立轴式钻机的升降机
钻机标准1
煤矿坑道勘探用钻机1 范围本标准规定煤矿坑道勘探用钻机〔以下简称钻机〕的型式与基本参数、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。
本标准适用于煤矿井下以勘探为主要用途的钻机。
2 标准性引用文件以下文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
但凡注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
但凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB 3836.1爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求,eqv IEC60079-0：1998)GB 3836.2爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”〔GB 3836.2-2000, eqvIEC60079-1:1990)GB3836.4爆炸性气体环境用电气设备第4耶分：本质安全型“i”〔2000，eqv IEC60079-11:1999〕GB/T 13813 煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定规则MT/T 98 液压支架胶管总成及中间接头组件型式试验标准MT 113 煤矿井下用聚合物制品阻燃抗静电性通用试验方法和判定规则MT/T 154.1 煤矿机电产品型号的编制导则和管理方法MT 374 阻燃抗静电三角带安全性试验方法和判定标准MT/T 776—1998 煤矿机械液压系统总成出厂检验标准3 型式与基本参数3.1 型式3.1.1 钻机按回转器的结构恃征分为两种基本型式，即动力头式和立铀式，其中动力头式包括液压动力头式和机械动力头式。
3.1.2 钻机由电动机驱动。
型号3.2.1 钻机型号的编制应符合MT/T 154.1的规定。
3.2.2 钻机型号的组成和排列方式为：3.2.3 钻机型号的各组成部分按以下规则确定：a) 产品类型代号一律用大写宇母Z,表示“钻机”；b〕第一特征代号用于区别钻机的型式，用大写字母D或L，前者表示“动力头式”,后者表示“立轴式”；c〕笫二特征代号用于突出钻机主传动的特点，用一个大写字母J或Y表示，前者表示“机械传动”，后者表示“液压传动"；d〕主参数为钻机主轴额定转矩，当钻机有多个档位时。
XY-6B岩芯钻机
XY-6B岩芯钻机
主要用途
XY-6B岩心钻机是地质找矿、水文水井、煤田地质勘探、石油和天然气勘探开发等领域的深孔钻探设备。
该钻机集中了立轴式液压钻机的优点，可进行金刚石小口径钻进，也可进行大口径钻进，可以垂直钻孔，也可以钻斜孔。
是深孔地质勘探钻孔的理想设备。
主要特点
•立轴转速高，调速范围广。
•升降机配有水刹车，下降钻具平稳安全。
•油浸湿式离合器，启动平稳，附有制动装置。
•液压操作系统予留专用阀口，可供配备拧管机时使用。
•钻机前后移车距离大，方便孔口作业。
•立轴通孔直径大，可满足多种钻探工艺要求。
•整机重量适中，解体性能好，便于运输搬迁。
主要参数
钻进深度m 1500-2000
机下钻杆直径mm φ50，φ60，φ89
立轴通径mm φ96。
钻机井架举升装置操作说明书
钻机井架举升装置使用说明书2015年8月目录一.概述二.结构组成及技术特征三.液压系统四.支架的使用、操作和维护五.常见故障及处理一、概述钻机井架举升装置是井架在井场安装过程中对井架起支撑作用的一种新型连续接触支撑工具，它可以与传统高、低支架配合使用，也可单独使用。
当井架在低位安装完成后，传统上通过吊车将井架吊起一定高度，在最后一段上放入常规高支架，在这个高位进行钻机二层台安装及钻机绞车起升过程的安装。
在通过吊车将高支架移入过程中，由于井架体积、重量大、提升行程高，井架捆绑操作难，最终导致捆绑失效，井架以一定的速度撞击原来的低支架，撞击产生的巨大冲击力使井架产生巨大的塑性变形，导致井架损坏。
为了避免此问题，在井架低位安装完成后，直接将低位的钻机井架举升装置移入井架下，然后通过高支架液压缸分段逐步将井架升高到绞车起升过程初始高度。
这一过程省去了吊车起升过程，同时钻机井架举升装置的起升过程将吊车吊起行程分为两段逐级进行，降低了井架由于起升过程失效产生的冲击损坏。
下放井架与起升井架顺序相反，井架通过绞车下放到高支架高位，卸掉二层台、绞车起升设备，然后通过支架将井架下放到低位，在低位进行井架拆卸、打包、运输。
钻机井架举升装置为双立柱支撑双缸起升结构。
起升、降落过程双液压缸支撑顶梁，主要承受井架的垂直压力；起升、降落过程终点，双伸缩立柱锁死支撑顶梁，来承受顶梁所受的水平力和侧向力。
液压缸通过耳板与销轴连接，使得该支架具有一定的抗侧偏能力，降低安装难度，增强适应性能。
立柱采用两次伸缩及低位销钉连接结构，有利于增加支架的有效行程同时降低支架低位高度尺寸。
本支架的型号多样，广泛地的适用于多型号钻机，各钻井公司、钻井队可根据钻机具体型号选择使用。
二、结构组成及技术特征钻机井架举升装置主要由底座、支撑柱、支撑梁及滚杠、液压缸、液压控制系统五大部分组成，如图-1所示。
JD15型全液压岩芯钻机方案选型与设计
压力表 １５．动力头转速 １７．推杆油缸 １９．钻塔升降缸 ２０．动力头回转 ２１．快速进给 ２２．主 进 。
提升升降 ２３．取芯提升升降
图 ４ 液压原理图
（４） 主绞车及取芯绞车 主绞 车及取芯绞车均采用液压绞车，
转控制、钻进控制、调幅控制 （起塔）、钻具夹紧及拧
主绞车用于钻具提升和下放，其容绳量为 ３ ５ ｍ，无
动力源→主
表１
泵、控制机构
１ ９００ × φ ６０
→负载敏感多 钻深能力 （ｍｍ）
１ ５００ × φ ７５
