第四講 鉆探設(shè)備及工藝

第二章鉆探設(shè)備與工藝

2.1鉆探方法的選擇2.2鉆探設(shè)備2.3鉆探工藝2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)2

一、鉆探工程的定義

鉆探工程是用一定的工具，在地殼內(nèi)按著一定的工藝破碎巖土體并取巖土試樣的整個(gè)過(guò)程，這項(xiàng)工程的結(jié)果即地殼內(nèi)的鉆孔。2.1鉆探方法的選擇2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)3二、鉆探工程的發(fā)展簡(jiǎn)史

1、中國(guó)古代鹽井鉆鑿技術(shù)發(fā)展時(shí)期

①第一階段——大口徑淺井時(shí)期：從公元前255年至公元1040年(自秦至宋初)。

李冰任蜀郡太守后，率領(lǐng)人民興修都江堰工程的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了多處鹽泉，通過(guò)認(rèn)真考察，初步掌握了水文地質(zhì)條件，并創(chuàng)造性地運(yùn)用大口徑水井開(kāi)鑿方法，成為了開(kāi)鑿我國(guó)第一口鹽井的開(kāi)拓者。

②第二階段——小口徑深井發(fā)明與推廣時(shí)期：公元1041－1048年(北宋慶歷年間)。③第三階段——小口徑深井鉆鑿工藝的完善和提高時(shí)期(明清)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)4

2、近代與現(xiàn)代鉆探發(fā)展過(guò)程

①鉆探工程用途越來(lái)越廣，鉆探工程量逐年上升(局部時(shí)期徘徊或下降)；

②鉆探設(shè)備種類越來(lái)越多，功能更多，性能更佳；

③鉆頭等鉆具品種種類越來(lái)越全，性能越來(lái)越優(yōu)；

④鉆進(jìn)方法越來(lái)越多，越來(lái)越先進(jìn)；

⑤中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在鉆探領(lǐng)域的技術(shù)差距較大。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)5三、鉆探施工過(guò)程

1、鉆孔的概念

鉆孔是從地表(或坑道中)向巖石中開(kāi)鑿的圓形斷面的空間，一般具有較小的直徑和較大的深度。直徑在25～500mm之間，稱為鉆孔。鉆孔的深度從數(shù)厘米到數(shù)千米，目前的鉆孔深度已超過(guò)10000m。鉆孔包括孔口、孔底、孔壁。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)6三、鉆探施工過(guò)程2、鉆探施工的主要工序

