貫通式潛孔錘鉆探2

1、 貫通式潛孔錘貫通式潛孔錘 及反循環(huán)連續(xù)取心鉆探及反循環(huán)連續(xù)取心鉆探 第一節(jié)第一節(jié) 鉆進(jìn)工藝方法鉆進(jìn)工藝方法 一、鉆進(jìn)工藝方法一、鉆進(jìn)工藝方法 貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆頭及雙壁鉆桿 組成的鉆具系統(tǒng)，鉆進(jìn)中可同步實(shí)現(xiàn)下列三種鉆探 新技術(shù)： 1、潛孔錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)； 2、壓縮空氣全孔反循環(huán)； 3、鉆進(jìn)中不停鉆連續(xù)取心。 二、鉆進(jìn)系統(tǒng)的組成二、鉆進(jìn)系統(tǒng)的組成 如圖所示。壓縮空氣經(jīng)輸氣膠管進(jìn)入雙通道氣 水龍頭，進(jìn)入雙壁鉆桿的環(huán)狀通道，驅(qū)動(dòng)貫通式潛 孔錘的沖錘作高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊鉆頭，實(shí)現(xiàn)潛孔錘 碎巖鉆進(jìn)。沖錘工作后的廢氣，經(jīng)鉆頭的排氣孔排 出，再經(jīng)潛孔錘的貫通孔和雙壁鉆桿的中心通道， 通過(guò)雙通道氣水

2、龍頭及鵝頸彎管、排渣管排到旋流 取樣器，完成動(dòng)力及流體介質(zhì)的反循環(huán)。潛孔錘鉆 進(jìn)中形成的巖礦心及巖渣屑經(jīng)鉆頭底部間隙和擴(kuò)壓 槽隨反循環(huán)流體上返，實(shí)現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心鉆進(jìn)。實(shí)現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心鉆進(jìn)。 1一天輪；一天輪；2鵝頸排心鵝頸排心(樣樣)管；管；3一雙通道氣水龍頭；一雙通道氣水龍頭；4排心排心(樣樣)管；管；5一取樣器排一取樣器排 氣氣(塵塵)管；管；6一旋流取心一旋流取心(樣樣)器；器；7鉆機(jī)立軸；鉆機(jī)立軸；8一接心一接心(樣樣)桶；桶；9雙壁鉆桿；雙壁鉆桿；10 鉆機(jī)；鉆機(jī)；11一雙壁鉆桿鎖接頭；一雙壁鉆桿鎖接頭；12CQ-10044貫通式潛孔錘；貫通式潛孔錘；13一反循環(huán)柱齒合一反循環(huán)柱

3、齒合 金鉆頭；金鉆頭；14空壓機(jī)；空壓機(jī)；15、16輸送壓氣管路；輸送壓氣管路；17空氣儲(chǔ)氣罐空氣儲(chǔ)氣罐 三、鉆進(jìn)原理三、鉆進(jìn)原理 如圖所示。驅(qū)動(dòng)潛孔錘后的廢氣由鉆頭底部的 排氣孔高速?lài)姵?，在噴口附近形成低壓區(qū)，對(duì)周?chē)?介質(zhì)就形成抽吸作用。氣流與被抽吸的介質(zhì)，由孔 底巖石反射后經(jīng)鉆頭擴(kuò)壓槽而進(jìn)入鉆頭中心通孔； 于是高速流體的流速逐漸降低，壓力增高，攜帶的 巖心、巖屑及孔內(nèi)流體沿鉆具的中心通道上返，經(jīng) 雙通道氣水龍頭和鵝頸彎管排出孔外。 GQ-100GQ-1004444型貫通式潛型貫通式潛 孔錘反循環(huán)連續(xù)取心孔錘反循環(huán)連續(xù)取心( (樣樣) ) 鉆進(jìn)的原理圖：鉆進(jìn)的原理圖： 1 1一排心一排心(