路换向阀、执
１ ０００ × φ ９５
行器→动力头 液压马达、进 给缸、主卷扬 马达和副卷扬 马达 （绳索取 芯） 等组成。 副回路由动力 源→副泵、控 制机构→六通 片式多路换向 阀和执行器→ 起塔油缸、上
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（上接第 ３４ 页） 产自动化和安全性的重要途径，所
以，建立远程在线监测与故障诊断系统是保证乳化液 泵站正常安全运行的必然趋势。鉴于矿井作业的特殊 性，此系统应由上下位机两级系统组成。下位机 （嵌
该类型钻机是欧美较早发展的机型，得到了十分 广泛的应用，国内在该类型钻机的技术上已十分成 熟，目前国内广泛使用的代表机型有：地矿系统的 ＸＹ 系列，钻孔深度从 １００ ￣ ２ ０００ ｍ，如 ＸＹ－４、ＸＹ－ ５ 、Ｘ Ｙ － ６ 和 Ｘ Ｙ － ４ ４ （见图 １ ）；煤炭系统有石家庄煤 矿机械有限责任公司的 Ｔ Ｋ － １ 、Ｔ Ｈ Ｊ － ２ ０ ０ ０ ；有色系统 的 Ｃ Ｓ － ４；核工业系统的 Ｈ Ｘ Ｙ 系列等。国外立轴钻 机最早是由欧美国家推广发展起来的，上世纪 ８０ 年 代曾经占据了地质岩芯钻机中 ６０％￣７０％ 的份额，在 世界市场上，约有 ３０ 多个国外公司生产带立轴回转 器的钻机。下述公司所生产的钻探设备较为常见：长 年 （美国），阿特拉 斯·柯普特 （ 瑞 典） ，最时 （ 加拿 大） ，矿研，利根 （ 日本） ，科地科 （ 英国） ，明德利尔 （奥大利亚） 等。以 上这些公司生产的 立轴钻机约占总数 的 ７ ０ ％ 。显然这些 公司确定了立轴钻
XY-6B型岩心钻机的研制与应用
根据市场需求 ， 在我国常规岩心钻机的基础上 ， 我们对零部件采用了模块化设计 ， 同时采用 了汽车
的成 熟技 术 和其他 创 新 技 术 ， 制 出 了新 一 代 深孔 研 岩 心 钻机 ， 满足 了市 场 的需 求 。
１ 指 导思 想
Ｙ ６ １５ Ｄ ０型柴 油机 作为 动 力 ， 后 根据其 输 Ｃ Ｂ ３ Ｚ— ２ 然 出的功 率和扭 矩 ， 选择 了东 风 １ＺＫ一 ０３ ７ Ｊ ０００型变速 箱 和 ３０汽 车专用 离合 器 。 ８ 汽 车变 速器 、 离合 器 的采用 ， 大缩短 了新 型钻 大
机 的设计 和生 产周 期 ， 降低 了生产 组 织难度 ， 增加 了
市 场竞 争能 力 ， 高 了产 品 质量 ， 提 降低 了生 产 成 本 ， 同时也 减少 了用 户 的购 机 费用 和使用 维修 费用 。
２ ２ 卡 盘 的设 计 ．
Ｘ Ｙ一６ Ｂ型 岩 心 钻机 以市 场 上 常用 Ｘ Ｙ系列 岩
２１ 第 ３ ０ ２年 ９卷第 ９期
探矿 工程 （ 土钻 掘工 程 ） 岩
５ ９
Ｘ ６ Ｙ一 Ｂ型 岩 心钻 机 的 研 制 与 应 用
彭儒金 ， 圣海 ， 戴 邱 华 ，刘 志
（ 长沙探矿机械 厂 ， 南 长 沙 ４ ０ ０ ） 湖 １１０ 摘 要 ： Ｙ一 Ｂ型 以 Ｘ ４ Ｘ ４ Ａ及 Ｘ Ｘ ６ Ｙ－ 、 Ｙ一 ４ Ｙ一５型等岩心钻机 的研制 经验 为基 础 ， 继承 了这些钻机采用 汽车底盘
ｃ ａ ｓｓｔｃ ｉｕｅ， ｓ ｒｎｇ ｃａ ｈ ｓ ｉ ｅ ｈｎ ｑ ｐ ｉ ｌｍｐｉ ｄ ａ ｌｃ ｕｎｏ ｋ ｏｌｒｔ ｐ ｈｕ ｋ ａ ｄ ａ —ｅ ｉｔｎｔＬａ ｗｅ ｅ ｆｌｏ ｄ ｎｇ ｈｙ ｒ ｕ ｉ ｌｃ ｒ ｌｅ —ｙ ｅ ｃ ｃ ｎ ｗｅ ｅ ｒ ｓｓａ ｍｅ ｒ ｏ ｌｗｅ
第6章给进机构
设轮系中的齿轮z1、z2、z3、z4、 z5的转动角速度分别 ω ω ω 为ω 1 、 2 、 3、ω 4 、 5 。支撑盘的转动角速度为ω H 。 在轮系中加上一个与 ω H 大小相等而方向相反的角速度 − ω H ， 轮系转化为定轴轮系。在转化系统中： 轮系转化为定轴轮系。在转化系统中：
Z3 ω1 − ω H i = =− Z1 ω3 − ωH
H 13
1） （1）
闸轮 手轮
z5
H
绳轮
ω 5 − ω H Z4 Z3 i = = × ω 3 − ω H Z5 Z2
H 53
（2） ）
。 ω1 − ω H Z 2 Z5 I = =− × ω5 − ω H Z1 Z 4
H 15
z1 z2
传动轴
（3） ）
z3
制动器
z4
(1) 如果将闸轮制p ′
产生的给进速度为： 产生的给进速度为：
v 5 πdn 5 vg = = 2 2
2. 加压器的结构与工作原理 加压器采用 行星轮系。主要由传动轴、 加压器采用3K-H型双联行星轮系。主要由传动轴、中心 型 齿轮、双联行星齿轮、闸轮、绳轮、 齿轮、双联行星齿轮、闸轮、绳轮、快速缠绳手轮和两个内齿 圈等组成。 圈等组成。 加压钻进时， 加压钻进时，传动轴带动 中心齿轮z 转动， 中心齿轮 1转动，中心齿轮又 驱动双联齿轮转动。 驱动双联齿轮转动。在双联 齿轮左侧齿轮z3带动下闸轮转 齿轮左侧齿轮 带动下闸轮转 其右边齿轮z4带动绳轮转 动，其右边齿轮 带动绳轮转 缠绕加压钢丝绳， 动，缠绕加压钢丝绳，实现 加压及给进。 加压及给进。调整制动器对 闸轮的制动力矩， 闸轮的制动力矩，改变闸轮 的转速， 的转速，随之也改变了绳轮 的速度， 的速度，即改变了给进速度 和给进力。在不同的工况下， 和给进力。在不同的工况下， 绳论与闸轮的运动关系， 绳论与闸轮的运动关系，可 从下述相对运动原理方法推 出。
桂林理工大岩土钻凿技术复习要点（精华版）
