某水電站地質勘探中鉆頭支撐裝置的研究

張小強,張鎖柱

（1.華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021；2.河北省礦山地下水安全技術創新中心，河北石家莊050021）

1 概述

在地質勘探過程中通常采用鉆頭鉆進形成地質鉆孔，然后將探測儀器放置在孔內，從而實現不同深度巖石地質檢測；鉆探時根據不同鉆孔所在的勘探環境一般采用勘探取樣鉆機或者地質麻花鉆機針對性進行勘探[1]，勘探取樣鉆機體型較大，在山區工作移動不方便；采用手動鉆機勘探需要手動控制豎直向下打孔，在鉆探過程中鉆頭套管發生傾斜時很容易造成鉆頭套管折斷，甚至損壞鉆頭，有時為了防止鉆頭套管折斷一般采用三角架支撐進行打孔，三角架在崎嶇的地面搭建時，墊高調平工作費時費力。

2 工程概況

該水電壩址兩岸160m高程平臺至河床為陡崖分布，兩岸均未發現前期勘探便道，主壩樞紐建筑物區河邊為崩塌塊石、巨石。鉆孔均處在30°~50°的堆石坡上，植被茂盛，岸坡陡峻，巖石片理發育，鉆探同時需要滿足采取率、孔內地質測試等多項要求。

3 研究方向

為解決項目上地形陡峭復雜環境下的鉆探效果，確保成孔后開展井下電視等地質測試[2]，針對上述存在的技術不足，研究了一種地質勘探鉆頭支撐裝置，該裝置采用支架的設計，通過緊定螺釘調節調平鋼架，從而實現固定張緊裝置水平放置，實現豎直打孔校正功能，操作簡單方便，解決了三角架在崎嶇的地面搭建時，墊高調平工作費時費力的問題；固定張緊裝置的設計只需用扳手轉動六角卡臺即可將底座固定鎖死，支架調平支撐，起到雙重穩固作用，可以使鉆頭平穩工作，解決了手動鉆機工作，鉆頭套管發生傾斜時很容易造成鉆頭套管折斷，甚至損壞鉆頭的問題；整個裝置體型較小，使用攜帶方便，解決了勘探取樣鉆機體型較大，在山區工作移動不方便的問題。

4 研究方案及優化

為解決上述技術問題，改進支撐裝置所采用的技術方案是：包括底座、支架和固定張緊裝置；支架固定焊接在底座頂部；固定張緊裝置設置在底座內部；底座外周均勻設置有多個通槽；固定張緊裝置包括固定塊、隔套、渦軌轉盤、拉簧和棘爪卡針；渦軌轉盤轉軸連接在底座內部頂端；固定塊固定安裝在底座內部底端；固定塊中部外周均勻設置有多個滑槽；滑槽和通槽相對應；滑槽內部滑動連接有滑塊；滑塊頂部設置有凸臺；渦軌轉盤底部設置有渦槽；凸臺和渦槽滑動連接。

針對方案在實際操作中進一步優化，將裝置固定塊中部固定安裝有固定軸套；固定軸套貫穿底座頂部；固定軸套內部底端安裝有兩個調心軸承；隔套安裝在兩調心軸承中部；固定軸套中部上方轉軸連接有扭矩套筒；扭矩套筒貫穿底座頂部；扭矩套筒和渦軌轉盤中部花鍵連接。

扭矩套筒頂部設置有六角卡臺；六角卡臺底部設置有多個鋸齒；棘爪卡針中部轉軸連接在底座頂部；鋸齒和棘爪卡針一端卡接；底座頂部一側設置有固定桿；固定桿和棘爪卡針一側通過拉簧兩端連接。

支架頂部設置有回轉座；回轉座內部安裝有深溝球軸承；深溝球軸承和調心軸承上下對應；支架底部外周均勻設置有多個支腿；支腿底部和底座頂部焊接；支腿一側在長度方向上設置有卡槽；支腿外部滑動連接有卡套；卡套中部一側螺紋連接有緊定螺釘；緊定螺釘和卡槽卡接；卡套底部一側設置有調平鋼架。

改進的支撐裝置示意圖見圖1~圖3。

圖1 支撐裝置整體外形圖

圖2 支撐裝置支撐架結構圖

圖3 支撐裝置內部結構圖

5 結論

與現有技術相比，改進的支撐裝置具有以下優點：①支架的設計，通過緊定螺釘調節調平鋼架，從而實現固定張緊裝置水平放置，實現豎直打孔校正功能，操作簡單方便，解決了三角架在崎嶇的地面搭建時，墊高調平工作費時費力的問題；②固定張緊裝置的設計只需用扳手轉動六角卡臺即可將底座固定鎖死，支架調平支撐，起到雙重穩固作用，可以使鉆頭平穩工作，解決了手動鉆機工作，鉆頭套管發生傾斜時很容易造成鉆頭套管折斷，甚至損壞鉆頭的問題；③整個裝置體型較小，使用攜帶方便，解決了勘探取樣鉆機體型較大，在山區工作移動不方便的問題[3]。