4、(樣樣) )管；管； 2-2-雙通道氣水龍頭；雙通道氣水龍頭； 3 3一鵝頸彎管；一鵝頸彎管； 4-4-進(jìn)氣膠管；進(jìn)氣膠管； 5 5一雙壁鉆桿；一雙壁鉆桿； 6 6一逆止閥；一逆止閥； 7 7一心管；一心管； 8 8一內(nèi)缸；一內(nèi)缸； 9-9-活塞；活塞； 10-10-襯套；襯套； 1111一反循環(huán)專(zhuān)用鉆頭一反循環(huán)專(zhuān)用鉆頭 四、特點(diǎn)四、特點(diǎn) 1、潛孔錘及鉆頭在結(jié)構(gòu)上均為中空式中空式； 2、沖錘直接撞擊鉆頭，能量傳遞效率高能量傳遞效率高； 3、耗風(fēng)量低耗風(fēng)量低，熱功效率高，沖擊能量大； 4、使用空氣動(dòng)力介質(zhì)時(shí)，仍可使用各種液體沖可使用各種液體沖 洗介質(zhì)洗介質(zhì)保護(hù)孔壁及巖心，這對(duì)在破碎復(fù)雜地層中 的

5、應(yīng)用具有特殊的意義； 5、與專(zhuān)用反循環(huán)鉆頭配套使用，不需封隔器可可 穩(wěn)定形成全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)穩(wěn)定形成全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)。 GQ100GQ100GQ108GQ108GQ127GQ127GQ146GQ146GQ160GQ160GQ200GQ200 GQ250GQ250 潛孔錘外徑潛孔錘外徑mmmm 100100 108108 127127 146146 160160 190190 242242 貫通孔直徑貫通孔直徑mmmm 5555 3838 5555 5555 6060 6262 6060 鉆孔直徑鉆孔直徑mmmm 105105 132132 112112 132132 1

6、32132 152152 152152 185185 165165 200200 200200 250250 250250 350350 單次沖擊功單次沖擊功J J 165165 268268 4l04l0 534534 640640 720720 10521052 沖擊頻率沖擊頻率HzHz 1818 1919 18.818.8 1717 1616 1818 1616 耗氣量耗氣量m3.minm3.min 5 5 9 9 1111 1212 1313 1414 1717 五、貫通式潛孔錘系列規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)五、貫通式潛孔錘系列規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù) 第二節(jié)第二節(jié) 鉆進(jìn)實(shí)例鉆進(jìn)實(shí)例 一、復(fù)雜地層地

7、質(zhì)巖心勘探鉆進(jìn)實(shí)例一、復(fù)雜地層地質(zhì)巖心勘探鉆進(jìn)實(shí)例 在復(fù)雜地層中的地質(zhì)巖心勘探，通常表現(xiàn)為： 巖石堅(jiān)硬，難于鉆進(jìn)；地層漏失，護(hù)壁困難，巖礦 心采取率低，達(dá)不到地質(zhì)要求；綜合施工成本大幅 度增高，施工周期延長(zhǎng)。下面以河南嵩縣金礦勘探 為例介紹。 1 1、礦區(qū)概況、礦區(qū)概況 礦區(qū)位于河南省嵩縣范疙瘩村，金礦賦存于構(gòu) 造蝕變破碎帶中。地層極為復(fù)雜，屬于硬、脆、碎、 漏、塌等復(fù)雜地層，鉆探施工難度極大。前期曾采 用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)，但孔內(nèi)經(jīng)常坍塌掉 塊漏失嚴(yán)重，巖礦心采取率嚴(yán)重不足，鉆孔超徑， 埋鉆、卡鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故頻繁發(fā)生。 2 2、潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)效果、潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心鉆

