摘要：破岩滚刀是钻井法施工中最为关键部件，其结构设计、材质选用直接影响钻进效率，以往我们只重视滚刀刀刃选材，对滚刀锥度很少研究分析，从滚刀自身锥度上讲，目前市面上也只有6°和20°两种形式滚刀，6°滚刀常用矿山大直径滚刀钻头上，20°滚刀常用于桥梁灌注桩施工滚刀钻头上，其实不论是矿山大直径钻头还是是桥梁桩基小直径钻头单纯采用6°或20°两种形式滚刀都是不科学的，将都会出现超顶或缩顶现象，本文提出的系列化标准化加工滚刀和选用滚刀，这将避免刀具布置出现超顶或缩顶，使每圈每把滚刀都处于最佳工作状态，大大提高滚刀、刀座使用寿命，大大提高钻进施工效率。
关键词：滚刀钻头；滚刀结构设计；超顶和缩顶；降低刀具事故率；快速破岩
一、概述
随着我国经济发展，桥梁工程逐渐从陆地、内河走向海洋，而且直径也越来越大，对桥梁灌注桩成孔时间要求越来越短，如何提高钻孔灌注桩尤其是大直径硬岩桩的施工效率成了目前钻孔施工行业共同探索和为之奋斗的目标；随着近几年机加工能力的提升，大功率钻机相继问世，高强度钻杆的应用，滚刀刀齿的更新，在一定成度上对钻进施工效率有了一定提高，但未达到目前社会经济发展速度要求，刀具使用寿命短、刀座受力不好，造成滚刀断轴、断齿，刀座断爪现象屡见不鲜，在很大成度上制约我们钻机能力发挥、缩短纯钻进时间，既加大安全分险又限制钻进效率，给企业带来经济损失，对行业发展也是一个瓶颈。滚刀自身结构设计系列化标准化正是解决上述问题的根本。
二、原滚刀结构在钻孔施工中出现的超顶和缩顶现象
1、6°或20°两种锥度形式滚刀在钻头上状态分析
现以桥梁灌注桩和矿山井筒钻井法施工滚刀钻头常采用的12″滚刀钻头为类来分析，目前12″滚刀按滚刀锥度分类，有6°或20°两种锥度形式滚刀，6°滚刀最初用于矿山大直径滚刀钻头上，现在也有大直径桥梁灌注桩施工滚刀钻头采用，20°滚刀是桥梁灌注桩施工滚刀钻头最常用一种形式滚刀。单纯这两种滚刀不管应用在多大直径钻头上，其实都是不科学不合理的，详见下图
20°滚刀在钻头上布置状态图
6°滚刀在钻头上布置状态图
从上两张图可以看出20°滚刀外齿只有回转半径921mm位置时是整个滚刀最科学合理状态，处于纯滚动状态下工作，＜921mm就处于超顶状态，＞921mm又处于缩顶状态；6°滚刀外齿只有回转半径3263mm位置时是整个滚刀最科学合理状态，处于纯滚动状态下工作，＜3263mm就处于超顶状态，＞3263mm又处于缩顶状态。
也就是说如果目前桥梁桩基钻头若采用20°滚刀来布置，只有一圈刀接近或处于最佳状态（理想状态）其余各圈刀不是超顶就是缩顶，都处于不利状态；若目前桥梁桩基钻头若采用6°滚刀来布置，所有滚刀都处于超顶状态，这都是滚刀不利状态。
2、滚刀理想状态、超顶状态和缩顶状态分析
滚刀在理想状态，滚刀里圈和外圈滚动一圈所用时间相同，整个滚刀处于纯滚动状态。
滚刀在超顶和缩顶状态下，滚刀里圈和外圈滚动一圈所用时间不相同，整个滚刀处于滚动和滑移复合状态，这对于硬岩施工很是不利，一、是极易造成滚刀刀齿磨损，二、是易导致滚刀断轴，三、是刀座受力不好，易出现断刀座现象，四、是会造成憋钻现象，损伤钻杆，五、是影响钻机能力发挥。由于这些因素影响，最终导致影响钻进效率、材料费增加、安全分险加大、经济效益差、行业间竞争力差等诸多不利。
三、滚刀系列化、标准化设计实施分析
1、滚刀滚刀系列化、标准化设计方案
滚刀标系列化、标准化设计思路就是不论钻头直径多大，要让布置在其上的每一圈每一把刀都要处于理想状态下工作，这就要求滚刀在制作时按所处回转半径不同对其自身锥度进行调节，形成一套系列化、标准化滚刀，以12″滚刀为例从里往外随钻头直径加大分别为正刀1圈、正刀2圈、正刀3圈、正刀4圈……正刀n圈，如下表、图
2、可行性
滚刀系列化、标准化后，只是首次加工时对开几个模具，不会影响整个加工成本和难度，在以后使用中对号入座，坏哪圈就更换那圈就可以，不会给制造和使用带来麻烦。
四、预期效果
1、大大缓解滚刀齿磨损；
2、改善滚刀轴和刀座受力、可以减少或避免断轴和断刀座事故发生；
3、缓解硬岩施工憋钻现象，又利于进尺和保护钻杆；
4、有利于钻机能力发挥，加大钻压和提高转数，进而提高钻进效率；
5、克服频繁起下钻具检修钻头，提高纯钻进时间；
6、节省滚刀费、人工费、机械使用费、电费等，节约施工成本，创造更多效益；
7、提高钻井法施工社会效应，有利于本行业发展和其它行业竞争能力，争取更大市场。
五、结束语
通过对滚刀结构合理设计形成系列化、标准化产品，即提高了钻进效率，使企业获得好的收益；同时也赢得市场，为企业生存和发展奠定基础同时也促进了钻井法施工行业的发展。
参考文献：
[1]崔云龙.简明建井工程手册 煤炭工业出版社 2000.1
[2]张永成.钻井施工手册 煤炭工业出版社 2010.8
[3]成大先.机械设计手册 化学工业出版社 2002.1
论文作者:赵伟峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/29
标签：钻头论文; 状态论文; 直径论文; 锥度论文; 桥梁论文; 效率论文; 钻机论文; 《基层建设》2019年第16期论文;