鉆進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)布置圖見(jiàn)圖2.1所示。 鉆進(jìn)按下列工序進(jìn)行：用升降機(jī)把鉆具下入孔內(nèi)；連接好所有接頭，開(kāi)泵；給鉆具加壓，并帶動(dòng)其回轉(zhuǎn)，破碎巖石；提鉆取心或更換鉆具；下鉆繼續(xù)鉆進(jìn)；鉆進(jìn)一段時(shí)間后及時(shí)測(cè)斜；提出全套鉆具，停鉆；封孔。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)7圖2.1鉆探現(xiàn)場(chǎng)布置全貌圖1-鉆頭；2-巖心；3-巖心管；4-異徑接頭；5-鉆桿柱；6-固定空口管；7-鉆機(jī)；8-回轉(zhuǎn)器；9-卡盤；10-提引水龍頭；11-游動(dòng)滑車；12-游動(dòng)鋼繩；13-天車；14-鉆塔；15-鉆機(jī)房；16-升降機(jī)；17-高壓膠管；18-泵；19-電動(dòng)機(jī)；20-循環(huán)槽；21-沉淀池；22-泥漿池；23-吸水管；24-拉力表；25-出水管2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)8四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類(一)應(yīng)用范圍1、地質(zhì)勘探：普查找礦鉆探；礦產(chǎn)勘探鉆探；水文地質(zhì)鉆探；工程地質(zhì)鉆探。2、開(kāi)采礦產(chǎn)資源鉆探：打水井；石油(天然氣)鉆探；鹽井鉆探。3、煤礦井下鉆探：地質(zhì)勘探鉆探；瓦斯抽放鉆探；排放水鉆探；錨桿錨索鉆探；救援鉆探。4、工業(yè)鉆探：加固建筑物的基樁孔；建大橋的大直徑(橋墩施工用空間)鉆孔；以測(cè)量地面沉降精確變比資料的標(biāo)孔；加固水壩、防漏水的防滲漏墻；利用鉆孔灌注水泥防治地質(zhì)災(zāi)害(地面錨索、桿孔)；鋪設(shè)管道、電纜的技術(shù)孔；礦山的豎井、通風(fēng)井及多種輔助井；代替開(kāi)挖隧道打大斷面的地下坑道；用于軍事，如導(dǎo)彈的發(fā)射井。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)9(二)鉆探方法的分類1、根據(jù)鉆進(jìn)時(shí)取心的特點(diǎn)分類——巖心鉆探和不取心(無(wú)巖心、無(wú)心、全面)鉆探。2、根據(jù)鉆孔用途分類——按鉆探的應(yīng)用范圍分出相應(yīng)類型。3、根據(jù)鉆孔中心線的傾角和方位角分類——垂直孔(上、下垂)、下斜孔、上仰孔、水平孔。4、根據(jù)鉆孔位置的分類——地表鉆探、水上(河、湖、海)鉆探、地下坑道鉆探。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)10四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類(二)鉆探方法的分類5、根據(jù)鉆孔布置方法分類——叢狀鉆探

(圖2.2)、多井筒鉆探(圖2.3)、多孔底鉆探

(圖2.4)。圖2.2叢狀布孔圖2.3多井筒布孔圖2.4多孔底布孔2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)11四、鉆探工程的應(yīng)用范圍和分類(二)鉆探方法的分類6、根據(jù)破巖形式分類(1)物理方法破巖：①高溫（1400℃～3500℃）、高壓（200~250MPａ）破巖；②用超聲波和低聲波破巖；③用爆破、高壓水射流等方法破巖。(2)化學(xué)方法破巖：此法使用較少，如溶解、軟化巖石等。(3)機(jī)械方法破巖：使用最為廣泛，其分類如圖2.5所示。

2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)12沖擊鉆進(jìn)手動(dòng)沖擊鉆進(jìn)機(jī)械沖擊鉆進(jìn)沖擊器鉆進(jìn)鉆機(jī)鉆進(jìn)液動(dòng)沖擊器鉆進(jìn)風(fēng)動(dòng)沖擊器鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)手動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)機(jī)械回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)深井回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)硬質(zhì)合金鉆進(jìn)鉆粒鉆進(jìn)金剛石鉆進(jìn)螺旋鉆進(jìn)震動(dòng)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)井底發(fā)動(dòng)機(jī)鉆進(jìn)渦輪鉆進(jìn)螺桿鉆進(jìn)電鉆進(jìn)其它沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)圖2.5機(jī)械破碎巖石的鉆探方法分類2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)13(二)鉆探方法的分類7、根據(jù)鉆進(jìn)使用的沖洗液分類清水鉆進(jìn)；乳化液鉆進(jìn)；泥漿鉆進(jìn)(含加重泥漿)；飽和鹽溶液鉆進(jìn)(鉆鹽井，以防溶解巖心和孔壁)；空氣鉆進(jìn)；泡沫鉆進(jìn)；霧化鉆進(jìn)；充氣泥漿鉆進(jìn)(降低泥漿比重，以防漏失)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)14

