潛孔錘跟管鉆進技術研究

逄忠玉

(黑龍江省有色金屬地質勘查701隊，哈爾濱 150028)

?

潛孔錘跟管鉆進技術研究

逄忠玉

(黑龍江省有色金屬地質勘查701隊，哈爾濱 150028)

在地礦勘探、巖土工程施工過程中，復雜地層的鉆進與取樣始終是一個技術難題。由于地質的特殊性，常規的鉆進技術根本不能滿足技術需要，為了解決地層鉆進工作的難題，潛孔錘跟管鉆進技術應運而生。綜述了潛孔錘及潛孔錘跟管鉆進技術，介紹了潛孔錘跟管鉆進技術分類，對潛孔錘跟管鉆進技術工程實例應用進行分析，以加強鉆孔技術研究，爭取為我國地質工程做出更大的貢獻。

潛孔錘；潛孔錘跟管鉆進技術；工程應用

目前，地礦勘探和巖土工程迅猛發展，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展遇到了很多阻力。為了加快我國經濟發展，工程技術攻關部門不斷突破，取得了一定的成績，其中潛孔錘跟管鉆進技術是比較有代表性的技術。潛孔錘跟管鉆進技術在地質工程中的應用發揮了很大作用，解決了很多工程技術難題。

1 潛孔錘及潛孔錘跟管鉆進技術簡介

潛孔錘在地質工程中發揮了重要的作用，它是以壓縮空氣為主要動力的一種沖擊工具，它所產生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，再通過鉆機和鉆桿回轉驅動，形成對巖石的脈動破碎能力，同時利用沖擊器排出的壓縮空氣，經冷卻作用將破碎后的巖石排出，這樣就可以實現回轉鉆進。根據結構特點，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氣和排氣方向，使氣缸進行往復運動，使其不斷沖擊鉆頭。在潛孔錘的整個結構中，配氣機構是它的核心部件，而活塞是能量轉換裝置，它將壓縮氣體的能量轉化為機械能。在潛孔錘跟管鉆進技術中，選擇合理的參數是非常重要的，重要的參數有鉆壓、風壓、轉速及風量。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時的壓力在30～90 kg/cm，而轉速一般保持在20 r/min比較理想，當轉速過高時，會對鉆頭造成一定的傷害。空氣量需要根據氣動潛孔沖擊器的性能參數來確定。

2 潛孔錘跟管鉆進技術分類

2.1 氣動潛孔錘跟管取芯鉆探技術

氣動潛孔錘跟管取芯鉆探技術是潛孔錘跟管鉆進技術中的關鍵，該技術以國內水利水電地質勘察部門的鉆探技術裝備為基礎，以安全、實用為基本原則，借鑒了空氣潛孔錘同心跟管鉆進、取芯鉆進技術，在此基礎上進行科學、合理整合，最終形成了鉆進速度快、取芯質量好的鉆探技術。該技術采用了國內鉆探系列的優質管材，考慮了鉆進工作對鉆具的較高要求，優化了鉆具結構。在設計氣流通道時，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規程參數設置等。在技術實施過程中，需要注意的事項有：第一，每次下鉆接近孔底時，要嚴格控制下鉆速度，采用最低速下鉆。第二，為避免因孔內鉆具長度誤差導致中心鉆具到位判斷失誤，下鉆時，必須擰緊每一根鉆桿。同時，螺紋連接必須用加力桿擰緊。總之，在技術實施過程中，必須嚴格按照操作規程進行，才能保證工程實施質量和進度。

2.2 沖擊式金剛石取心跟管鉆進技術

沖擊式金剛石取心跟管鉆進技術是針對鉆探過程中遇到的鉆進、保護孔壁及取心等難題而設計的。該技術的設計原則是：第一，以國家地質勘測部門規定的鉆探技術、工藝及設備為基礎，解決鉆孔垮塌和采集巖心等實際問題。第二，對沖擊式金剛石取心跟管鉆具進行設計，鉆具長度不能長于3 m。第三，以液體為動力傳遞介質沖擊器，沖擊器要滿足一定的條件。

