,式(6-7)可写成:
深部岩心钻探技术与管理
梯形底角α可根据岩石力学性质和钻头规格在55°～70°之间选择。在h值一定的条件下,α越小,直角梯形齿的抗弯能力越大,但受到钻头水口的限制。因此,设计直角梯形齿钻头时,只要知道F力和α角的大小就可以得出梯形齿的应力σ,只要梯形齿的实际抗弯强度大于σ,这个梯形齿就是安全的。其中,F力主要取决于岩石抗剪强度和齿与孔底的摩擦力。一般采用试算法决定α角。
例如,对于钻进Ⅷ级花岗岩的Φ77/48mm钻头取α=60°进行试算,已知岩石抗剪强度约为315MPa,得出梯形齿承受的应力约为553MPa,显然低于钻头胎体要求的最低抗弯强度(700MPa)。因此,这个设计是安全的。
2钻头金刚石参数设计
1)直角梯形齿由长方体M和三角体N两部分组成(图6-28),它们的胎体成分及性能相同,而M部分的金刚石浓度较高,N部分较低。钻进初期,只有BDFG平面与岩石接触,面积小,比压大,钻进硬而致密的岩石效率高。随着钻头磨损,接触面积逐渐增大,钻速将有所下降。但由于N部分的耐磨性较低,钻速降幅不很大(在15%～18%范围内)。此时,N部分的作用是支撑破岩主体M部分,增大其抗弯强度和抗冲击韧性,并起辅助碎岩作用。因此,该类钻头的设计主要在于根据岩石性质确定M与N两部分的比例及其性能。
图6-28 金刚石分布示意图
2)对硬、中等至较强研磨性岩石,可设计使长方体M与三角体N的胎体性能相同。而对硬至坚硬、弱研磨性岩石应选长方体M的胎体较硬、金刚石浓度较高;三角体N部分的胎体较软、金刚石浓度较低。
3)通过改变长方体M、三角体N的比例及α角的大小,可以调节钻头的性能和钻进效果。长方体M越小,α角越大,钻进速度将越高,反之亦然。
4)该类钻头可供调节的结构参数有:长方体M、三角体N、α角、金刚石和胎体性能参数。一般钻头水口取6～8mm;α角取75°～65°;M∶N=3∶2或5∶3。金刚石粒度、品级和浓度的基本规律与普通钻头相同。对硬至坚硬、弱研磨性岩石,长方体M的金刚石品级SMD35,浓度60%～65%,粒度:40/50目占50%～60%,50/60目占40%～50%。而三角体N的金刚石品级SMD30～SMD35,浓度45%～50%;粒度:50/60目占45%～50%,40/50目占50%～55%。对硬、中等至较强研磨性岩石,两部分的性能相同,金刚石品级SMD30～SMD35,浓度75%～85%,粒度:30/35目占20%～25%,40/50目占50%～60%,50/60目占20%～25%。
5)该型钻头的钻进规程参数应依据岩石硬度与研磨性来确定。对中硬、完整度较差的岩层,钻压与转速宜偏低,以防切削齿切入岩石过深而憋钻。而对硬而致密岩层可采用较高的钻压和转速,以获得高钻速。
(二)热压孕镶碎聚晶金刚石钻头
碎聚晶材料是聚晶体合成过程中产生的次品,但因其高硬度与高磨耗比性能不变而同样具有利用价值。大多数碎聚晶粒为径高比接近1的圆柱体,可以用来制造孕镶钻头。对于中硬至硬、中等研磨性岩石具有好的适应性。
1碎聚晶粒破碎岩石原理
与普通孕镶粗颗粒金刚石钻头相似,碎聚晶粒在孕镶钻头胎体中成无序排列。接近圆柱体的碎聚晶粒在热压胎体中可能有三种随机分布的基本形态:直立、横卧和与孔底成一定角度(图6-29),其破碎岩石的机理与效果也有所差异。
1)直立状碎聚晶粒。直立状碎聚晶粒破碎岩石的原理与完整聚晶体基本相同,在钻压P作用下切入岩石一定深度,并在水平力Q作用下剪切破碎岩石[图6-29(a)]。钻压越大,切入越深,产生的剪切体越大,破碎效果越好。
图6-29 碎聚晶在胎体中不同形态与破碎岩石的情形