(二)鉆探方法的分類

8、根據(jù)沖洗液循環(huán)方式分類

鉆孔沖洗液的循環(huán)方式示意圖如圖2.6所示。沖洗液正循環(huán)鉆進(jìn)沖洗液反循環(huán)鉆進(jìn)全孔反循環(huán)鉆進(jìn)孔底局部反循環(huán)鉆進(jìn)圖2.6鉆孔沖洗液的循環(huán)方式a-全孔正循環(huán)；b-全孔反循環(huán)；c-孔底局部反循環(huán).1-來(lái)自泵；2-往沖洗液沉淀系統(tǒng)2.2鉆探設(shè)備2.2.1鉆機(jī)2.2.2泥漿泵2.2.4鉆塔及其附屬設(shè)備2.2.3動(dòng)力機(jī)2.2.5其它設(shè)備2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)162.2.1鉆機(jī)

一、鉆探工藝對(duì)鉆機(jī)功能的基本要求

1、提供使鉆桿柱及碎巖鉆具(鉆頭)破巖所需的回轉(zhuǎn)動(dòng)力；

2、提供鉆具克入巖石的壓力，并能調(diào)節(jié)；

3、具有起下鉆具的能力。 二、鉆機(jī)的類型

用于巖心鉆探的鉆機(jī)分為：機(jī)械式鉆機(jī)(包括立軸式鉆機(jī)和轉(zhuǎn)盤鉆機(jī))、全液壓鉆機(jī)。 當(dāng)然還有旋挖鉆機(jī)、車裝鉆機(jī)、履帶式鉆機(jī)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)17XY-4型立軸式巖心鉆機(jī)GPS—15型轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)18G-3型全液壓鉆機(jī)全液壓坑道鉆機(jī)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)19旋挖鉆機(jī)旋挖鉆機(jī)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)20車裝鉆機(jī)履帶式跟管鉆機(jī)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)21三、選用、評(píng)價(jià)鉆機(jī)的主要參數(shù)鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)有以下三種：1、基本參數(shù)：是反映鉆機(jī)鉆進(jìn)能力最穩(wěn)定的參數(shù)。一般用鉆進(jìn)深度和使用鉆桿的直徑聯(lián)合表示。2、主要參數(shù)：它取決于基本參數(shù)。主要有——回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速、上頂力和鉆進(jìn)力、給進(jìn)速度和行程、提升能力和提升速度、鉆進(jìn)的重量與外廓尺寸、動(dòng)力機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速等參數(shù)。3、一般參數(shù)：從屬于基本參數(shù)和主要參數(shù)，如鋼絲繩直徑、卷筒直徑等，反映次要技術(shù)參數(shù)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)22四、機(jī)械傳動(dòng)式鉆機(jī)的構(gòu)成部件

(一)回轉(zhuǎn)器與卡盤

回轉(zhuǎn)器的功用是傳遞回轉(zhuǎn)動(dòng)力，提供鉆速和轉(zhuǎn)矩，能正反轉(zhuǎn)。卡盤(轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)無(wú)此件，主軸式鉆機(jī)的卡盤常與回轉(zhuǎn)器連為一個(gè)部件)的任務(wù)也是傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩(它起加緊鉆桿的作用)，同時(shí)還傳遞軸向運(yùn)動(dòng)和鉆進(jìn)(上頂)力。

(二)給進(jìn)機(jī)構(gòu)

給進(jìn)機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，其任務(wù)是：稱量鉆頭質(zhì)量；進(jìn)行加壓或減壓鉆進(jìn)；提供一定的軸向壓力和鉆進(jìn)速度；倒桿、提動(dòng)和懸掛鉆具；強(qiáng)力起拔鉆具等。給進(jìn)機(jī)構(gòu)有以下兩種：①液壓給進(jìn)——通過(guò)油缸給進(jìn)；②手動(dòng)機(jī)械給進(jìn)——邊回轉(zhuǎn)邊通過(guò)機(jī)械手動(dòng)給進(jìn)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)23

(三)升降機(jī)

又稱卷?yè)P(yáng)機(jī)或絞車。在鉆進(jìn)過(guò)程中升降鉆具和套管。進(jìn)行減壓鉆進(jìn)，處理孔內(nèi)事故時(shí)，配合給進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)力起拔。

