地質(zhì)鉆探的幾種鉆進方法

李萬鵬

（黑龍江省煤田地質(zhì)二○四勘探隊，黑龍江 七臺河 154600）

地質(zhì)鉆探的目的是為了鑒別鉆進地質(zhì)的巖層的性質(zhì)，確定埋藏的深度和厚度，進行地質(zhì)試驗的試樣，查明鉆進范圍內(nèi)的水文地質(zhì)情況。

1 機械沖擊回轉(zhuǎn)鉆進

鉆探設(shè)備型號有很多種，代表性型號有Q J D-50，S H-2，G-2 A，G J D-2（見表 1）

表1 工程地質(zhì)鉆機

2 振動鉆進

利用偏心重錘在旋轉(zhuǎn)時的離心力產(chǎn)生的振動，帶動鉆桿和鉆頭，使周圍巖石也發(fā)生振動，降低巖層或土壤的強度。鉆頭在振動力和鉆具、振動器自重作用下，吃入巖土層，實現(xiàn)鉆進。該類振動分為圓周振動和定向振動，振動頻率一般為1200~2500次/mi n,振動頻率小，效率就低。振動力應(yīng)足夠大，但不應(yīng)超過設(shè)備和鉆具的允許值，鉆桿直徑為50 mm時，雙軸雙輪振動器的最大允許振動力為6000~6500 k g f（l g f-9.8 N），單軸振動器最大允許振動力為4500~5000 k g f（l k g f-9.8 N）,超過允許值則易發(fā)生鉆桿折斷事故。在土層中鉆進時，鉆速可達2 m/mi n以上，鉆進效率較人力鉆進提高3~4倍，而單位進尺的成本僅為人力鉆進的1/8~1/10。鉆進方法如圖1所示。

2.1 振動器

振動器類型有普通式振動器、帶彈簧加重物的振動器、振動錘等。地質(zhì)鉆探常用的振動器為普通雙軸雙輪振動器和振動錘。普通雙軸雙輪振動器：振動器所有零件均裝在殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)偏心輪產(chǎn)生的離心力通過外殼和接頭傳給鉆具。工作時，最大振動力要比孔內(nèi)鉆具重量大20%~30%。鉆具的質(zhì)量隨著鉆孔的深度而增加，所以，振動力也應(yīng)增大。通過振動器偏心輪的質(zhì)量、偏心距、轉(zhuǎn)數(shù)來凋節(jié)振動力的大小，一般的方法是改變偏心輪轉(zhuǎn)數(shù)和質(zhì)量。直流電動機用于改變轉(zhuǎn)數(shù)，增加或減少偏心輪孔眼上的固定物，改變偏心輪的質(zhì)量和偏心距。電動機和振動器一起振動，電動機要承受動負荷，因此，一般把電動機不直接安裝在振動器上，而用彈簧隔開。由于彈簧的緩沖作用，減弱電動機的振動。

振動錘：它由電動機、振動器、彈簧、沖頭、砧子和接頭等組成。特點是振動器與鉆具分離。在振動力的作用下，振動器產(chǎn)生振動，沖頭沖擊砧子，并拉長彈簧。變形的彈簧復(fù)原，引起沖擊器上跳，產(chǎn)生向上的振動力，沖頭不接觸砧子。由于振動錘具有振動和沖擊雙重作用，鉆進效率較高，適用于在致密土壤中鉆進。

2.2 鉆進工藝

振動鉆進適用于在砂、亞砂土、亞黏土、黏土中鉆進。振動鉆進時，鉆具沉入地層能力與振動力、振幅、振頻、鉆具自重有關(guān)，振動力應(yīng)足以克服土壤抗斷強度。振動力大時允許振頻稍有降低；反之則須增加振頻。鉆具自重應(yīng)足以克服土壤的摩擦阻力，并保證一定的沉入速度。振幅要高于一定限度。

振動鉆頭，用直徑為89~168 mm的套管制作，下端有可拆卸的帶刃管鞋，管鞋外徑比套管外徑大2 mm，內(nèi)外差應(yīng)在2~4 mm（如圖2所示）。

振動鉆頭的管壁上，沿軸向開有縱切口，切口所對圓心角為10°~60°。圓心角的大小決定于巖層性質(zhì)，鉆進未黏結(jié)的含水層時，郾口角小；鉆進黏結(jié)的巖層時，圓心角大。切口長1.5~2 m。縱切口數(shù)目與巖層有關(guān)，在半干的黏土層中鉆進，鉆頭不宜過長，且?guī)в?~3個縱切口，切口的寬度為鉆頭直徑的0.4~0.8倍，以防鉆頭因強度和剛度減小而在鉆進中被扭曲或劈開。在干砂、濕砂、含礫砂層鉆進時，采用不帶縱切口或帶一個不寬的縱切口的鉆頭。

振動鉆進時，若用不帶縱切口的鉆頭鉆進，巖心上部松軟，而下部卻非常密實，以致鉆速急劇下降，進尺很快停止，提鉆后需將巖心打碎才能取出。用帶有一個縱切口的鉆頭鉆進時，鉆進深度增大后，巖心下部和切口對面的巖心仍被壓實，而巖心上部和切口處的巖心未被壓實。帶有兩個縱切口的鉆頭鉆進時，鉆進深度更大，效率更高，但靠近鉆頭的巖心仍有被壓實現(xiàn)象。

振動鉆進取巖心時，要先把鉆頭轉(zhuǎn)動一定角度，割斷巖心與巖體的聯(lián)系，再把鉆頭和巖心一起提出地表。

采用振動鉆進，巖樣的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有一定的破壞，濕度也有變化，但符合地質(zhì)的要求，地質(zhì)剖面準確可靠。

3 螺旋鉆進

螺旋鉆桿帶動螺旋鉆頭回轉(zhuǎn)，破碎孔底巖石獲取進尺，破碎下來的巖粉不通過循環(huán)沖洗液清除，而是借助螺旋鉆桿與孔壁組合的螺旋輸送傳到地面，螺旋鉆進方法屬干式回轉(zhuǎn)全面鉆進，適宜1~4級軟巖層的工程地質(zhì)鉆進，在大口徑鉆探、水文地質(zhì)鉆探等方面也廣泛應(yīng)用。螺旋鉆進孔深一般為25~50 m，最深不超過100 m，孔徑為120~300 mm。

4 結(jié)語

鉆進在地質(zhì)鉆探工程中是非常重要的環(huán)節(jié)，鉆進方法是鉆探工程的關(guān)鍵，在具體工作中必須從實際出發(fā)，采取科學(xué)的方法和措施。

［1］ 王德強.保證巖土工程鉆探質(zhì)量應(yīng)注意的問題［J］.硅谷，2010，（5）：42-43.

［2］ 許傳榮，段華棟.巖土工程勘察中存在的問題［J］.科技與生活，2010，（7）：64-65.

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