全液壓輕便鉆機在水平鉆進中的應用

【摘要】全液壓輕便鉆機具有鉆進效率高、結構簡單、拆裝方便、重量輕、液壓控制、無極調速等優點。尤其在水平鉆進時，給進架輕松轉動90°，鉆進行程長，使立軸在水平鉆進中保持很好的角度，且不用頻繁拆卸短鉆桿，鉆進效率高，成孔效果好。

【關鍵詞】輕便鉆機；水平鉆進；拆卸簡單

1、前沿

全液壓輕便鉆機是為了滿足不同的鉆進需求而設計的，采用獨立模塊化設計，模塊間采用液壓油管和電纜連接，體積小，質量小，拆遷組裝方便快捷，可迅速調整鉆進參數 。其給進行程達1.7米，在進行水平孔或斜孔鉆進時，可以很好的控制鉆孔角度。

2、常規地質鉆機與全液壓鉆機的比較

目前在地質勘探中常用的鉆機是XY系列。XY系列鉆機具有結構緊湊，耐用，鉆進能力強等特性，通用性較好。其缺點主要有：1）機器笨重，拆裝程序復雜，搬遷不便；2）鉆進行程短，僅有600mm。在水平鉆進時，XY系列鉆機需要將機頭扭轉90°進行工作。扭轉后，鉆塔無法使用，起降鉆桿需要靠鉆機的給進裝置來回移動實現，但給進行程只有600mm，速度慢；或者通過增加和固定滑輪組和卷揚來實現提升鉆桿。

全液壓輕便鉆機的優點是全液壓控制，各類參數調整快捷，可以實現無級變速；模塊化設計拆裝與搬運方便；給進行程大，自動化程度較高；遠離孔口操作安全性高。

全液壓輕便鉆機的缺點是：自重輕，穩定性較弱；復雜地層鉆進能力較弱，一是全液壓系統負載保護的設計，不能快速加壓通過復雜地層，二是設計扭矩遠小于常規機械鉆機，降低了鉆進能力且易卡鉆。以上缺點導致其復雜地層鉆進能力較弱、易發生孔故；無塔式設計或桅桿式鉆塔設計加之扭矩較小，導致其處理孔故能力較弱。

3、水平鉆進工藝研究

3.1全液壓輕便鉆機的特點

全液壓鉆機具備的特點有：1）模塊化設計。整套設備分為控制模塊、鉆進模塊、底座模塊、動力模塊、液壓油冷卻模塊、水泵模塊、卷揚模塊。各模塊之間通過電纜和液壓油管連接，運輸、搬遷時方便、輕巧；2）給進行程大。該系列鉆機的行程一般為1.5～2m，是XY系列鉆機的2～3倍，降低倒桿次數，增加純鉆進時間，提高鉆進效率；3）自動化程度高。采用液壓卡盤，自動擰卸鉆桿，降低了勞動強度。3）安全性高。控制裝置遠離孔口，司鉆員可以在遠處觀察鉆進情況，針對不同的情況采取應對措施。

3.2 水平鉆進主要部件

（1） 給進架

給進架是由一個鋼體架和一個雙軌導桿組成，行程1.7米，直接用于推進和提引動力頭。給進架的提引力為4284Kg，推進力為2610Kg。

（2）頂桿裝置

整個裝置安裝在一個鋼架上，并可固定于地面。

操作者可以手動調節鉆進角度：固定角度時，先拆掉兩節伸縮式張緊裝置的固定螺栓，再拆掉三節伸縮式張緊裝置的固定螺栓，然后手動調節給進架角度。達到預定的角度后，重新擰緊固定螺栓。可以在0°～ -90°之間任意調節。

（3） 延伸軌道

鉆機裝配有一個桅桿式延伸軌道，置于給進架上方，通過螺栓固定兩個鋼板與給進架連接。鉆機也配有一套滑輪或是導向滑輪，用于快速收放鋼絲繩。

（4）繩索絞車

繩索絞車包括一個液壓動力裝置和一個鐵滾輪，可容納直徑為0.48厘米的鋼絲繩250米，提升能力800Kg。

3.3 水平鉆進技術及要點

水平鉆孔施工難點是預防鉆孔傾斜及掉塊。為保證鉆孔的角度，前期準備工作要充分，并著重把握好

如下鉆進技術及要點措施。

1）安裝鉆機要穩固扎實。由于全液壓輕便鉆機整體重量輕，結構簡單，鉆進過程中阻力較大時，會造成鉆機左右晃動或者基座上抬，穩定性較差。可擴大鉆機底座，增加鉆機的穩定性；或者用方鋼加工新底座，用地錨將底座與場地緊密連接。

2）水平鉆孔鉆桿選擇。當所用鉆桿與孔徑尺寸相差較大時，鉆進加壓會使局部鉆桿彎曲，導致鉆孔向下或向上偏移。為此，選用 75 mm 的繩索取芯鉆具及配套的 73mm 鉆桿，孔壁間隙較小，同時有效防止孔壁掉塊。此外，在鉆進加壓過程中也不容易使鉆桿彎曲。

3）鉆孔開孔。開孔前，通過地質羅盤和萬能角度尺組合，確保立軸與鉆孔方向一致。

4）鉆進參數控制。水平孔鉆進時，鉆頭所需壓力全部靠鉆機油壓提供，部分用于克服鉆具與孔壁的摩擦力，因此，水平孔鉆進壓力比垂直孔要大一些，實際鉆壓選擇范圍為 14 ～15 kN；為防止鉆機振動過大，一般選擇中低速，即在 200 ～ 600 r/min 范圍內選擇；水平孔沖洗液容易返出，排粉條件較好，泵量可以適當大一些，一般控制在 50 ～70 L/min。

5）起下鉆及系統設置。

4、實例應用

在蘭州供水工程勘探中，在供水線路的出口處布置水平鉆孔一個，設計孔深120m，終孔孔徑75mm。

該工區基巖完整，硬度六級。鉆場距離地面高度為5m，鉆場用石渣堆砌而成，面積狹小。

用XY-2鉆機進行水平孔施工時，需要將鉆機機頭旋轉90°，且在鉆機后面布置鉆桿起吊裝置，程序復雜，安裝不便。

項目組選定了全液壓輕便鉆機鉆進成孔。整套系統分散布置，成功解決了場地狹小的難題。

該鉆孔歷時6天，平均單班進尺10m，取芯效果良好，鉆孔角度完全符合設計要求。

5、結論

盡管全液壓輕便鉆機的應用受結構以及性能參數的影響，通用性較差。但是具有特殊要求時，如在平硐內部或者鉆孔角度有特殊要求時，全液壓輕便鉆機較XY系列鉆機有較大的優勢。

參考文獻：

[1]輕便鉆機在地質勘察工程中的應用[J].西部探礦工程，2013（5）：80-82.

[2]鉆探工程[M].北京：地質出版社，1987.

[3]全液壓鉆機應用情況分析[J].設備管理與維修，2012（6）：9-11.

作者簡介：崔晉華（1983-），男（漢族），河南洛陽，黃河勘測規劃設計有限公司巖土工程事業部工程師，勘查技術與工程專業，從事勘探技術研究與應用工作