(四)變速箱和分動(dòng)箱

變速箱用來(lái)變更回轉(zhuǎn)器和升降機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩；分動(dòng)箱的作用是將動(dòng)力傳送分配給回轉(zhuǎn)器和升降機(jī)，或聯(lián)動(dòng)兩者同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。

(五)摩擦離合器

摩擦離合器是用來(lái)切斷或接通動(dòng)力機(jī)傳來(lái)的動(dòng)力；完成鉆機(jī)換檔和孔內(nèi)特殊工序操作(如套巖心、扭斷巖心)；起過(guò)載保護(hù)作用。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)24

(六)機(jī)座

可分為兩種類型：開(kāi)合式讓開(kāi)孔口機(jī)座(為整合式)、后移式讓開(kāi)孔口機(jī)座。

圖2.7立軸式鉆機(jī)部件構(gòu)成簡(jiǎn)圖1-電動(dòng)機(jī)；2-油泵；3-摩擦離合器；4-變速箱；5-分動(dòng)箱；6-回轉(zhuǎn)器；7-升降機(jī)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)25五、全液壓鉆機(jī)

全液壓鉆機(jī)是指鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)、鉆進(jìn)和升降鉆具等機(jī)構(gòu)均用液壓驅(qū)動(dòng)完成。全液壓鉆機(jī)一般是由主機(jī)、泵站、操作臺(tái)三部分組成，中間用高壓油管連接。如圖2.8所示：圖2.8全液壓鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)26五、全液壓鉆機(jī)全液壓鉆機(jī)的特點(diǎn)：外形和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)機(jī)械式鉆機(jī)完全不同，由三部分組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速；實(shí)現(xiàn)無(wú)塔升降，能機(jī)械自動(dòng)擰卸鉆具；操作方便，使用工人少；可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離操作，操作更加安全，甚至可實(shí)現(xiàn)遙控操作；但也存在不足：ａ、消耗功率大，機(jī)械效率低；ｂ、液壓原件精度要求高，對(duì)液壓油的質(zhì)量、過(guò)濾精度要求也很嚴(yán)格，因此維護(hù)保養(yǎng)較困難。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)272.2.2泥漿泵一、泥漿泵在鉆探工作中的作用

泵是通過(guò)一定的方式將動(dòng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w壓力能的設(shè)備。泥漿泵是泵在鉆探中應(yīng)用的設(shè)備。有以下用途：提供沖洗液以清除巖屑；向孔底鉆具供給能量——如給渦輪鉆具、螺桿鉆頭、液動(dòng)沖擊鉆具及其它水力沖擊鉆具提供動(dòng)力；輸送特種物質(zhì)——如堵漏、封孔時(shí)，利用泵向孔內(nèi)灌注水泥漿或其它堵漏物質(zhì)；判斷孔內(nèi)情況——利用水泵的儀表在地面及時(shí)了解孔內(nèi)的一些情況。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)28二、泵的分類泵由于其能量轉(zhuǎn)換的方式不同，可分為不同的類型:容積式泵

動(dòng)力式泵——離心泵、軸流泵等——靠旋轉(zhuǎn)葉輪進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換往復(fù)式泵——活塞泵、柱塞泵等回轉(zhuǎn)式泵——螺桿泵、齒輪泵等其它泵——電磁泵、水錘泵、噴射泵等——靠其它方式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換靠密閉腔容積變化進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換鉆場(chǎng)上常用容積式活塞泵作為沖洗液循環(huán)泵。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)29NBQ25-380電驅(qū)動(dòng)泥漿泵NBQ25-380型柴油驅(qū)動(dòng)泥漿泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)30三、鉆探工作對(duì)泥漿泵的要求流量均勻且能在較大的范圍內(nèi)調(diào)整流量具有一定的強(qiáng)制壓力及較大的調(diào)壓范圍排量要穩(wěn)定具有超載承受能力和保護(hù)措施要適應(yīng)野外施工的惡劣環(huán)境運(yùn)移性要好2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)31四、往復(fù)式泵的工作原理圖2.9單作用泵工作原理示意圖圖2.10雙作用泵工作原理示意圖1-活塞；2-排水活門；3-吸水活門；4-活塞桿；5-排水管；6-吸水管；7-水源箱2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)32五、煤田鉆探常用泥漿泵