2)成一定角度的碎聚晶粒。钻进初期,成一定角度的碎聚晶粒与岩石接触面积最小[图6-29(b)],具有一定的尖棱角,容易切入岩石,钻进效率高。随着碎聚晶粒的锐角逐渐变钝,钻速逐步下降,但总的钻进效率还是较高的。
3)横卧状态碎聚晶粒。横卧状态碎聚晶粒破碎岩石的原理与直立状碎聚晶粒不同,钻进初期横卧碎聚晶粒与岩石的接触面积比直立状小得多[图6-29(c)],钻进效率高。随着钻进时间的推移,碎聚晶粒与岩石的接触面积逐渐变大钻速有所下降,但总的钻进效率仍较高。横卧状碎聚晶粒不易崩刃,钻进比较平稳。当碎聚晶粒磨损过半后,与孔底接触面积逐步减小,又将出现钻速提高的阶段。
以上三种随机分布的碎聚晶粒的破岩机理和效果各有所长,可以实现优势互补,可以在可钻性Ⅷ级以下(含部分Ⅷ级)较完整岩石(如大理岩、灰岩、玄武岩、砂岩等)中保持较稳定、较高的钻进速度。它比碎合金粒钻头适应的岩层更广,只要胎体性能设计合理,还可用于钻进硬、脆、碎的较强研磨性岩层。
2碎聚晶孕镶钻头的胎体性能设计
碎聚晶的粒度比金刚石单晶粗,而比碎合金粒细。因此,胎体性能应介于普通金刚石钻头和碎合金粒钻头之间,具备中等硬度、中等耐磨性。硬度设计为HRC25～HRC30;而耐磨性可设计为(055～06)×10-5,采用MPX-2000型摩擦磨损试验机测试时,其耐磨性可设计为420mg～450mg。
由于碎聚晶粒的抗压强度高,磨耗比为2万～8万,甚至更高,从理论上讲它可以钻进任何岩石,但由于其颗粒较粗,切入岩石阻力大,破碎硬岩的时间效应明显,所以钻进的岩石级别受到一定限制,适于钻进Ⅷ级以下、中等至较强研磨性、完整至较完整的岩层。
3碎聚晶参数设计
由金刚石破碎岩石原理可知,粗粒金刚石多用于钻进较软的和低研磨性岩石。碎聚晶钻头中一般选取直径Φ15～Φ25mm,高2～25mm,即径高比接近1的碎聚晶。这种粒度接近于表镶钻头中天然金刚石的粒度,由于其硬度与磨耗比远不如天然金刚石,所以只能制造孕镶钻头。对可钻性Ⅵ级及其以下的岩石体积浓度取20%,而对Ⅵ～Ⅷ级岩石取25%。考虑到随机混料时难以保证粗粒碎聚晶在钻头胎体中均匀分布,必须采用如图6-30所示的制粒机,边旋转边喷撒金属粉料和黏结剂,使碎聚晶颗粒裹上一层厚厚的金属膜,以达到胎体中颗粒均匀分布之目的。
图6-30 制粒机
4碎聚晶钻头结构设计
在生产实践中,人们都希望新钻头下孔后便能有效钻进,而传统的孕镶碎聚晶钻头必须要有个初磨过程才能进入正常钻进。为改变这种状况,可把碎聚晶钻头设计成表镶与孕镶结合的结构,即第一层为有序排列的表镶形式,而后续工作层为无序排列的孕镶形式。按照这个思路,石墨模具也设计成普通模具和第一层表镶模具(如图6-31所示)两部分。取心式碎聚晶金刚石钻头的结构如图6-32所示。
图6-31 取心式碎聚晶钻头
用第一层模具
图6-32 取心式碎聚晶钻头结构示意图
1—钻头钢体;2—钻头胎体材料;3—孕镶碎聚晶;4—表镶碎聚晶;5—单晶金刚石;6—钻头保径材料;7—钻头水口
在热压碎聚晶钻头结构中,除了碎聚晶主磨料外,还孕镶有品级SMD30、粒度30/40目、浓度20%～25%的单晶金刚石。这部分金刚石不仅参与破碎岩石,更重要的是可以保持工作层平衡磨损,提高钻头的使用效果。孕镶碎聚晶钻头已获得国家实用新型专利,专利号:ZL201320109451X。
(三)添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头
氧化铝空心球是粉末冶金材料中的一种造孔剂,硬度不高,脆性大,基本不与胎体其他材料发生反应,把它随胎体材料与金刚石一起混合均匀后装入模具中热压烧结(图6-33),可起到提高胎体材料孔隙度,弱化耐磨性的作用。
图6-33 氧化铝空心球的作用机理示意图
1—金刚石;2—氧化铝空心球