沖擊式金剛石取心跟管鉆進技術不是非常復雜，主要的技術工藝包括孔內鉆具工作情況判斷、導向孔及鉆進規程參數設置。其中鉆進規程參數設置是比較關鍵的步驟，只有參數設置合理才能保證鉆探的順利實施。另外，在下鉆前，必須嚴格檢查鉆具張斂動作是否靈活，水路是否暢通。提鉆時，如果鉆具在套管腳受阻，轉動鉆桿可解除阻力，嚴禁強力提拔，要時刻注意觀察、判斷孔內情況。

2.3 氣動潛孔錘跟管鉆進成孔技術

氣動潛孔錘跟管鉆進成孔技術施工工藝為錨孔定位、鉆機就位、潛孔錘跟管造孔、吹孔、下錨、錨索體注槳、張拉及補償張拉。其中錨孔定位必須嚴格按照要求施工，一定要保證開孔鉆具與設計錨孔軸線方位保持一致，鉆機就位時要保證鉆機位置的準確性和穩固性。另外，鉆進規程參數是比較重要的數據，一定要設置合理的規程參數。在鉆進過程中，不能盲目加大鉆壓，要時刻觀察氣壓表。在鉆進過程中，要注意鉆桿的抖動情況，如果遇到鉆桿抖動嚴重的情況，要提動鉆具，然后再緩慢放下，注意特殊情況。

3 潛孔錘跟管鉆進技術工程實例應用分析

隨著地質工程的發展，潛孔錘跟管鉆進技術在各類地質工程中得到了廣泛應用，工程實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應力錨索工程等。

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大規模的滑體，且滑面比較深、穩定性比較差。為了保護公路，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技術，嚴格按照技術實施標準進行，取得了比較理想的效果。第二，黃金坪電站壩基灌漿工程。此工程為增強金坪電站的蓄水供電能力，對其進行加固和維修，擬采用礫石土心墻壩或瀝青混凝土心墻堆石壩。但在施工中，由于黃金坪水電站壩區砂卵礫石覆蓋層深厚，且地層架空嚴重，這種地質造成鉆孔極為困難，為解決這個難題，在鉆孔施工中同樣采用了潛孔錘跟管鉆進技術，取得了較為理想的效果。第三，雅礱江官地水電站邊坡預應力錨索工程。這個工程主要包括左岸纜機固定端和機房開挖及支護兩大工程。在這個工程中，遇到的是高山峽谷地形，且地質復雜，包含角礫集塊和凝灰質，導致施工鉆進困難。為解決鉆進困難的問題，采用了潛孔錘跟管鉆進技術，最終施工得以順利進行。

4 結語

潛孔錘跟管鉆進技術在我國地質工程發展中發揮了重要作用，已應用于很多地質工程，但潛孔錘跟管鉆進技術要求相對較高，需要嚴格按照技術要求施工，技術單位要不斷加強鉆孔技術研究，爭取為我國地質工程做出更大的貢獻。

[1] 崔軍文，王連捷，李朋武，等.中國大陸科學鉆探主孔2 000米以上脆性變形構造應力場[J].巖石學報，2014，(01)：13-14.

[2] 張永勤，靳玉生，劉輝，等.多介質反循環復合鉆探技術的研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，(04)：21-22.

[3] 蔣榮慶，殷琨，楊洪東，等.潛孔錘多工藝鉆進在水文水井及工程中的應用[J].水文地質工程地質，2010，(06)：15-17.

[4] 韓永昌.復雜地層潛孔錘跟管鉆進工藝問題研究[D].成都：成都理工大學，2009.

[5] 汪彥樞.潛孔錘跟管鉆進方法的開發及應用[C]//探礦工程(巖土鉆掘工程)技術與可持續發展研討會論文集，2003.

[6] 李金樂.潛孔錘跟管取芯鉆進技術在某鐵路工程特大橋上的應用[J].西部探礦工程;2013，(02).

[7] 劉燦銘.國內破碎復雜地層鉆進技術的研究現狀與展望[J].甘肅科技，2010，(14)：114-115.

[8] 文鵬.氣動潛孔錘錨固成孔技術問題的探討[D].成都：成都理工大學，2012.

[9] 莊生明.潛孔錘跟管鉆進套管結構仿真分析研究[D].長春：吉林大學，2012.

[10] 馬利東.優質高效錨固技術的研究與應用[D].長沙：中南大學，2009.

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