. . . . . . . . . 题型：一，单项挑选题 20 分 二，判定题 三，问答题 四，运算题 绪论20 分 50 分 10 分 钻凿工程，钻孔的概念，水文地质钻凿，岩土工程地质钻凿的特点 第一章 钻孔要素，钻凿工程的基本程序，钻进方法类型，钻孔结构的定义，设 计依据和原就 其次章. . 钻凿设备的组成，钻机分类， XY-1 型钻机各部件的作用，变速箱的变速 原理， XY-1型钻机液压传动系统的作用和组成第三章 钻进工艺对钻机回转系统要求，升降系统在钻进过程中的作用，给进系 统性能参数包括哪些； 第四章 水井钻机的特点； 第五章. . . . . . 工程钻机的特点， G-3 型钻机技术参数， 型钻机的组成 第六章SH30-2 型钻机的特点， GPS-15 . . . . . . . .钻凿工程对泵的要求及泵的作用，泵的分类，简述往复泵的工作原理 第七章 钻塔的作用及类型 第八章各升降工序附属设备的作用 第九章工程地质勘察钻进方法及各种方法的钻具组成和使用特点；取土器的结 构与类型，基本技术参数，原状土样的实行方法及影响因素；压水试验 对钻孔的要求；各种触探试验的原理，适用地层及试验方法第十章 水井钻的成井工艺的内容及目的；对滤水管的要求及其类型；井管安装 安装方法；填砾的目的，填砾方法，砾料量估算；止水和洗井的目的及 其方法 第十一章护壁泥浆的作用； 钻孔灌注桩的定义， 钻孔桩的施工次序， 护筒的作用， 泥浆的循环系统，清孔的目的，要求及方法 如何保证钢筋笼爱护层，混凝土配制与灌注的一般要求，水下砼的灌注 机具种类及其作用，对初灌量有何要求；水下灌注混凝土基本工序及注 意事项，如何确定钻孔扩底桩要素；地下连续墙的概念及施工工序，槽 段划分原就，导墙作用及形式 第十二章 灌浆锚杆的定义和组成，土层锚杆的施工工序. .. . .. .绪论：一，基本概念钻凿工程——口径较小而深度较大的柱状圆孔作为其他用途，岩土样品测试或者以此孔钻孔——（利用机械设备在地壳中打出的）柱状圆孔；水文地质钻凿的特点（两复杂两多一大）1.2.3.4.5. 地层复杂钻孔结构复杂钻进方法多设备种类多劳动强度大二，岩土工程地质钻凿的特点(三钻孔两要求)1.2.3.4.5. 钻孔直径变化大钻孔结构复杂钻孔密集岩芯实行率要求高“环保”要求严格第一章：一，钻孔要素孔深孔径角度：倾角，顶角，方位角二，钻凿工程的基本程序1．破裂孔底岩土全面钻进，取芯钻进2．提出岩芯和岩粉3．加固孔壁三，钻进方法分类1，按钻孔直径分：小口径钻进（< 110），常规口径钻进（110~170），大口径钻进（> 170）桩孔：小<250，中等250~800，大>8002，按施加外力的性质或方式分：回转法，冲击法，振动法，压入法，复合法3，按碎岩工具所用的材质不同分：硬质合金钻进，金刚石钻进，钢粒钻进，强化钢钻头钻进4，按取心情形分：全面钻进，取心钻进5，按冲洗介质循环方式分：正循环钻进，反循环钻进，复合循环钻进（局部反循环钻进）7，按孔底截断岩芯的方法分：干钻取芯式，卡料取芯式，卡簧取芯式，切断器取芯式四，钻孔结构的定义定义：是指钻孔由开孔至终孔的孔身及孔径变化五，钻孔结构设计依据1，钻凿目的和钻孔的用途2，岩层剖面及其特点3，钻进方法及钻机类型和性能六，钻孔结构设计基本原就1，以终孔直径为钻孔结构设计的先决条件，对比岩层剖面及特点，自下而上的设计出各段孔径并定出开孔直径2，在地质条件许可下，尽量少换孔径3，钻进表土或冲积层时，应先埋设孔口管4，在满意地质要求条件下，尽量使用小口径钻具钻进，以提高效率，降低成本5，留有备用口径其次章：一，钻凿设备的组成：钻凿设备包括动力机，钻机，泥浆泵和钻塔等四大件二，钻机分类（1）按用途分类1．石油，自然气勘探与开发钻机3．固体矿产勘探钻机5．地下钻机2．水文地质调查和水井钻机4．工程地质勘察钻机6．工程施工钻机三，按钻进方法分类钻进方法冲击钻进钻机类型冲击式钻机钢绳冲击钻机，钻杆冲击钻机立轴式：手把给进式，螺旋差动给进式，油压给进式转盘式：钢绳加减压给进，油压给进全液压回转可移动式：有绞车提升，无绞车提升井底发动机式：涡轮钻，电钻，潜孔钻，螺杆钻振动钻机振动加冲击回转静压多功能钻机冲击回转复合式钻机回转钻进回转式钻机振动钻进复合式钻进振动式钻机复合式钻机四，XY-1型钻机：该传动系统包括柴油机（或电动机），减速箱，水泵，变速箱，卷扬机，回转器及油路系统组成，全部部件全组装在机架底座上五，岩芯钻机的主要部件包括八大部件：给进机构，液压操纵机构，离合器，变速箱，分动箱，回转器，升降机和机座六，各部件的结构与工作原理1．柴油机或电动机2．作用：钻机，油泵及水泵的动力3．结构：见柴油机或电动机说明书七，减速箱1．作用：减速箱是柴油机对钻机和水泵动力输出的分动和水泵的减速装置；2.结构：由箱体，蜗杆，蜗轮等主要部件组成八．张紧装置1. 作用：调剂减速箱与变速箱之间的三角皮带拉力2．结构：由张紧轮，轴及其支架组成九，水泵1．作用：抽送冲洗液，冲洗钻孔，润滑冷却钻头，爱护孔壁2．结构：采纳卧式单缸双作用活塞式结构，由泵体，横臂，导向杆，活塞杆，活塞，缸套，球阀，空气室，安全阀，压力表，进，出水管，五通体及闸阀等零件组成十，回转器1.作用：回转器用来回转钻具及钻具给进2．结构：由壳体，立轴，立轴套，齿轮，夹持环及两个油缸等主要零件组成十一，卷扬机1. 作用：升降钻具2．结构：卷扬机采纳行星齿轮减速机构，主要由卷筒，卷扬机轴，左，右支架，抱闸等组成十二，离合器1．作用：⑴用以接通和切断钻机的动力；⑵在钻机变速和分动操作中，或在完成套取岩芯与扭断岩芯等特殊操作时，利用离合器进行微动操作；⑶当钻机超载时，利用摩擦片打滑起过载爱护作用2．结构：是一种常闭式单片摩擦离合器十三，底座及机架1.作用：将柴油机，减速箱，水泵，变速箱，油泵等各大部件联成一体2.