8、進(jìn)效果 鉆進(jìn)效率高鉆進(jìn)效率高 試驗(yàn)中平均時(shí)效4.08米，是金剛石鉆進(jìn)的3.5倍； 平均臺(tái)班進(jìn)尺18.42米，是金剛石鉆進(jìn)的4.5倍； 時(shí)間利用率高時(shí)間利用率高 在復(fù)雜地層中鉆進(jìn)最大提鉆間隔86米，平均時(shí)間 利用率36.3，是金剛石鉆進(jìn)的2.27倍； 鉆頭壽命長(zhǎng)鉆頭壽命長(zhǎng) 反循環(huán)取心球齒鉆頭平均壽命75.45米，是金 剛石鉆頭壽命的68倍； 巖礦心采取好巖礦心采取好 由于鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖(礦)心只有唯一的中心通道， 巖礦心采取率達(dá)98以上； 孔內(nèi)事故少孔內(nèi)事故少 因鉆壓小，轉(zhuǎn)速低，孔壁無(wú)流體擾動(dòng)和沖刷， 孔底干凈無(wú)沉渣，連續(xù)鉆進(jìn)回次進(jìn)尺長(zhǎng)，故大幅 度減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生； 鉆孔垂直度好鉆孔垂直度好

9、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)小，以沖擊為 主體積破碎巖石，因此鉆孔不易彎曲； 孔口無(wú)污染孔口無(wú)污染 反循環(huán)排出的流體及巖(礦)心、巖渣(屑)， 沿中心通道上返后進(jìn)入專(zhuān)門(mén)的取心筒，對(duì)孔口及 周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生污染； 鉆探成本低鉆探成本低 鉆探效率高，鉆頭壽命長(zhǎng)，孔內(nèi)事故減少， 最終大幅度降低了鉆探成本。 二、水文水井鉆鑿實(shí)例二、水文水井鉆鑿實(shí)例 采用潛孔錘正循環(huán)技術(shù)鉆鑿水井，鉆進(jìn)效率高， 但水井工程孔深大，背壓高，配套使用的空壓機(jī)不但 要求風(fēng)量大，風(fēng)壓也高，使鉆進(jìn)成本大幅度增高。主主 要矛盾是：為滿(mǎn)足排渣上返風(fēng)速的要求時(shí)，供風(fēng)量巨要矛盾是：為滿(mǎn)足排渣上返風(fēng)速的要求時(shí)，供風(fēng)量巨 大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出潛孔錘本身工

10、作的需求。大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出潛孔錘本身工作的需求。如表中所列為 不同孔徑條件下滿(mǎn)足上返風(fēng)速15ms時(shí)對(duì)供風(fēng)量的需 求，以89鉆桿為例。 項(xiàng)項(xiàng) 目目 孔孔 徑徑mmmm 160160 180180 200200220220 250250280280 上返風(fēng)速所需風(fēng)量上返風(fēng)速所需風(fēng)量 12.512.5 17.317.3 22.722.7 28.628.6 38.638.6 49.849.8 潛孔錘所需風(fēng)量潛孔錘所需風(fēng)量 8 81010lOlO121212121414141416161616181818182020 由表可知：為滿(mǎn)足上返風(fēng)速要求時(shí)，其供風(fēng)量 均大于驅(qū)動(dòng)潛孔錘做功所要求的供風(fēng)量。且孔徑越 大

11、，供風(fēng)量之差就越大。 正、反循環(huán)所需最低風(fēng)量比較正、反循環(huán)所需最低風(fēng)量比較 鉆孔直徑 160 180 200 220 250280 正 循 環(huán) 配用鉆桿 89 89 89 89 89 89 風(fēng)量 12.70 17.58 23.04 29.07 39.20 50.62 反 循 環(huán) 配用鉆桿 SHB 89 60 SHB 89 60 SHB 89 60 SHB 114 70 SHB 114 70 SHB 128 87 風(fēng)量 2.59 2.59 2.59 3.52 3.52 5.44 表中數(shù)據(jù)清晰反映出即使鉆孔直徑較大時(shí)，采 用反循環(huán)鉆進(jìn)方法滿(mǎn)足上返風(fēng)速條件時(shí)所需供風(fēng)量 依然很小。當(dāng)選用的鉆桿確定后，