由于氧化铝空心球的抗压强度远低于金刚石,在热压过程中部分被压碎的空心球将形成薄弱点阵,随着胎体磨损这些薄弱点阵很容易脱落,并在底唇面留下许多空穴,使之变得粗糙,摩擦系数提高,胎体磨损加快,金刚石出刃效果更好。加之与孔底接触面减少,有利于提高在硬而致密岩石中的钻进效率。添加氧化铝空心球的热压金刚石钻头已获国家实用新型专利,专利号ZL201220651088X。
1氧化铝空心球的参数设计
(1)氧化铝空心球的粒度
市场上不同粒度的氧化铝空心球如图6-34、图6-35所示。空心球的粒度对弱化胎体耐磨性和强度具有明显影响。浓度一定时,空心球粒度小,比表面积大,意味着分散性好,在胎体唇面形成的空穴小且多,弱化胎体耐磨性的效果将提高。但如果粒度太小形成的孔隙过小,对胎体的弱化效果并不明显。而粒度过大,分散性变差,同样不利于弱化胎体。因而空心球的粒径应选择02～10mm,相当于70目～20目的金刚石粒径。岩石越硬、越致密,空心球的粒度应越粗,使磨损后的底唇面越粗糙,胎体耐磨性下降越多,有利于工作金刚石出刃,提高钻进速度。
图6-34 粗粒氧化铝空心球
图6-35 混合粒度氧化铝空心球
(2)氧化铝空心球的浓度
空心球在胎体中的浓度高则胎体的弱化程度也高,但浓度过高会降低胎体的强度,影响金刚石钻头的正常使用。而空心球的浓度过低则对弱化胎体耐磨性作用不大。一般认为其体积浓度12%～18%比较合理。岩石越硬、越致密,胎体中空心球的含量应越高,使胎体耐磨性下降得明显,金刚石的出刃效果更好。
(3)氧化铝空心球参数的试验研究
取氧化铝空心球粒度03mm、06mm、09mm三种规格,浓度10%、20%、30%三种水平进行试验设计。胎体配方:FeCuNi占40%,FeCu30占40%,CuSn10占20%。按试验设计分别烧结出胎块并测试耐磨性,其对胎体弱化的效果见表6-5。根据表中数据绘制的柱状图见图6-36。
表6-5 钻头胎体耐磨性弱化试验设计表
图6-36 氧化铝空心球粒度及含量与耐磨性的关系
粒径:A—03mm;B—06mm;C—09mm
由图6-36可以看出,随着氧化铝空心球的浓度增加,胎体的磨损量增大,耐磨性呈下降趋势。而不论含量如何变化,只要空心球的粒度增加,胎体的耐磨性呈增加趋势。可见,氧化铝空心球的浓度对胎体弱化具有显著影响,而空心球的粒度同样是影响胎体性能的重要因素。
2钻头金刚石参数的设计
含氧化铝空心球热压金刚石钻头主要为坚硬致密的“打滑”岩石设计。必须明确,在坚硬致密岩石中尽管采用高转速,也不可能取得较高的钻速,只有实现微压入以微体积破碎方式破碎岩石,才能取得好的破碎效果。
(1)金刚石粒度设计
在硬而致密岩石中粗粒金刚石钻头极难自锐,钻进效率反而很低。因而必须选择较细粒的金刚石,但如果太细,金刚石与胎体接触面积甚小,很快随胎体磨损而掉粒。因而多选择50/60目与60/70目的金刚石。
(2)金刚石浓度设计
一般认为钻进坚硬致密岩石的钻头应采用低的金刚石浓度,但究竟浓度多低合适还需要研究。虽然在相同钻压条件下,低浓度的每颗金刚石上压力增大,更容易切入岩石。但浓度过低钻进效率和钻头寿命也会随之下降。所以,金刚石的浓度应存在一个优化值。设计浓度时,还必须考虑添加材料的造孔作用,由于造孔后胎体的孔隙度增加,应适当降低金刚石的浓度,以保证其包镶强度不受影响。另外,金刚石的浓度与粒度有相互依存关系。金刚石的粒度越细,其浓度也应适当降低。
(3)金刚石品级设计
坚硬致密岩石的抗压入硬度很高,所以必须使用高品级的金刚石,单颗金刚石的抗压碎强度不能低于300N,金刚石的TTi值能达到85%。
综上所述,金刚石参数设计如下:粒度采用50/60目～60/70目,其中50/60目占40%,60/70目占60%;浓度为60%～70%;金刚石品级不低于SMD35。