结构：钻机机架由角钢焊制而成，由四个螺栓与底座相联，顶部装有变速箱十四，变速箱的变速原理原理：通过不同齿轮啮合来转变不同速度；十五，XY-1型钻机液压传动系统的作用和组成钻机的液压传动系统立轴式钻机液压系统的功用是用于钻具称重，加压或减压给进钻具，倒杆，提动或悬挂钻具，强力起拔钻具，松紧卡盘，移动钻机等操作XY-1型钻机液压系统由以下四部分组成1 动力元件2 执行元件3 掌握元件4 帮助元件第三章：一，回转系统的结构与性能应满意以下钻进工艺要求①回转器的转速与扭矩是可变的②具有1~2 个较低的反转转速③有良好的导向作用④⑤⑥回转器应能在肯定范畴内变更倾角通孔直径符合所需直径要求回转平稳，震惊摇摆小二，升降系统在钻进过程中的作用①升降钻具与套管；②利用升降系统悬挂钻具，在减压状态下进行快速扫孔或钻进；③进行强力起拔，处理孔内事故，完成其他帮助或特种工作三，钻机的给进系统① 功用：调剂给进力②性能参数：给进力和起重才能，给进速度和提升速度，给进机构的功率第四章：水井钻机的特点（分水文地质（勘察）钻机和水井（施工）钻机）1．水井钻凿工艺的多样化，导致水井钻机类型的多样化和一台钻机的多功能性能2．水井钻机组成和结构复杂化，尺寸，重量较大3．配备大功率动力机4．水井钻机在回转性能方面都是低转速，大扭矩5．多采纳转盘或动力头回转器的形式6．车载或拖车，整体迁移第五章：一，工程钻机的特点与类型分工程地质勘察钻机和工程施工钻机件特点：（1）钻孔的深度较小；钻进目的不同，但有共同的施工条（2）钻进工作主要是在第四纪砂，土，卵砾石地层和风化，半风化基岩中钻进（3）工程钻孔往往以群孔形式在面积不大的施工现场密集分布（4）工程钻凿施工空间窄小，工作条件困难二，共同特点：⑴⑵⑶钻机具有多种功能，以适应不同地层钻进的需要；钻机多为整体安装，便于迁移；对环境的污染要小（噪音，振动，排污等）三，G-3 型钻机技术参数1.主要技术特性参数：钻孔直径钻杆直径Φ150/ Φ110Φ50，或Φ42钻孔深度钻塔高100m四，SH30 2 型钻机是一种回转，冲击两用的小型转盘钻机五，SH 30 型钻机具有结构简洁，机动敏捷，重量轻，易于搬迁，但没有加压机构，对硬岩成效不佳等特点；六，GPS 15 型钻机主机包括转盘，卷扬机组，钻塔，底座，机械传动系统和液压系统等第六章：一，钻凿工程对泵的要求及泵的作用（1）要求：1．流量（泵量） a. 可调剂 b. 稳固2．足够压头，以克服各种液流阻力3．泵中液力端的零部件的数量尽可能少，耐磨性高，便于修理更换4．泵体重量轻，体积小，解体性好5．种类多样化（2）作用：①供水②向孔内输送冲洗液，并能使其在孔内保持循环，达到洗③净化设备用④特殊工序二，泵的分类按工作原理分，有真空泵（也称容积泵）和压力泵按结构分，有往复泵，离心泵，螺杆泵和齿轮泵按通过介质分，有清水泵，泥浆泵和砂石泵按泵的放置的位置分，有地表泵，潜水泵和深井泵孔，冷却钻头目的三，简述往复泵的工作原理：工作原理：活塞自左向右移动时，泵缸内形成受挤压，压力增大，由排出阀排出；活塞自左向右移动时，泵缸内形成负压，就贮槽内液体经吸入电动往复泵阀进入泵缸内；当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力]增大，由排出阀排出；活塞往复一次，各吸入和排出一次液体，称为一个工作循环；这种泵称为单动泵；如活塞来回一次，各吸入和排出两次液体，称为双动泵；一端，称为一个冲程；第七章：一，钻塔的作用及类型活塞由一端移至另1.其作用是：安放和悬挂天车，游动滑车，大钩，提引器等以起下钻进设备和工具，起下和存放钻杆，起下套管柱2.按其结构特点分类：⑴⑵⑶⑷四脚钻塔三脚钻塔A 型钻塔桅杆第八章：一，各升降工序附属设备的作用：1.拧管机国内类型：机动，液动和电动三种（1）它是液压立轴式岩芯钻机的主要附属设备之一（2）功用：代替人力进行拧卸钻杆及钻具，以便使拧卸钻杆工序机械化2.夹持器分类：①钻杆和接头开切口型的一般扇形夹持器②钻杆和接头不开切口型的钻杆夹持器功用：在孔口夹持钻杆3.提引器：一般提引器（卡，卸过程全由人工操作）和半自动提引器功用：在升降钻具作业中卡住钻杆接头，以便起下钻具的工具4.水龙头功用：向钻具内输送高压冲洗液或抽吸泥浆结构：固定部分，旋转部分和密封部分依据其适用孔深，水龙头可分为浅孔用水龙头和深孔用水龙头两大类第九章：一，工程地质勘察钻进方法有：人力冲击和回转，机械冲击和回转，机械震击和机械螺旋回转和机械复合等钻进方法1.人力冲击和回转钻具组成：三脚架，简易绞车，平稳杆，钻头，钻杆，钢丝绳，滑轮等二，机械震击和机械螺旋回转钻具组成：1.冲击：卷扬机，冲击钻头卷扬机，吊锤（或花管），打筒2.回转：水接头，主动钻杆，钻杆，异径接头，岩心管，扩孔器，钻头，3.冲击钻进特点：（1）只能钻垂直孔，一般孔径大，孔深不太大（2）钻孔结构简洁（3）适用地层：1~10 级4.回转钻进特点：（1）可钻各方向孔，且孔径，孔深受限制少（2）依据岩性和要求，设计合理钻孔结构（3）钻孔质量简洁保证，取得原状土样（4）适用地层：1~12 级三，机械振动钻进钻具组合特点①岩样基本符合工程地质的要求，但不能作为原状土样②钻进深度和可钻岩土坚硬度受限制（1~3级可钻性，<30m，松软地层：砂土，粘土等）③ 纯钻时间率低（低于25%），钻头（探头）清理费工四，机械螺旋钻进1．钻具组合：螺旋钻头（单翼，双翼和三翼3 种类型）和螺旋钻杆2．特点（1）钻进效率高（2）低公害（无泥浆污染），低噪音（无振动），低成本（效率高）（3）不使用冲洗液（4）孔壁稳固（5）取样准时（扰动样）（6）螺旋钻进一般只能钻进松软岩层（无砾石和硬夹层）进困难；钻进所需功率大五，取土器的结构与类型1.由四部分组成：接头，余土管，取土管，管靴2.分类方法取土器可按不同分类方法，分为许多种：，在粘土层中钻（1）依据地层分类，见表9 1（2）以取土器下端是否封闭为依据分为：敞口式和封闭式（3）依据取土器上部封闭形式分为：球阀封闭式，活阀封闭式和活塞封闭式薄壁取土器和厚壁取土器依据取土器的壁厚分为：（4）3．分类几种常见的取土器：① 限制球阀式取土器② 上提橡皮垫活阀式取土器③ 回转压入式取土器④水压活塞式取土器⑤自由活塞式取土器⑥黄土层取土器4．取土器基本技术参数(2) 内间距比(C i) (3) 外间距比（C O）(4)面积比Ar(5)管靴刃(1) 直径口的形式及角度(6) 取土管的形式及长度六，原状土样的实行方法及影响因素1.