地質(zhì)鉆探的幾種鉆進(jìn)方法

李萬(wàn)鵬

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊(duì)，黑龍江 七臺(tái)河 154600）

地質(zhì)鉆探的目的是為了鑒別鉆進(jìn)地質(zhì)的巖層的性質(zhì)，確定埋藏的深度和厚度，進(jìn)行地質(zhì)試驗(yàn)的試樣，查明鉆進(jìn)范圍內(nèi)的水文地質(zhì)情況。

1 機(jī)械沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

鉆探設(shè)備型號(hào)有很多種，代表性型號(hào)有Q J D-50，S H-2，G-2 A，G J D-2（見(jiàn)表 1）

表1 工程地質(zhì)鉆機(jī)

2 振動(dòng)鉆進(jìn)

利用偏心重錘在旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力產(chǎn)生的振動(dòng)，帶動(dòng)鉆桿和鉆頭，使周圍巖石也發(fā)生振動(dòng)，降低巖層或土壤的強(qiáng)度。鉆頭在振動(dòng)力和鉆具、振動(dòng)器自重作用下，吃入巖土層，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。該類振動(dòng)分為圓周振動(dòng)和定向振動(dòng)，振動(dòng)頻率一般為1200~2500次/mi n,振動(dòng)頻率小，效率就低。振動(dòng)力應(yīng)足夠大，但不應(yīng)超過(guò)設(shè)備和鉆具的允許值，鉆桿直徑為50 mm時(shí)，雙軸雙輪振動(dòng)器的最大允許振動(dòng)力為6000~6500 k g f（l g f-9.8 N），單軸振動(dòng)器最大允許振動(dòng)力為4500~5000 k g f（l k g f-9.8 N）,超過(guò)允許值則易發(fā)生鉆桿折斷事故。在土層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆速可達(dá)2 m/mi n以上，鉆進(jìn)效率較人力鉆進(jìn)提高3~4倍，而單位進(jìn)尺的成本僅為人力鉆進(jìn)的1/8~1/10。鉆進(jìn)方法如圖1所示。

2.1 振動(dòng)器

振動(dòng)器類型有普通式振動(dòng)器、帶彈簧加重物的振動(dòng)器、振動(dòng)錘等。地質(zhì)鉆探常用的振動(dòng)器為普通雙軸雙輪振動(dòng)器和振動(dòng)錘。普通雙軸雙輪振動(dòng)器：振動(dòng)器所有零件均裝在殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)偏心輪產(chǎn)生的離心力通過(guò)外殼和接頭傳給鉆具。工作時(shí)，最大振動(dòng)力要比孔內(nèi)鉆具重量大20%~30%。鉆具的質(zhì)量隨著鉆孔的深度而增加，所以，振動(dòng)力也應(yīng)增大。通過(guò)振動(dòng)器偏心輪的質(zhì)量、偏心距、轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)凋節(jié)振動(dòng)力的大小，一般的方法是改變偏心輪轉(zhuǎn)數(shù)和質(zhì)量。直流電動(dòng)機(jī)用于改變轉(zhuǎn)數(shù)，增加或減少偏心輪孔眼上的固定物，改變偏心輪的質(zhì)量和偏心距。電動(dòng)機(jī)和振動(dòng)器一起振動(dòng)，電動(dòng)機(jī)要承受動(dòng)負(fù)荷，因此，一般把電動(dòng)機(jī)不直接安裝在振動(dòng)器上，而用彈簧隔開(kāi)。由于彈簧的緩沖作用，減弱電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。

振動(dòng)錘：它由電動(dòng)機(jī)、振動(dòng)器、彈簧、沖頭、砧子和接頭等組成。特點(diǎn)是振動(dòng)器與鉆具分離。在振動(dòng)力的作用下，振動(dòng)器產(chǎn)生振動(dòng)，沖頭沖擊砧子，并拉長(zhǎng)彈簧。變形的彈簧復(fù)原，引起沖擊器上跳，產(chǎn)生向上的振動(dòng)力，沖頭不接觸砧子。由于振動(dòng)錘具有振動(dòng)和沖擊雙重作用，鉆進(jìn)效率較高，適用于在致密土壤中鉆進(jìn)。

