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1、潜孔锤偏心跟管钻进技术赵建勤(中国地质科学院探矿工艺研究所,四川成都610081)摘要:主要介绍潜孔锤偏心跟管钻进技术、SP系列偏心跟管钻具的特点以及潜孔锤偏心跟管钻进技术用于解决地质灾害、水电建设、城市高层建筑地基处理、公路、铁道建设工程等复杂地层钻进的实例。关键词:潜孔锤;偏心跟管钻进;复杂地层;地质灾害中图分类号:TE92文献标识码:B孔锤偏心跟管钻进和同心跟管钻进两类,这1概述里主要论述潜孔锤偏心跟管钻进技术。潜孔锤跟管钻进技术是在潜孔锤钻进成在国际上,潜孔锤偏心跟管钻进技术较孔过程中逐步发展起来的一门新的钻进技有代表性的是最初在卵砾石地层钻进中应用术,也是近年来对付第四纪覆盖层
2、包括卵砾的阿特拉斯·考普科(AtlasCopco)公司的石层、坡积层、流砂层等地层非常有效的一门0dex法,如图1,以及德国斯坦威克钻进新技术。潜孔锤跟管钻进目前主要有潜(STENUICKDEUTSCHLANOGMBH)公司由图1国外0dex法潜孔跟管钻具两个动力头分别驱动钻杆和护壁套管进行在国内,潜孔锤跟管钻进技术是随着潜的双回转跟管钻进法即土星法和海王星法孔锤钻进技术的引进、消化发展起来的。特等。别是近年来,我国的水电站、高速公路、铁路40凿岩机械气动工具,2007(1)及城市基础设施等建设工程中,遇到了大量的地质灾害防治、基础加固等复杂地层的工程施工,使潜孔锤跟管钻进技术得到了空前
3、套管冲击器的发展。国际上已经有的潜孔锤偏心跟管钻进技术基本上在国内都得到了广泛的应用。中国地质科学院探矿工艺研究所在潜孔锤跟管钻进技术领域内研究起步较早,自“七管靴五”开始研究以来,特别是“九五”期间的进一步开发、完善,已经形成了与潜孔锤偏心跟管导正器钻进技术相配套的数十种单偏心、双偏心、三偏心等潜孔锤跟管钻具产品,不仅服务于地偏心钻头质勘察、地质灾害治理领域,还满足了水电站、高速公路、铁路及城市基础设施等建设工中心钻头程的需要。其中,SP系列潜孔锤偏心跟管钻具是专利产品,专利号是:ZL200320115202.8。其产品规格有:SP108、SP127、SP140、SP146、SP168
4、、SP178、SP194、图2单偏心三件套跟管钻进系统示意图SP219、SP245等。SP系列跟管钻具可与常用的冲击器相配套。杆进入潜孔冲击器使其工作,冲击器的活塞冲击跟管钻具的导正器,导正器将冲击波和2潜孔锤偏心跟管钻进系统及钻压传递给偏心钻头和中心钻头,破碎孔底工作原理岩石。同时,钻机带动钻杆回转,钻杆将回转2.1潜孔锤偏心跟管钻进系统扭矩传递给冲击器并由冲击器通过花键带动潜孔锤偏心跟管钻进系统主要由潜孔冲跟管钻具的导正器转动,导正器上有偏心轴,击器、偏心跟管钻具(单偏心扩孔式或双偏导正器转动时偏心钻头张开,并在开启到设心、三偏心扩孔式)、管靴、套管等构成。计位置后被限位,使中心钻头
5、、偏心钻头同时在潜孔锤偏心跟管钻进系统中,无论是随导正器旋转。偏心钻头钻出的孔径大于套哪种偏心跟管钻具都是通过偏心跟管钻具钻管的最大外径,使套管不受孔底岩石的阻碍进时钻出大于套管外径的孔,并当钻进至预而跟进。套管的重力大于地层对套管外壁的定地层,可将跟管钻具收敛,使跟管钻具的最摩擦阻力时,套管以自重跟进;当套管外壁的大外径小于管靴、套管的内径,从而取出跟管摩擦阻力超过套管的重力时,内层跟管钻具钻具,套管则留在地层内保护孔壁。继续向前破碎岩石,直到导正器上的凸肩与图2是单偏心三件套跟管钻进系统示意套管靴上的凸肩接触,此时,导正器将钻压和图,单偏心三件套跟管钻具由中心钻头、偏心冲击波部分传给
6、套管靴,迫使套管靴带动套扩孔钻头、导正器、联接销系统等组成。管与钻具同步跟进,保护已钻孔段的孔壁。导2.2潜孔锤偏心跟管钻进工作原理正器表面开有吹岩屑的气孔,也有使孔底岩单偏心三件套潜孔锤偏心跟管钻具工作屑能够排出的气槽。大部分压缩空气经冲击时由钻机提供回转扭矩及推进动力。正常钻器作功后通过导正器中心孔、偏心钻头和中进时,由空气压缩机提供的压气,经钻机、钻心钻头达到孔底,冲刷已被破碎或松散的孔凿岩机械气动工具,2007(1)41底岩石、冷却钻头,并携带岩粉经中心钻头、但过大的钻具钻压不仅会使钻头冲击刃齿过导正器的排粉槽进入套管与冲击器、钻杆的快磨损,而且容易产生事故。据实验和生产总环状空
7、间被高速上返的气流或泡沫排出孔结,用于钻进的钻压,以每厘米钻头直径0.5～外,如图3所示。0.9kN为宜。跟管钻压P2是决定潜孔锤跟管钻进跟管深度的主要因素,在设计确定潜孔锤跟管深度时,原则上应以钻具或套管允许施加套管冲击器的钻压为依据,对钻具来说:P=P1+P2≤S[R](1)(P2是通过钻具传递给套管的)管靴式中S——钻具组合中最弱环节杆件的断面积(通常是钻杆)导正器[R]——该杆件材质的许用抗压强度。偏心钻头从上式中,即可求解