原状土样的实行方法实行方法是指将取土器压入（吃进）土层中的方式及过程压入法：快速匀称，扰动小，软土中适用击入法：适用于较硬与坚硬土层中的取样回转压入法：坚硬土层或极软岩层中六，影响原状土样实行质量的因素取土器结构，技术参数和取土方法，钻孔垂直度，孔内残土，取土器切入土层的速度，合理的钻孔结构，钻进方法（回转与冲击不一样，最终一次进尺量），土样的封装，储存和运输七，压水试验对钻孔的要求1.压水试验对钻孔的要求①②③④钻孔要直，孔壁要光滑一样下好孔口管，封闭地表水影响冲洗液应使用清水，不得用泥浆清洗钻孔2.触探测试分动力触探和静力触探两类（1）圆锥动力触探原理是利用肯定的落锤重量，将标准尺寸的圆锥形探头打入土中，依据打入土中的难易程度（即贯入度）来判定土的性质动力触探分轻型，重型，超重型三种适用地层分别是A 轻型动力触探适用于一般粘性土，素填土，进行施工验槽B 重型动力触探适用于中砂，粗砂，砾砂，圆砾和碎石土C 超重型动力触探适用于密实的碎（卵）石土 3.标准贯入试验（标贯）试验方法① 先钻进到需要进行标准贯入试验的土层，清孔后换用标准贯入器，并 测量钻孔深度尺寸② 安装并下入钻具，试验（ 15cm+30cm ） ③ 拔出贯入器，取出土样进行土层描述记录第十章：一，水井钻的成井工艺的内容及目的.水井钻的成井工艺包括： 钻孔钻进终止后的冲孔换浆， 止水，洗井和试抽等工艺过程 成井工艺的目的：安装井管， 填砾， .. . . ① ② ③ 稳固孔壁 疏通含水层下井管（按作用分井壁管，滤水管，沉淀管） 封闭或隔离非目的层（含水层） 二，对滤水管的功用，要求及其类型. . . . . . . . . 1，功用及要求功用：固井，滤水，阻砂 要求：① ② ③ ④ ⑤ 最大的进水面积，以削减地下水经过它时的阻力 足够大的机械强度 耐腐蚀，不污染水源 滤水挡砂才能要强 安装便利，成本低廉以及取材简洁 2.类型（ 1） 骨架式滤水管（ 2）缠丝滤水管（ 3）包网滤水管（ 4）砾石滤水管 （ 5）贴砾滤水管（ 6）玻璃钢滤水（ 7）塑料滤水管 3．骨架式滤水管（1）骨架式滤水管是一种结构最简洁的滤水管，在各种材料的井管上采 用钻孔，模压，焊割，铣切等方法，加工有圆孔或条缝作为进水通路 （2）骨架式滤水管三种型式： . . ① 圆孔滤水管② 4．缠丝滤水管条缝式滤水管③ 筋条滤水管 . 即在骨架式滤水管外缠以金属丝而成 5．包网滤水管包网滤水管制作方法与缠丝滤水管采纳的骨架相同，只是外表不缠 丝而包以过滤网而成6．砾石滤水管 即以上面三种为骨架管，在其外充填砾石而成，可分为地面预制的和 地下填砾两大类 7．贴砾滤水管贴砾滤水管简称贴砾管，是在骨架管外将砾料，粘合剂，石膏等物 质，按肯定比例在模具里加压，固化而成；具有透水性能好，挡砂 牢靠，使用便利，成本低，并可缩小井径，简化成井工艺等特点.... . .8．玻璃钢滤水管采纳热固性树脂浸渍玻璃纤维机械缠绕一次成型9．塑料滤水管三，井管安装安装方法；. . . . . . . .安装井管1．安装前的预备工作①②③④组织动员校正井深探井检查起重设备，工具和管材2．井管安放方法将井管安放入井内的方法，应依据成井的深度，井管的材质，起重设备的才能等挑选确定包括：（1）机械提吊安装法（2）采纳浮板安装法（3）托盘安装法①钢丝绳托盘法②钻杆托盘法......四，填砾1．填砾目的. . . . .（1）滤水管四周进行人工围填砾料（2）形成人工过滤层（3）增大滤水管及其四周的有效孔隙率（4）削减进水时水头缺失和稳固过滤层结构（5）增大水井的出水量和延长水井的使用年限2 填砾方法. . .①②③静水填砾法抽水填砾法钻杆泵入法——浅井填砾——中深井填砾——深井填砾3 填砾厚度，高度，砾料量估算a 填砾厚度：我国水文地质钻凿水井规定b 填砾高度开采单个含水层：填砾高度高出含水层75~100mm8-10 米开采两个相邻含水层：最上一个含水层顶部高出值为两层间填砾高度：相距≤15 米，4/5 填入与下层相同砾料，层相同砾料8-10 米1/5 填入与上相距>15 米，下段取12 米，上段取 3 米填入各自相同砾料，其余孔段填入不合规格的砾石，防止孔段坍塌c 估算填砾量142(D 2d ) L KQQ------需要砾料数量D------井径d------井内滤水管的外径L-------填砾井段长度（75-100mm）K------超径，下沉系数，一般练习题下图示为ZK4钻孔地层剖面图，孔深为45 米，一径成井，成孔直径为430，采纳填砾滤水管，要求只对基岩上的含水层（砂砾层）进行开采使用；试设计：1．填砾厚度和高度；168，219，273，325，380）2．挑选滤水管直径；（供挑选的有：4303．估算填砾量；ZK4表土5m粘土20m430砂砾层15m岩层5m3．估算填砾量；五，止水和洗井的目的及其方法1.止水的目的及其方法a 目的：①在水文地质钻孔中是为了获得不同层位水文地质资料②供水井中，为了取得永久性，稳固的，优质，高产的涌水量b 止水方法：①暂时止水（海带，桐油石灰，橡胶制品））②永久止水（粘土，水泥2.洗井的目的及其方法a 目的；松开滤水管四周的砂1.清除任何钻进方法所不行防止的“泥皮影响”层，使其复原失去的孔隙率2 洗去含水层中的泥土，细砂，提高水井邻近含水层的渗透率在滤水管四周形成渗透性由高变低的自然的圆环带b 洗井基本原理利用水在滤水管通向含水层部位产生反复流淌，即让水从滤水孔中流进流出，达到疏通水路目的C．洗井的方法①②③活塞洗井振荡洗井二氧化碳洗井第十一章：一，护壁泥浆的作用：携沙，护壁，冷却和润滑，其中护壁作用为最重要；钻孔灌注桩的定义：二，钻孔灌注桩的定义1. 钻孔灌注桩（简称钻孔桩）是用钻（冲或抓）孔机械在岩土先钻成桩孔，然后在孔内放入钢筋笼并灌注混凝土而筑成的深基础，用以将结构物的荷载传递到远比结构物使用部分为低的持力层2. 与预制桩，沉管灌注桩和碎石桩相区分3. 