2.2 鉆進(jìn)工藝

振動(dòng)鉆進(jìn)適用于在砂、亞砂土、亞黏土、黏土中鉆進(jìn)。振動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，鉆具沉入地層能力與振動(dòng)力、振幅、振頻、鉆具自重有關(guān)，振動(dòng)力應(yīng)足以克服土壤抗斷強(qiáng)度。振動(dòng)力大時(shí)允許振頻稍有降低；反之則須增加振頻。鉆具自重應(yīng)足以克服土壤的摩擦阻力，并保證一定的沉入速度。振幅要高于一定限度。

振動(dòng)鉆頭，用直徑為89~168 mm的套管制作，下端有可拆卸的帶刃管鞋，管鞋外徑比套管外徑大2 mm，內(nèi)外差應(yīng)在2~4 mm（如圖2所示）。

振動(dòng)鉆頭的管壁上，沿軸向開(kāi)有縱切口，切口所對(duì)圓心角為10°~60°。圓心角的大小決定于巖層性質(zhì)，鉆進(jìn)未黏結(jié)的含水層時(shí)，郾口角??；鉆進(jìn)黏結(jié)的巖層時(shí)，圓心角大。切口長(zhǎng)1.5~2 m?？v切口數(shù)目與巖層有關(guān)，在半干的黏土層中鉆進(jìn)，鉆頭不宜過(guò)長(zhǎng)，且?guī)в?~3個(gè)縱切口，切口的寬度為鉆頭直徑的0.4~0.8倍，以防鉆頭因強(qiáng)度和剛度減小而在鉆進(jìn)中被扭曲或劈開(kāi)。在干砂、濕砂、含礫砂層鉆進(jìn)時(shí)，采用不帶縱切口或帶一個(gè)不寬的縱切口的鉆頭。

振動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，若用不帶縱切口的鉆頭鉆進(jìn)，巖心上部松軟，而下部卻非常密實(shí)，以致鉆速急劇下降，進(jìn)尺很快停止，提鉆后需將巖心打碎才能取出。用帶有一個(gè)縱切口的鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆進(jìn)深度增大后，巖心下部和切口對(duì)面的巖心仍被壓實(shí)，而巖心上部和切口處的巖心未被壓實(shí)。帶有兩個(gè)縱切口的鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，鉆進(jìn)深度更大，效率更高，但靠近鉆頭的巖心仍有被壓實(shí)現(xiàn)象。

振動(dòng)鉆進(jìn)取巖心時(shí)，要先把鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，割斷巖心與巖體的聯(lián)系，再把鉆頭和巖心一起提出地表。

采用振動(dòng)鉆進(jìn)，巖樣的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有一定的破壞，濕度也有變化，但符合地質(zhì)的要求，地質(zhì)剖面準(zhǔn)確可靠。

3 螺旋鉆進(jìn)

螺旋鉆桿帶動(dòng)螺旋鉆頭回轉(zhuǎn)，破碎孔底巖石獲取進(jìn)尺，破碎下來(lái)的巖粉不通過(guò)循環(huán)沖洗液清除，而是借助螺旋鉆桿與孔壁組合的螺旋輸送傳到地面，螺旋鉆進(jìn)方法屬干式回轉(zhuǎn)全面鉆進(jìn)，適宜1~4級(jí)軟巖層的工程地質(zhì)鉆進(jìn)，在大口徑鉆探、水文地質(zhì)鉆探等方面也廣泛應(yīng)用。螺旋鉆進(jìn)孔深一般為25~50 m，最深不超過(guò)100 m，孔徑為120~300 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

鉆進(jìn)在地質(zhì)鉆探工程中是非常重要的環(huán)節(jié)，鉆進(jìn)方法是鉆探工程的關(guān)鍵，在具體工作中必須從實(shí)際出發(fā)，采取科學(xué)的方法和措施。

［1］ 王德強(qiáng).保證巖土工程鉆探質(zhì)量應(yīng)注意的問(wèn)題［J］.硅谷，2010，（5）：42-43.

［2］ 許傳榮，段華棟.巖土工程勘察中存在的問(wèn)題［J］.科技與生活，2010，（7）：64-65.

［3］ 徐建水.巖石土層勘察方法新探［J].中國(guó)科技博覽，2009，（1）：98-99.