煤田鉆探常用的泥漿泵為幾個(gè)泵(常說(shuō)幾缸)組成的泥漿泵。如NBB系列是由三個(gè)單作用活塞泵組成，而TBW系列是由兩個(gè)雙作用活塞泵組成。TBW系列泥漿泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)33NBQ35—600W型五缸泥漿泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)342.2.3動(dòng)力機(jī)

現(xiàn)代巖心鉆探設(shè)備中，主要使用以下類型的動(dòng)力機(jī)(動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置)：電力驅(qū)動(dòng)裝置——電動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)——汽油機(jī)、柴油機(jī)(常用)、用原油為燃料的燃燒室式內(nèi)燃機(jī)氣動(dòng)動(dòng)力機(jī)液動(dòng)動(dòng)力機(jī)在井下，尤其是在粉塵爆炸危險(xiǎn)的礦井內(nèi)常用2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)352.2.4鉆塔及其附屬設(shè)備一、鉆塔1、鉆塔的作用 鉆塔是安裝鉆探設(shè)備和操作工人活動(dòng)的場(chǎng)所。鉆塔在鉆進(jìn)工程中主要用于起下鉆具；在處理事故時(shí)，用來(lái)處理井內(nèi)事故及起下套管。2、鉆探工作對(duì)鉆塔的要求要求鉆塔有足夠的承載能力及足夠的剛度；要求鉆塔有合理的高度及足夠的上下頂面積；此外，要求鉆塔自重輕，運(yùn)移性好，拆卸、安裝、操作方便，安全可靠，制造成本低廉。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)36一、鉆塔3、鉆探的類型按制造鉆塔的材質(zhì)分類金屬鉆塔木質(zhì)鉆塔按鉆塔的構(gòu)造分類三角鉆塔四角鉆塔兩腳輕便鉆塔桅桿式鉆塔二、鉆塔的附屬設(shè)備天車游動(dòng)滑車提引鋼絲繩梯道安全欄桿或土電梯簡(jiǎn)易場(chǎng)房防雨天棚蓋避雷針2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)37圖2.11帶普通手搖轆的三腳架2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)38圖2.13兩腳輕便鉆塔1-下主腿；2-中主腿；3-上主腿；4-副腿；5-天車帽；6-天輪；7-天輪軸；8-繃?yán)K；9-塔衣繃?yán)K；10-活動(dòng)工作臺(tái)圖2.12四角鉆塔1-上部工作面活動(dòng)棚頂；2-上部工作面；3-活動(dòng)棚頂；4-玻璃窗；5-塔外安全掛梯2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)39圖2.14桅桿的結(jié)構(gòu)及豎立形式a-整體豎立式；b-折疊式；c-伸縮式圖2.15角鋼四腳斜塔結(jié)構(gòu)示意圖2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)402.2.5其它設(shè)備空壓機(jī) 提供高壓風(fēng)，供空氣、泡沫風(fēng)動(dòng)沖擊鉆進(jìn)使用。泡沫發(fā)生器、泡沫注入泵 這兩種設(shè)備是泡沫鉆進(jìn)的專用設(shè)備。擰管器 立軸式、轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)配套擰卸鉆桿用。除砂(泥)器、振動(dòng)篩 供除去泥漿中的巖屑使用。柴油發(fā)電機(jī)組 提供無(wú)電工區(qū)動(dòng)力和照明電。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)41空壓機(jī)泡沫發(fā)生器擰管器泡沫注入泵2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)42除砂器振動(dòng)篩2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)432.3.1設(shè)備安裝與開(kāi)孔2.3鉆探工藝2.3.2硬質(zhì)合金鉆進(jìn)2.3.3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)442.3.1.1設(shè)備的安裝

