潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)研究

逄忠玉

(黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查701隊(duì)，哈爾濱 150028)

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潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)研究

逄忠玉

(黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查701隊(duì)，哈爾濱 150028)

在地礦勘探、巖土工程施工過程中，復(fù)雜地層的鉆進(jìn)與取樣始終是一個(gè)技術(shù)難題。由于地質(zhì)的特殊性，常規(guī)的鉆進(jìn)技術(shù)根本不能滿足技術(shù)需要，為了解決地層鉆進(jìn)工作的難題，潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。綜述了潛孔錘及潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)，介紹了潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)分類，對(duì)潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)工程實(shí)例應(yīng)用進(jìn)行分析，以加強(qiáng)鉆孔技術(shù)研究，爭取為我國地質(zhì)工程做出更大的貢獻(xiàn)。

潛孔錘；潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)；工程應(yīng)用

目前，地礦勘探和巖土工程迅猛發(fā)展，但由于各種限制因素，比如地況的特殊性，地礦勘探和巖土工程發(fā)展遇到了很多阻力。為了加快我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程技術(shù)攻關(guān)部門不斷突破，取得了一定的成績，其中潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)是比較有代表性的技術(shù)。潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)工程中的應(yīng)用發(fā)揮了很大作用，解決了很多工程技術(shù)難題。

1 潛孔錘及潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)簡介

潛孔錘在地質(zhì)工程中發(fā)揮了重要的作用，它是以壓縮空氣為主要?jiǎng)恿Φ囊环N沖擊工具，它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，再通過鉆機(jī)和鉆桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，形成對(duì)巖石的脈動(dòng)破碎能力，同時(shí)利用沖擊器排出的壓縮空氣，經(jīng)冷卻作用將破碎后的巖石排出，這樣就可以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將它分為有閥式和無閥式，潛孔錘的基本工作原理是通過不斷改變進(jìn)氣和排氣方向，使氣缸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使其不斷沖擊鉆頭。在潛孔錘的整個(gè)結(jié)構(gòu)中，配氣機(jī)構(gòu)是它的核心部件，而活塞是能量轉(zhuǎn)換裝置，它將壓縮氣體的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)中，選擇合理的參數(shù)是非常重要的，重要的參數(shù)有鉆壓、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速及風(fēng)量。其中鉆壓是保證鉆頭齒能與巖石緊密接觸，克服沖擊器及鉆具的反彈力，以有效傳遞沖擊功，一般潛孔錘全面鉆進(jìn)時(shí)的壓力在30～90 kg/cm，而轉(zhuǎn)速一般保持在20 r/min比較理想，當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，會(huì)對(duì)鉆頭造成一定的傷害。空氣量需要根據(jù)氣動(dòng)潛孔沖擊器的性能參數(shù)來確定。

2 潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)分類

2.1 氣動(dòng)潛孔錘跟管取芯鉆探技術(shù)

氣動(dòng)潛孔錘跟管取芯鉆探技術(shù)是潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)中的關(guān)鍵，該技術(shù)以國內(nèi)水利水電地質(zhì)勘察部門的鉆探技術(shù)裝備為基礎(chǔ)，以安全、實(shí)用為基本原則，借鑒了空氣潛孔錘同心跟管鉆進(jìn)、取芯鉆進(jìn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)、合理整合，最終形成了鉆進(jìn)速度快、取芯質(zhì)量好的鉆探技術(shù)。該技術(shù)采用了國內(nèi)鉆探系列的優(yōu)質(zhì)管材，考慮了鉆進(jìn)工作對(duì)鉆具的較高要求，優(yōu)化了鉆具結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)氣流通道時(shí)，考慮氣流通道要滿足沖刷凈化孔底和冷卻孔底鉆頭的要求。另外，對(duì)鉆具的幾何外形提出了一定的要求，即鉆具外型要盡量簡單，便于裝配。

氣動(dòng)潛孔錘跟管取芯鉆探工藝主要包含開孔、鉆具到位判斷及鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)設(shè)置等。在技術(shù)實(shí)施過程中，需要注意的事項(xiàng)有：第一，每次下鉆接近孔底時(shí)，要嚴(yán)格控制下鉆速度，采用最低速下鉆。第二，為避免因孔內(nèi)鉆具長度誤差導(dǎo)致中心鉆具到位判斷失誤，下鉆時(shí)，必須擰緊每一根鉆桿。同時(shí)，螺紋連接必須用加力桿擰緊?？傊诩夹g(shù)實(shí)施過程中，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，才能保證工程實(shí)施質(zhì)量和進(jìn)度。

2.2 沖擊式金剛石取心跟管鉆進(jìn)技術(shù)

沖擊式金剛石取心跟管鉆進(jìn)技術(shù)是針對(duì)鉆探過程中遇到的鉆進(jìn)、保護(hù)孔壁及取心等難題而設(shè)計(jì)的。該技術(shù)的設(shè)計(jì)原則是：第一，以國家地質(zhì)勘測部門規(guī)定的鉆探技術(shù)、工藝及設(shè)備為基礎(chǔ)，解決鉆孔垮塌和采集巖心等實(shí)際問題。第二，對(duì)沖擊式金剛石取心跟管鉆具進(jìn)行設(shè)計(jì)，鉆具長度不能長于3 m。第三，以液體為動(dòng)力傳遞介質(zhì)沖擊器，沖擊器要滿足一定的條件。