12、上返風(fēng)速不隨鉆 孔直徑改變而變化，只與供風(fēng)量有關(guān)。實(shí)際鉆進(jìn)中， 反循環(huán)上返風(fēng)速所需風(fēng)量，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于潛孔錘正常 工作所需的額定供風(fēng)量。 1、在水文水井鉆鑿中的應(yīng)用實(shí)例、在水文水井鉆鑿中的應(yīng)用實(shí)例 鉆進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)施工系統(tǒng)見(jiàn)圖54所示?？諌簷C(jī)輸出的壓縮空 氣，經(jīng)貯氣罐12由進(jìn)氣膠管5進(jìn)入雙通道氣水龍頭7，經(jīng)雙壁鉆 桿3的環(huán)狀斷面通道，輸入貫通式潛孔錘2后驅(qū)動(dòng)活塞沖錘往復(fù) 運(yùn)動(dòng)，高速?zèng)_擊反循環(huán)鉆頭1并產(chǎn)生巨大的沖擊力破碎孔底巖 石，完成高速鉆進(jìn)。做功后的廢氣由鉆頭下部的排氣孔高速排 出，在孔底形成低壓區(qū)，經(jīng)鉆頭底端面的排氣槽進(jìn)入鉆頭的中 心孔，以較高的風(fēng)速和攜屑能力將孔底的巖屑及鉆進(jìn)形成的巖 心，經(jīng)潛孔錘

13、貫通孔、雙壁鉆桿中心通道、雙通道氣水龍頭中 心孔及鵝頸彎管9由排渣管8排出孔外，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力介質(zhì)的反實(shí)現(xiàn)動(dòng)力介質(zhì)的反 循環(huán)，即貫通式潛孔錘反循環(huán)及連續(xù)取心鉆進(jìn)。循環(huán)，即貫通式潛孔錘反循環(huán)及連續(xù)取心鉆進(jìn)。 現(xiàn)場(chǎng)施工系統(tǒng)圖現(xiàn)場(chǎng)施工系統(tǒng)圖 1 1一反循環(huán)鉆頭；一反循環(huán)鉆頭； 2 2一貫通式潛孔錘；一貫通式潛孔錘； 3 3一雙壁鉆桿；一雙壁鉆桿； 4 4一黃河鉆機(jī)；一黃河鉆機(jī)； 5 5一進(jìn)氣膠管；一進(jìn)氣膠管； 6 6一主動(dòng)鉆桿；一主動(dòng)鉆桿； 7 7一氣水龍頭；一氣水龍頭； 8 8一排渣管；一排渣管； 9 9鵝頸彎管；鵝頸彎管； 1010空壓機(jī)；空壓機(jī)； 1111一輸風(fēng)膠管；一輸風(fēng)膠管； 1212一貯氣

14、罐一貯氣罐 2 2、鉆進(jìn)效果、鉆進(jìn)效果 鉆進(jìn)效率高鉆進(jìn)效率高 鉆頭為環(huán)狀碎巖，且反循環(huán)排渣屑，孔底干凈， 無(wú)重復(fù)破碎，因此，鉆進(jìn)效率大幅度提高，是普通潛 孔錘的35倍； 純鉆進(jìn)時(shí)間利用率高純鉆進(jìn)時(shí)間利用率高 不需提鉆取心，鉆頭壽命長(zhǎng)，使純鉆進(jìn)時(shí)間利用 率比其他方法有較大提高； 孔內(nèi)排孔內(nèi)排( (渣渣) )屑能力強(qiáng)屑能力強(qiáng) 實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)，壓縮空氣及流體介質(zhì)沿鉆具中 心通道上返速度高，攜渣能力強(qiáng)，形成的柱狀巖心在 鉆進(jìn)中即可連續(xù)排出地表，孔底始終保持清潔； 反循環(huán)能力強(qiáng)，孔徑不受限制反循環(huán)能力強(qiáng)，孔徑不受限制 反循環(huán)的形成與鉆具及孔徑的級(jí)配無(wú)關(guān)。在鉆具 規(guī)格不變時(shí)，水井口徑可任意設(shè)計(jì)，不會(huì)影響反