一、修筑地盤(平整場(chǎng)地)應(yīng)注意的事項(xiàng)如下：①地盤的位置由設(shè)計(jì)位置確定。②地面應(yīng)平整，且有一定的抗壓強(qiáng)度。③在山坡修筑地盤時(shí)，應(yīng)注意靠山坡一面的坡度，對(duì)于堅(jiān)硬穩(wěn)固巖石，一般不超過(guò)60°；對(duì)于松軟巖石坡度應(yīng)小于45°。④填方面積不得超過(guò)地盤面積的四分之一；填方必須夯實(shí)。⑤需進(jìn)行鑿巖爆破時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按安全規(guī)程進(jìn)行。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)45二、修建地基修建地基的主要目的是為了能承受鉆探設(shè)備等的荷重。常見(jiàn)的地基類型如下:淺槽地基——適合較實(shí)的土壤地面，基臺(tái)槽底墊石、土，夯實(shí)。如圖2-16(a)所示。臥枕地基——在比較松軟或填方部分不夠堅(jiān)實(shí)時(shí)使用。如圖2-16(b)所示。豎樁地基——適用于承受性較差的潮濕地面或山坡地基的填方一側(cè)。如圖2-16(c)所示。深坑地基——一般用于較堅(jiān)實(shí)的土壤上，作柴油機(jī)底的基礎(chǔ)?；炷恋鼗硗淋浻膊痪蜚@進(jìn)深孔時(shí)采用。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)46二、修建地基（a）（b）（c）圖2-16

地基的形式a:淺槽地基1-基臺(tái)木；2-基臺(tái)枕。b：臥枕地基1-臥枕地基；2-上、下基臺(tái)木；3-扒釘。c：豎樁地基1-上基臺(tái)木；2-下基臺(tái)木；3-扒釘；4-涂瀝青或柏油處；5-豎樁；6-螺絲桿2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)47

三、鉆塔安裝

在鉆孔位布置好的基臺(tái)上將使用的鉆塔豎起稱為鉆塔安裝。其安裝方法為：整體安裝——適合“A”字形鉆塔和三腳鉆塔。在地形平坦廣闊處四腳鉆塔安裝也可采用此法。分節(jié)安裝——多用于四腳鉆頭的安裝。 四、機(jī)械安裝

根據(jù)不同的機(jī)型，按照要求，依次將鉆機(jī)、中間軸、動(dòng)力機(jī)、水泵等用螺桿固定在基臺(tái)上。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)48一、鉆孔的結(jié)構(gòu)及其選擇

鉆孔結(jié)構(gòu)是由孔口、孔深、孔壁等要素組成。在實(shí)際鉆進(jìn)中遇特殊情況，可適當(dāng)調(diào)整鉆孔的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)滿足地質(zhì)或工程要求。右圖2-17為常見(jiàn)的鉆孔結(jié)構(gòu)圖，有的僅下孔口管，有的可能還下幾層套管。圖2-17

鉆孔結(jié)構(gòu)圖2.3.1.2開(kāi)孔工作2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)49二、開(kāi)孔開(kāi)孔前及開(kāi)孔過(guò)程中的注意事項(xiàng):準(zhǔn)備好所有鉆進(jìn)用器材；對(duì)鉆探設(shè)備及安裝質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查；制定鉆孔的施工方案和技術(shù)措施；要防止孔斜；應(yīng)注意護(hù)壁；鉆進(jìn)規(guī)程應(yīng)該輕壓慢轉(zhuǎn)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)50一、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的定義 利用鑲焊在鉆頭上的硬質(zhì)合金切削具，作為破碎巖石的工具，這種鉆進(jìn)方法通稱為硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。二、硬質(zhì)合金鉆進(jìn)的特點(diǎn)硬質(zhì)合金鑲焊在鉆頭體上比較堅(jiān)固、方便；可以靈活改變鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)；操作簡(jiǎn)單方便；易保證鉆孔質(zhì)量；成本低；但受硬質(zhì)合金本身強(qiáng)度和耐磨性限制，此法不能鉆進(jìn)堅(jiān)硬、強(qiáng)研磨性巖石。2.3.2硬質(zhì)合金鉆進(jìn)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)51