如桩孔底部仍可使之扩大，形成一种所谓“扩底桩”三，钻孔桩的施工次序及施工前预备工作中1钻孔桩的施工次序主要包括：钻进成孔，清孔，下钢筋笼，下导管，灌注混凝土见课本图11-7 及图11-82.钻孔桩施工前的预备工作a 整理施工现场b 施工平面图c 埋设护筒d 预备泥浆 f 绘制工艺流程图（即前述的图11-7 或图11-8）g.其它（如：试成孔，试成桩方案；保证工程质量，安全生产的技术措施等）3.护筒作用：固定桩位，并作钻孔导向；爱护孔口，防止孔口土层坍塌；隔离地表水，并保持钻孔内水位高出施工现场水面以稳固孔壁四，清孔的目的和要求1，目的：抽，换孔内泥浆，清除钻渣和沉淀物，尽量削减孔底沉淀层厚度，防止桩底存留过厚沉淀砂土而降低桩的承载力；清孔对于保证灌注混凝土的质量，防止发生断桩事故也是有利的2，要求：(1) 摩擦桩孔底沉淤厚度：中，小型桩≦，大型桩≦30cm泥浆性能指标：含砂量为4~10%，比重为，粘度为18~20s浇注砼前，孔底粘度≦28s 500mm以内的泥浆比重≦ 1.25 ，含砂率≦8%，(2) 端承桩：沉淤厚度≦5cm，泥浆含砂量≦4%摩擦端承桩和端承摩擦桩孔底沉渣厚度≦五，清孔方法:(1) 抽浆清孔法①泵吸反循环法10cm②(2)(3) 空压机清孔（又叫压风机清孔）换浆清孔，即正循环清孔掏渣筒清孔六，.泥浆的循环系统主要包括：制浆池，泥浆池，沉淀池和环槽等（即“三池一槽”）；七，如何保证钢筋笼爱护层钢筋笼的爱护层垫块厚度水上≥30mm，水下≥50mm，不少于两组，采用混凝土预制块或钢筋“耳朵”方法八，混凝土配制与灌注的一般要求1．桩身混凝土在28 天龄期后应达到设计要求2．砼的配制应满意以下要求：（1）砼协作比符合设计强度要求（2）砼的坍落度：水下灌注为20±2cm；干作业灌注为8~10cm；沉管成孔灌注为6~8cm（3）砼具有良好的和易性（4）砼具有良好的粘结性和保水性4．灌注充盈系数：5．填写混凝土灌注施工记录，绘制有关图表曲线九，水下砼的灌注机具种类及其作用，1．水下混凝土的灌注机具a．导管壁厚要求4~5mm，它的直径依详细情形而定b．漏斗和储料斗储料斗有两个作用：一是灌注混凝土时储放足够数量的混凝土，满意初存量的要求，保证导管一次性埋入砼面以下拌匀称后混凝土送入漏斗c．隔水塞以上；二是将搅可采纳硬塞，或软塞，球塞或带有导向装置板塞作用：在砼开头灌注时起隔水作用，保证初灌的混凝土质量d．搅拌机2. 对初灌量有何要求；漏斗内砼的初灌注量必需满意初灌时导管底部一次性埋入砼中～；（埋管高度）十．水下灌注混凝土基本工序及留意事项1 混凝土灌注分干孔灌注和水下灌注2 水下灌注基本工序：①接导管柱②接漏斗③吊隔水塞④漏斗内倒入砼⑤剪铁丝⑥由储料斗倒砼入漏斗⑦上拔导管柱⑧卸漏斗和一节或如干节导管⑨再接漏斗重复⑥~⑧⑩终止3，混凝土的水下灌注应特殊留意：（1）．导管下口与孔底（或沉淀层顶面）的间距以能放出隔水塞和混凝土为原就，一般为30~40cm（2）．砼的水灰比为0.5~0.6 ，含砂率30~40%，适当掺入一些细砂；灌注开头后，应紧凑地，连续地进行，严禁中途停工（3）．准时提升导管，并保证提升后的导管埋入混凝土内的深度不小于米（平常一般埋深为2~6m）；提升导管不行过猛（4）．灌注的桩顶标高应比设计值预加肯定的高度（一般不小于范畴内的浮浆和混凝土应凿除，以确保桩顶砼的质量十一，1，关于扩底桩要素的确定（1）扩底率（D/d）不是越大越好；日本米），此20 余种钻扩机的扩底率一般在D/d=2 左右，最大不宜大于3（2）一般规律是桩身直径（3）扩底角一般为与桩端应力场的分布状态有关十二，地下连续墙1，地下连续墙的概念及施工工序a 概念：d 越大，扩底率可以越大~13 之间，太大影响桩孔稳固，也地下连续墙是利用肯定的设备和机具，在泥浆护壁的条件下向地下钻挖一段狭长的深槽，在槽内吊放入钢筋笼（钢筋骨架），然后灌注混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙段，再把每一墙段逐个连接起来形成一道连续的地下墙壁；（墙厚：40~120cm）b 施工工序：施工内容包括：预备工作，成槽工作和成墙工作地下连续墙的施工流程:（1）利用专用挖槽机或钻机进行挖槽（2）槽的两端放下接头管（3）将已加工好的钢筋笼下沉到槽内设计高度（4）下入导管，灌筑混凝土（5）拔出接头管，挖掘其次槽段2，槽段划分原就槽段划分就是确定单元槽段的长度；槽段愈长接头数愈少，防渗和整体受力的性能也愈好（每一槽段长度一般为2~8m ）十三，导墙施工1 导墙是建造地下连续墙必不行少的构筑物（1）导墙的作用与形式作用：a. 导向作用b. 挡土作用c. 重物支承台的作用d. 维护稳固液面的作用 e. 导墙内的空间可作为稳固液的暂时贮藏槽形式：导墙通常采纳预制或现浇钢筋混凝土制成，墙形，L 形，倒L 形，[字形第十二章：一，灌浆锚杆的定义和组成其主要有四种形式：板1，灌浆锚杆——是用水泥砂浆将一组钢拉杆锚固在伸向地层内部的钻孔中，并在外端承担拉力的圆柱状锚体；2，由锚头，拉杆，锚固体等组成二，土层锚杆的施工工序。
钻探工程基本概念
02
封孔及封孔质量
不同地质条件下的封孔要求
封孔及封孔质量
矿层不厚或矿层与矿层、矿层与含水层较近时，可一并封闭； 需要进行地下水动态观测或对农田灌溉有利的钻孔，可暂不封闭。但对矿床充水有严重影响的钻孔，必须封闭； 孔壁严重坍塌或孔内有遗留物堵塞，无法处理时，可以只封上述部位以上的孔段。 封孔后必须在孔口中心处设立水泥标志桩(用水泥固定)。机长将《钻孔封孔设计和封孔记录表》送交地质、探矿部门存档。 根据需要，经地质与探矿部门共同研究，可选择少量钻孔进行封孔质量检查。
孔深经修正后即为达到指标要求。
孔深误差的测量与校正
01
要在现场用钢笔及时填写，要真实准确；
02
交接班班长和机长要亲笔签字,不得代签；
03
要整洁，终孔后装订成册。
原始班报表
要有封孔通知书和封孔设计书；