15、循環(huán) 的形成和排渣效果； 巖心巖心( (樣樣) )采取率高，品質(zhì)好采取率高，品質(zhì)好 孔底鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖或巖心只有一個(gè)反循環(huán)中心通 道，別無(wú)通路。鉆出的巖心在巨大沖擊力作用下及時(shí) 折斷，形成短圓柱，能及時(shí)迅速排至地表； 判層準(zhǔn)確、及時(shí)判層準(zhǔn)確、及時(shí) 潛孔錘鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖渣(屑)顆粒大，產(chǎn)生的巖心 及時(shí)排至地表，地質(zhì)人員幾乎與孔底鉆頭同時(shí)接觸同 一巖石，時(shí)效性強(qiáng)，可及時(shí)判層、及時(shí)采取相應(yīng)的技 術(shù)措施和進(jìn)行正確決策，提高工程質(zhì)量； 不堵塞含水層裂隙，提高水井出水量不堵塞含水層裂隙，提高水井出水量 孔壁及含水層無(wú)巖渣或巖粉通過(guò)，并且潛孔 錘反循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程亦進(jìn)行抽水洗井過(guò)程，利于疏 通含水層，省去了抽水洗井

16、工序，并提高水井出 水量； 供風(fēng)量減小供風(fēng)量減小 節(jié)省設(shè)備投資和降低空壓機(jī)能源消耗； 利于在干旱缺水地區(qū)施工利于在干旱缺水地區(qū)施工 該項(xiàng)技術(shù)的動(dòng)力介質(zhì)是壓縮空氣，不需任何液 體介質(zhì)或水，故利于干旱缺水、無(wú)水地區(qū)施工，能 節(jié)約鉆進(jìn)成本；空氣鉆進(jìn)不受季節(jié)限制，可全天候 施工作業(yè)；即使在冬季或冷凍地層、永凍地區(qū)也可 正常鉆進(jìn)。 三、普通潛孔錘鉆進(jìn)基巖水井排渣的技術(shù)措施三、普通潛孔錘鉆進(jìn)基巖水井排渣的技術(shù)措施 1 1、增加空壓機(jī)、增大供風(fēng)量、增加空壓機(jī)、增大供風(fēng)量 設(shè)備投資大，鉆進(jìn)成本高； 2 2、采用增壓機(jī)、提高供風(fēng)壓力、采用增壓機(jī)、提高供風(fēng)壓力 空壓機(jī)設(shè)備多，油耗高； 3 3、潛孔錘鉆進(jìn)與提鉆撈渣

17、交叉作業(yè)、潛孔錘鉆進(jìn)與提鉆撈渣交叉作業(yè) 增加了工序，影響鉆進(jìn)效率； 4 4、小徑打、大徑擴(kuò)二次成井法、小徑打、大徑擴(kuò)二次成井法 保持了潛孔錘的高效率，但需二次成孔； 5 5、貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)、貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn) 鉆進(jìn)與排渣同步完成。真正發(fā)揮了潛孔錘 的優(yōu)勢(shì)。 四、應(yīng)用前景四、應(yīng)用前景 除應(yīng)用于地質(zhì)巖心勘探、水文水井鉆鑿領(lǐng)域外，也可應(yīng) 用于其他復(fù)雜地層條件或不同應(yīng)用領(lǐng)域的鉆孔工程： 1、邊坡加固及滑坡治理的錨桿孔工程、疏水孔工程、邊坡加固及滑坡治理的錨桿孔工程、疏水孔工程：通常 其地層條件較復(fù)雜，易塌孔，目前多采用潛孔錘跟管鉆進(jìn)工 藝，鉆進(jìn)效率偏低，成本高。采用貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn) 方法，可較大提高鉆進(jìn)效率，降低鉆孔成本； 2、坑道內(nèi)的導(dǎo)水孔工程、坑道內(nèi)的導(dǎo)水孔工程：用潛孔錘正循環(huán)鉆進(jìn)，粉塵不易 消