三、孔底碎巖過(guò)程

1、塑性巖石中的碎巖過(guò)程切削具在Py作用下切入巖石，在Px作用下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切削具前面的巖石不斷塑性流動(dòng)，并自由滑移，這種現(xiàn)象為切削。如圖2-18所示。圖2-18切削具在雙向力作用下切入塑性巖石2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)52 2、塑脆性巖石中的碎巖過(guò)程在塑脆性巖石中，巖石破碎大體分為三個(gè)過(guò)程，即吃入、小剪切、大剪切，如圖2-19所示。（a）（b）（c）

圖2-19切削具破碎塑脆性巖石的過(guò)程（a）-切入；（b）-小剪切；（c）-大剪切2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)53四、切削具的磨損

在實(shí)際的鉆進(jìn)過(guò)程中，切削具的不同部位磨損程度有很大差異，切削具出刃的內(nèi)、外磨損量是不均勻的，如圖2-20所示。y外>y內(nèi)>yt外>t內(nèi)>t

隨著切削具的磨損，與巖石接觸面積加大，因而，引起單位面積上的比壓下降，機(jī)械鉆速減小。y——切削刃磨損高度；y內(nèi)——切削刃內(nèi)側(cè)磨損高度；y外——切削刃外側(cè)磨損高度；t——刃端磨損寬度；t內(nèi)——刃端內(nèi)側(cè)磨損寬度；t外——刃端外側(cè)磨損寬度；b——環(huán)槽寬度（切削寬度）；r——環(huán)槽內(nèi)徑；R——環(huán)槽外徑圖2-20切削具的實(shí)際磨損情況2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)54

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)是將沖擊式鉆進(jìn)和回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)結(jié)合起來(lái)的一種鉆進(jìn)方法，其孔內(nèi)鉆具的結(jié)構(gòu)是在一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆具的基礎(chǔ)上，加上一個(gè)沖擊器。在取心鉆進(jìn)中，沖擊器安裝在巖心管上端；在無(wú)心鉆進(jìn)中，則直接安裝在鉆頭的上方。 該方法不但可提高硬巖鉆進(jìn)效率，而且降低鉆頭的磨損，并有利于防斜。鉆頭的選擇既可采用硬質(zhì)合金鉆頭，也可用金剛石和牙輪鉆頭。2.3.3沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)55

一、沖擊器的分類 沖擊器是沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的關(guān)鍵部位，按動(dòng)力方式分為：液動(dòng)沖擊器：采用高壓水或泥漿做動(dòng)力介質(zhì)。氣動(dòng)沖擊器：又稱氣動(dòng)潛孔錘，采用壓縮空氣作為動(dòng)力介質(zhì)。機(jī)械作用式?jīng)_擊器：利用某種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在鉆具回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生沖錘上下的動(dòng)作。 其中，在鉆探工作中，液動(dòng)沖擊器和氣動(dòng)沖擊器使用較多。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)56二、液動(dòng)沖擊器

(一)液動(dòng)沖擊器的類型

(二)液動(dòng)沖擊器的工作原理

1、閥式正作用液動(dòng)沖擊器 閥式正作用液動(dòng)沖擊器是以液壓推動(dòng)沖擊錘下進(jìn)行沖擊，用彈簧恢復(fù)其原位特征，其工作原理如圖2-21所示。液動(dòng)沖擊器的類型閥式無(wú)閥式射吸式反作用雙作用射流式正作用圖2-21閥式正作用液動(dòng)沖擊9-器工作原理圖1-外殼；2-活閥座墊圈；3-閥簧；4-活閥；5-沖錘活塞；6-錘簧；7-鐵砧；8-緩沖墊圈2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)57