沖擊式金剛石取心跟管鉆進(jìn)技術(shù)不是非常復(fù)雜，主要的技術(shù)工藝包括孔內(nèi)鉆具工作情況判斷、導(dǎo)向孔及鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)設(shè)置。其中鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)設(shè)置是比較關(guān)鍵的步驟，只有參數(shù)設(shè)置合理才能保證鉆探的順利實(shí)施。另外，在下鉆前，必須嚴(yán)格檢查鉆具張斂動(dòng)作是否靈活，水路是否暢通。提鉆時(shí)，如果鉆具在套管腳受阻，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿可解除阻力，嚴(yán)禁強(qiáng)力提拔，要時(shí)刻注意觀察、判斷孔內(nèi)情況。

2.3 氣動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)成孔技術(shù)

氣動(dòng)潛孔錘跟管鉆進(jìn)成孔技術(shù)施工工藝為錨孔定位、鉆機(jī)就位、潛孔錘跟管造孔、吹孔、下錨、錨索體注槳、張拉及補(bǔ)償張拉。其中錨孔定位必須嚴(yán)格按照要求施工，一定要保證開孔鉆具與設(shè)計(jì)錨孔軸線方位保持一致，鉆機(jī)就位時(shí)要保證鉆機(jī)位置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)固性。另外，鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)是比較重要的數(shù)據(jù)，一定要設(shè)置合理的規(guī)程參數(shù)。在鉆進(jìn)過程中，不能盲目加大鉆壓，要時(shí)刻觀察氣壓表。在鉆進(jìn)過程中，要注意鉆桿的抖動(dòng)情況，如果遇到鉆桿抖動(dòng)嚴(yán)重的情況，要提動(dòng)鉆具，然后再緩慢放下，注意特殊情況。

3 潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)工程實(shí)例應(yīng)用分析

隨著地質(zhì)工程的發(fā)展，潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)在各類地質(zhì)工程中得到了廣泛應(yīng)用，工程實(shí)例包括二郎山龍膽溪滑坡整治工程、黃金坪電站壩基灌漿工程、雅礱江官地水電站邊坡預(yù)應(yīng)力錨索工程等。

第一，二郎山龍膽溪滑坡整治工程。工程的大致概況是在緊鄰公路處出現(xiàn)大規(guī)模的滑體，且滑面比較深、穩(wěn)定性比較差。為了保護(hù)公路，采用較長的堆積體錨索和較深的堆積體抗滑樁，而工程中跟管鉆進(jìn)困難重重，因此，在工程施工中，采用了較為有效的潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)，嚴(yán)格按照技術(shù)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，取得了比較理想的效果。第二，黃金坪電站壩基灌漿工程。此工程為增強(qiáng)金坪電站的蓄水供電能力，對(duì)其進(jìn)行加固和維修，擬采用礫石土心墻壩或?yàn)r青混凝土心墻堆石壩。但在施工中，由于黃金坪水電站壩區(qū)砂卵礫石覆蓋層深厚，且地層架空嚴(yán)重，這種地質(zhì)造成鉆孔極為困難，為解決這個(gè)難題，在鉆孔施工中同樣采用了潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)，取得了較為理想的效果。第三，雅礱江官地水電站邊坡預(yù)應(yīng)力錨索工程。這個(gè)工程主要包括左岸纜機(jī)固定端和機(jī)房開挖及支護(hù)兩大工程。在這個(gè)工程中，遇到的是高山峽谷地形，且地質(zhì)復(fù)雜，包含角礫集塊和凝灰質(zhì)，導(dǎo)致施工鉆進(jìn)困難。為解決鉆進(jìn)困難的問題，采用了潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)，最終施工得以順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)在我國地質(zhì)工程發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，已應(yīng)用于很多地質(zhì)工程，但潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)要求相對(duì)較高，需要嚴(yán)格按照技術(shù)要求施工，技術(shù)單位要不斷加強(qiáng)鉆孔技術(shù)研究，爭取為我國地質(zhì)工程做出更大的貢獻(xiàn)。

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Research on DTH hammer with pipe drilling technology

PANG Zhong-yu

(Heilongjiang Nonferrous Metal Geological Exploration No. 701 Team,Harbin 150028,China)

Drilling and sampling of complex strata is always a technical problem in the process of prospecting and geotechnical engineering. Due to the particularity of geology,the conventional drilling technology can not meet the technical needs at all. In order to solve the problem in drilling,DTH hammer pipe drilling technology came into being. This paper summarizes the drilling technology of DTH hammer with pipe drilling technology,introduces its classification,analyzes its application to strengthen the research of drilling technology and make greater contribution for China′s geological engineering.

DTH hammer; DTH hammer with pipe drilling technology; Engineering application

2017-01-12

逄忠玉(1963-)，男，工程師。

P634.5

A

1674-8646(2017)06-0040-02