1
水泥封孔要用325号以上未过期的水泥，水灰比要符合设计要求；
2
每封完一层要在封孔段顶部位置取水泥浆样证实；
在地下水自流钻孔中，可根据水文地质的要求接高孔口管或安装水压表测量水头高度和涌水量。
钻进过程中遇到涌水、漏水、涌砂、掉块、坍塌、缩径、逸气、裂隙、溶洞及钻具掉落等异常现象时，应及时记录其深度。
孔内发现热水，应测量孔口水温及井温。
简易水文观测
每钻进100米、进出矿层时(矿层厚度小于5米时，只测量一次)。绳索取心钻进时因提钻长度不等，可参照上述要求及时进行测量； 经地质编录人员确认的重要构造位置及划分地质时代的层位； 下套管前和终孔后。
道路确定。井位确定后，对沿途路线、高压电线、通讯等沿线线路和桥涵做现场调研，做出是否能保证拉运设备的车辆安全通过的结论，如有电线低、桥涵负荷不了的情况，现场确定升线改路等可行性方案。用车辆里程表测定各段的里程，绘制路线图做出里程标识和拐弯标识。
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1《岩土钻掘工程学》第三章钻机与泵第二节－>第三单元立轴式钻机的升降机立轴式钻机的升降机升降机的功用是升降钻具、套管和悬挂钻具、在处理事故时进行强力起拔等。
升降机的主要组成部分包括传动机构、卷筒和制动器。
为增强深孔制动器的效能，下降制动器带有水冷装置或水刹车装置。
几乎所有现代钻机均采用行星传动式升降机。
按照传动原理，行星式升降机有两种类型，即定轴轮系传动型和行星轮系传动型。
定轴轮系传动升降机的结构如图3-6所示。
卷筒与内齿圈固定连接，提升靠内齿圈带动。
其工作原理如下：(1) 提升钻具刹紧提升抱闸8，同时松开制动抱闸9。
行星轮5及其轴4不能绕升降机轴1公转。
在角速度为ωa的中心轮带动下，行星轮绕自身轴以ωg自转，并带动内齿圈以ωb转动，缠绕钢绳，提升钻具［图3-6(a)］。
提升时，定轴轮系行星式升降机的传动比为(3-1)式中：Zb、Za--分别为内齿圈与中心轮齿数；"-"号--转向相反。
图3-6 定轴轮系行星式升降机结构示意图1-升降机轴；2-升降机传动齿轮；3-中心轮Za；4-行星轮轴；5-行星轮Zg；6-内齿圈Zb；7-卷筒；8-提升抱闸；9-制动抱闸；10-行星架(2) 制动钻具抱闸9刹住下降制动盘，同时松开抱闸8。
因卷筒与内齿圈被闸住不转，钻具停止升降。
此时行星轮自转又公转［图3-6(b)］。
(3) 下降钻具两抱闸均松开，在钻具自重作用下钻具下降［图3-6(c)］。
(4) 微动升降（ωb、ωH可控）即慢速控制升降工况。
若松开提升抱闸8，控制制动抱闸9，钻具会出现下降、停止和慢速下降运动状况；若松开制动抱闸9，控制提升抱闸8，行星轮出现三种运动状态，即钻具提升、停止（不稳定）和下降运动状况。
因此，行星式升降机能够并允许微动升降操作，两抱闸只要不同时刹死，两者制紧程度配合得当，微控升降操作就会得心应手。
XY-4型钻机的升降机（图3-7）属于定轴轮系传动行星式升降机。
升降机由卷筒、行星传动机构、水冷装置及抱闸组成。
升降机轴19右端的花键部插入分动箱的轴齿轮的花键中；升降机轴19的左端通过水套轴8、单列向心球轴承11、支架13等支承在支架上；轴左端头是四方轴头，作为人力传动升降机轴用；卷筒用两盘313型轴承16、36支承在升降机轴19上。
行星传动机构由中心齿轮24、游星齿轮32、内齿圈20等组成。
中心齿轮以花键连接装在轴19的右侧。
行星齿轮用两盘207型轴承30装在行星轮轴29上，行星齿轮共三组，均布安装在左右支架27上；行星轮轴的左右支架分别用一盘313型轴承36和两盘111型轴承26支承在升降机轴上；右支架27外侧用平键28与提升制动盘34联结，并用螺钉将端盖23固紧在支架右侧，防止提升制动盘外串，两个支架用3个均布的螺栓连接成一体。
水冷装置由水套轴8、引水环9、压盖10、水管3及制动盘水套等组成。
图3-7 XY4型升降机1-制动抱闸；2-水管接头；3-水管；4-接头式压注油杯；5-骨架橡胶油封；6-档板；7-堵丝；8-水套轴；9-引水环；10-压盖；11-单列向心球轴承；12-水管接头；13-支架；14-内螺纹圆柱锁；15-骨架式橡胶油封；16-单列向心球轴承；17-孔用弹性挡圈；18-卷筒；19-升降机轴；20-内齿圈；21-密封盖；22-直通式压注油杯；23-端盖；24-中心齿轮；25-毡封油圈；26-单列向心球轴承；27-游星轮支架；28-平键；29-游星轮轴；30-单列向心球轴承；31-孔用弹性挡圈；32-游星齿轮；33-骑缝螺丝；34-提升制圈；35-提升抱闸；36-单列向心球轴承1. 动力机类型的选择1.1 钻机负载特性及其对动力机的要求回转器带动钻具回转并刻取岩石，其所需的功率、转速随孔深和所钻岩石的不同而变化；升降机起下钻作业时，钻杆柱质量不仅随孔深而变化，而且在提升过程中经常有可能出现"提升遇阻"，甚至是强力起拔的情况，因此要求驱动动力机具有良好的调速性能及一定的超载能力。
此外，钻机流动性大，还要求动力机使用和维修方便、经济，单位马力质量小，便于搬迁。
1.2 动力机的特性立轴式钻机一般采用交流电动机和柴油机驱动，有的使用直流电动机。
三相交流感应电动机在额定转矩时，其调速范围很小，而超载系数较大。
由于感应电动机使用方便，调速性能可用变速箱来改善，因此几乎在有电力供应的地区均采用交流电机驱动。
柴油机的超载系数不大。
虽然其调速范围略大于交流电动机，但是其输出功率与转速成正比，降低转速将使功率降低，不能产生增大扭矩的效果。
显然柴油机的工作特性与钻机的适应性较差。
大型柴油机可配备液力偶合器或液力变矩器以改善其输出特性。
用于钻探设备的直流电机，通常是以串激为主的复激直流电机。
直流电机驱动有许多优点，超载系数和调速系数较大。
但因直流电机笨重、结构复杂，在中小型钻探设备中尚未应用。
2. 钻机所需功率立轴式钻机基本是采用单独驱动方案。
