[發明專利]一種地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率計算方法

在審

• 申請號: 202010106265.5
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111310112A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 代國忠;史貴才;李雄威;黃小紅;李書進;施維成
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G06F17/12
• 分類號: G06F17/12;G06F17/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 王昊

1.一種地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率計算方法，其特征在于所述地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率是指輸土功率、碎巖功率和電機空載功率的和，所述輸土功率包括螺旋鉆具與孔壁的摩擦功率，所述地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率的計算公式為：式中，N為長螺旋鉆進總功率，單位：kW；k為與長螺旋鉆進土層含水條件有關的系數，對于含水地層0.53≤k≤0.55，對于非含水地層0.55≤k≤0.57，采用空氣吹洗鉆進，0.52≤k≤0.53；X為鉆孔軸線方向實際深度，單位：m；P為鉆進時螺旋鉆具軸向鉆壓值，單位：kN；n為螺旋鉆具轉速，單位：r/min，鉆進時應大于臨界轉速n₀；β為鉆孔軸線傾斜角度，水平孔取β＝1°；R₀為螺旋鉆桿葉片一半處半徑尺寸，單位：cm；σ_c為鉆進土層的無側限抗壓強度，單位：MPa；α₀為螺旋葉片外緣螺旋上升角，單位：度；γ為鉆進時螺旋葉片上的鉆屑絕對速度分量與水平面的夾角，單位：度，ψ為鉆屑松散系數，取ψ＝0.26，h為鉆頭轉一圈的鉆進深度，單位：cm；R為螺旋鉆桿葉片外側半徑，單位：cm；ω₀為鉆具回轉臨界角速度，單位rad/s，n₀為斜孔長螺旋鉆進的臨界轉速，即正常鉆進的最低轉速，單位：r/min。

2.根據權利要求1所述的一種地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率計算方法，其特征在于：鉆進時螺旋葉片上的巖屑沿螺旋面上升的條件是孔壁對巖屑碎塊的摩擦力在螺旋面上的分力應大于等于鉆屑自重的分力和鉆屑與螺旋面的摩擦阻力之和，可得出斜孔長螺旋鉆進的臨界轉速，即正常鉆進的最低轉速的計算公式為：式中，n₀為斜孔長螺旋鉆進的臨界轉速，即正常鉆進的最低轉速，單位：r/min；f₁為鉆屑與螺旋面間的摩擦系數，取0.4≤f₁≤0.7，土粒越粗糙f₁取值越高；θ₁為螺旋面與水平面的夾角，θ₁＝α₀+(90°-β)，單位：度；R為螺旋鉆桿葉片外側半徑，單位：cm；f₂為螺旋葉片間的鉆屑與孔壁間的摩擦角，取0.4≤f₂≤0.6。

3.根據權利要求2所述的一種地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率計算方法，其特征在于地下工程斜孔長螺旋鉆進時，螺旋鉆具轉速n＝(1.1～1.3)n₀。

4.根據權利要求1、2或3所述的一種地下工程斜孔長螺旋鉆進總功率計算方法，其特征在于當螺旋鉆具轉速n不能達到臨界轉速n₀時，通過回轉同時提拉鉆具帶出鉆屑，每上提0.5～1.5m，降低功率消耗0.5～1.8kW；或者采用空氣吹洗或送水循環螺旋鉆進。