(二)液動(dòng)沖擊器的工作原理

2、無(wú)閥式射吸液動(dòng)沖擊器

SX—54Ⅲ型射吸式?jīng)_擊器由云南地礦局研制，其工作原理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖2-22所示。 該沖擊器利用高壓液流噴射時(shí)的卷吸作用，使閥與活塞、沖錘的上下腔產(chǎn)生交變壓力差，從而推動(dòng)沖錘活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。閥和活塞的回程和沖程均由液壓推動(dòng)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)58圖2-22SX-54Ⅲ型射吸式?jīng)_擊器工作原理圖a-未送水時(shí)的起始狀態(tài)；b-送水時(shí)的起始狀態(tài)；c-舉錘是的回程狀態(tài)；d-沖程開(kāi)始1-噴嘴；2-上腔；3-活塞；4-閥；5-沖錘；6-下腔；7-砧子；8-低壓腔；9-高壓腔；10-產(chǎn)生水擊區(qū)；11-降壓區(qū)2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)59三、氣動(dòng)沖擊器(潛孔錘)

(一)氣動(dòng)沖擊器的分類

目前，潛孔錘根據(jù)配氣方式分為有閥和無(wú)閥兩大類。無(wú)閥潛孔錘因免去了配氣閥片，比有閥潛孔錘節(jié)約30%的空氣消耗，還具有零件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造容易等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)閥的運(yùn)行原理，分為控制閥、自由閥和混合閥三類。 根據(jù)排粉吹氣方式，分為中心排氣吹粉、前端排氣吹粉和旁側(cè)排氣吹粉。 根據(jù)活塞結(jié)構(gòu)，分為同徑活塞、異徑活塞和串聯(lián)活塞。 根據(jù)整體結(jié)構(gòu)，分為貫通式和非貫通式。 根據(jù)鉆頭數(shù)，分為單頭潛孔錘和多頭潛孔錘(或叫捆綁式，3~16個(gè)頭)。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)60圖2-23無(wú)閥氣動(dòng)潛孔錘結(jié)構(gòu)示意圖1-單向閥；2-進(jìn)氣道；3-上閥；4-上進(jìn)氣道；5-內(nèi)缸體；6-沖錘；7-外殼；8-鉆頭；9-下排氣道；10下腔室；11-中心孔；12-上腔室 (二)無(wú)閥式氣動(dòng)沖擊器的工作原理 結(jié)構(gòu)如圖2-23所示。壓縮空氣經(jīng)接頭內(nèi)孔推開(kāi)單向閥，經(jīng)過(guò)氣道進(jìn)入沖錘下腔室，推動(dòng)沖錘上行，上腔室內(nèi)的氣體從沖錘中心孔排出，當(dāng)繼續(xù)上行接觸上閥時(shí)，中心孔被關(guān)閉，與此同時(shí)，沖錘②部位關(guān)閉下腔進(jìn)氣道，沖錘再上行使沖錘①部位離開(kāi)內(nèi)缸體時(shí)，從而打開(kāi)上腔進(jìn)氣道，使上進(jìn)氣道與上腔室相通。此時(shí)沖錘③部位打開(kāi)下排氣道，使下腔室的氣體從鉆頭中心孔排出，從而壓縮空氣推動(dòng)沖錘下行直至沖擊鉆頭破碎井底巖石。2023/2/5現(xiàn)代鉆探技術(shù)61四、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭受力條件比較復(fù)雜。因此，液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭具有以下特點(diǎn):鋼體常采用40Cr、45CrNi合金鋼；選用抗沖擊性較強(qiáng)的合金；刃角較大，采用八角柱狀不對(duì)稱切削具較多；底出刃較大，多為平底形；水口通道斷面較大，有利于冷卻和減少背壓，水口形式多采用三角形和半圓形。 常用的液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)硬質(zhì)合金鉆頭的結(jié)構(gòu)如圖2-24所示。 潛孔錘鉆進(jìn)選用的鉆頭承受較大動(dòng)載荷及摩擦作用，要求鉆頭體具有較高的表面硬度和較好的耐磨性及足夠的沖擊韌性。鉆頭有刃