钻机所需功率，根据钻进与提升时所需的功率确定。
中、浅孔时按两者中的大值计算功率；深孔时则按提升功率确定。
2.1 钻进时钻机所需功率Nzj：Nzj=N1+N2+N3 (kW) （3-3）式中：N1--破碎孔底岩石与克服摩擦所需功率，kW；N2--回转钻杆柱所需功率，kW；N3--钻机传动损失的功率，kW。
N1、N2、和N3的计算式请查阅有关文献。
2.2 提升时钻机所需功率Nts：(kW) (3-4)式中：Qd--大钩载荷，N；Vd--大钩提升速度，m/s；ηz--钻机传动效率，取0.85。
2交流变频调速钻机的节能潜力桂暖银刘宝林王小刚摘要：以XY-4型地质钻机为例，对常规异步电机驱动和交流变频调速驱动时的钻机能耗进行对比分析，结果表明：后者能耗明显小于前者，证明钻机采用交流变频调速动力系统有显著的节能效果，为提高钻机性能、降低钻探成本提供了一个新的技术途径。
关键词：钻机；变频调速；负载特性；节能；钻探成本中图分类号：P634.3+1文献标识码：A文章编号：1000-3746(2 000)01-0013-03Potential Economizing Energy on AC Frequency Conversion Drill GU I Nuan-yin，LIU Bao-lin，WANG Xiao-gang(China University of Geo-sciences, Beijing, 100083, China)Abstract：Taking XY-4 geological drill as example, comparing e nergy consumption of drill driven by conventional asynchronous motor with that driven by AC freque ncy conversion motor shows that the latter's is obvious lower than the former's. This demonstrates that economizing energy effect of drill driven by AC frequenc y conversion power system is obvious. A new technical way for improving performa nce of drill and decreasing drilling cost is provided.Key words：drill; speed adjusting by frequency conversion; loa d characteristic; economizing energy; drilling cost我国地质钻机的动力系统一直以异步电机加变速箱的简单驱动方式为主，其输出端只能由变速箱实现有限的几挡变速，不仅对钻探工作不利［1］，其额外电能损耗也是比较严重的。
这是由于：电机本身不能调速，即不具有调速节能功能；其输入端直接连到电网，对电网性能又会产生不良影响，因为异步电机本身属感性负载，在钻探过程中有时处于轻载或空载运行状态，功率因数很低，无功功耗较大，这会使电网性能变差，无功功率在电网上流动又会产生有功电能损耗。
电动机功率越大，对电网的不良影响也越大。
因此一般需在电网侧加装无功功率补偿装置来提高功率因数，减少电能损耗。
在我国钻探领域，对钻机的节能问题一直未引起足够的重视，这主要是由于技术方面的原因。
随着电动机调速技术，特别是变频调速技术的发展并走向成熟，使钻机节能运行成为可能。
由于能源价格的上涨，能耗在钻井每米成本上的比例也越来越大，已是不争的事实。
但钻机节能幅度和潜力到底有多大？钻机节能运行能否成为降低钻探成本的重要技术手段之一？这些问题已引起钻探界专家的关注，急待解决。
1 动力系统的节能原理对可变负载实现调速，是电动机运行中最重要的一个节能措施。
在电动机拖动机械负载运行时，通过电动机调速实现节能的效果，与负载的机械特性有密切的关系。
负载按机械特性，大体可分为2大类，即恒转矩特性和风机类负载特性。
对于恒转矩特性负载，负载转矩为一定，负载功率与转速成正比。
即当转速调低时，负载功率也随之降低。
而电网供给电动机的功率是否降低则取决于调速方式。
当采用变频调速时，在不同的转速下，总能保持较小的转差率，故转差功率较小，随着转速调低，机械功率降低，电磁功率也降低，由电网输给电动机的功率也减小，所以采用这种调速方式就能够节能。
但当采用调转差率调速，转速调低时，转差率增大，转差功率也随之增大，尽管机械功率随转速降低在减小，而电磁功率基本不变，由电网输入的功率也就不能减小。
所以这种调速基本上起不到节能作用。
这说明采用高效调速方法可以节能，采用低效调速方法时(除串级调速外)则不能节能。
对于风机类机械负载，由于负载转矩与转速的平方成正比，轴上功率与转速的3次方成比例。
对这类负载，采用高效调速方法和采用低效调速方法都可以节能，当然高效调速方法比低效调速方法节能更多。
低效调速节能的原因是：风机类负载转速调低时，轴功率转速3次方迅速降低，而电磁功率则随转速2次方降低，因而由电网输入的功率也就减小了。
当采用高效高速时，随着转速的降低，除电磁功率照样与转速2次方成正比地降低，还可回收转子的转差功率，所以由电网输入的功率又比低效方式有显著降低。
钻进过程是钻探工作的主体，钻进时钻柱回转的负载转矩与转速的0.5～0.91次方成正比［2］，它具有介于恒转矩与风机类负载之间的负载特性。
其调速节能的效果，可根据上述2种特性负载的节能效果综合分析。
2 交流变频调速钻机的节能估算本文以目前广泛使用的常规地质钻机XY－4型(30 kW异步电机)为例，分析常规驱动和用变频驱动2种情况下的电网额外功率消耗，由此可估算出交流变频调速的节能效果和可能的节能潜力。