２０１３年２月 地质装备 ３３ 大直径贯通式潜孔锤局部气举反循环钻进工艺的试验研究 易振华 ，何龙飞 ，胡志海 （１．中船勘察设计研究院有限公司，上海２０００６３；２．上海金泰工程机械有限公司，上海２０１８０５） 摘要：本次试验在厂内５０ｍ试验井进行，试制ＳＨ２５Ｈ液压风动冲击钻机，配置可伸缩式钻杆保证连续进尺，采 用大直径贯通式气动潜孔锤组合局部气举反循环钻进＿７７－艺。试验表明钻进效率和钻孔质量显著提高，为 多工艺冲击回转钻进技术增砖添瓦。 关键词：气举反循环；贯通式潜孔锤；冲击钻机；可伸缩式钻杆 中图分类号：Ｐ６３４．４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２８２Ｘ（２Ｏ１３）Ｏｌ一００３３—０４ 灌注桩孔嵌岩钻进技术亦即大直径钻孔硬岩钻 进技术是国内外钻孔工程界极为关注和竭力研究的 而引起反循环流动，上返的岩屑通过排渣口排出落 到捞渣筒内沉积，待筒内沉渣满后提出钻具，并通过 动力头上移拉起捞渣筒外筒后清除岩屑。 难题之一。大直径潜孔锤是解决此难题的行之有效 的方法，钻进工艺目前主要为：①空气正循环全套管 钻进②贯通式潜孔锤组合泥浆正循环钻进③气举反 循环钻进。钻进效率低下和难以清除孔底岩粉沉渣 是目前国内外研究的难题。ＳＨ２５Ｈ液压风动冲击 钻机是上海金泰工程机械有限公司自主研发的以钻 进中硬以上岩层为主的新型桩基础施工设备，多年 来在拥有大直径贯通式气动潜孔锤和主机机电液一 体化技术前提下，研究多种钻进工艺，经过多年的探 索，创新性提出大直径贯通式潜孔锤组合局部气举 反循环钻进工艺，并于厂内试验井做了实钻试验，取 得了显著的效果。 １局部气举反循环工艺原理 图１ ＳＨ２５Ｈ液压风动冲击钻机局部气举反循环钻具系统 １一外接空压机；２一车载空压机；３一可伸缩式摩阻钻杆；４一进 气管；５一回气管；６一排渣口；７一捞渣筒；８一反渣通道；９一风管 如图１所示，外接空压机产生的压缩空气经过 输气胶管、可伸缩式钻杆、进气管进人冲击器内部， 驱动冲击器活塞产生往复运动冲击花键轴，并将冲 击能量传递到钻头底部从而破碎岩石。同时，车载 空压机产生的压缩空气经输气胶管、可伸缩式钻杆、 风管及气液混合器，并在反渣通道内形成无数小气 泡，气泡一面沿反渣通道上升，一面膨胀，由于压缩 及气液混合器；１０－－ＦＣ１５Ｆ型贯通式潜孔锤；１１－－￣８００反循环 球齿钻头 ２设备组成 （１）ｓＨ２５Ｈ液压风动冲击钻机（图１）； （２）钻杆：可伸缩式摩阻钻杆，随钻进深度的变 化，钻杆可自动伸缩，无需拆装钻杆；输气胶管从钻 杆内部通过（图２）。 空气不断进入钻井液，在气液混合器上部形成低比 重的混合液，而钻杆外环空中的钻井液比重大，因此 造成环空内液柱压力高于反渣通道内液柱压力，从 收稿日期：２０１２—０８—２１ （３）冲击器：ＦＣ１５Ｆ型冲击器（图３），结构尺寸 作者简介：易振华（１９７８一），男，湖北江陵县人，学士，副主任工程师，国家注册土木工程师（岩土），从事岩土工程勘察、设 计、咨询等工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｚｈｅｎｈｕａ１９７８Ｏ７２９＠１２６．ｃｏｍ；何龙飞（１９８３一），男，拉祜族，云南景谷人，工程师，地质工程专业，从 事岩土工程勘察、岩土钻凿工艺与机具研发，Ｅ－ｍａｉｌ：１５８１３１８８０＠ｑｑ．ｃｏｒｎ． ３６ ５结论 易振华：大直径贯通式潜孔镤局部气举反循环钻进工艺的试验研究 第１４卷第１期 注气压力为０．４３ＭＰａ，实践证明计算科学合理。 （３）由于贯通式潜孔锤工作性能不受孔深限制， 结合局部气举反循环清渣效果随孔深增加而加强的 特点，从根本上消除了孔深对潜孔锤工作性能的影 响。 通过理论计算与试验证明： （１）本次试验创新性地在旋挖钻机的基础上应 用大直径贯通式气动潜孔锤结合局部气举反循环排 渣组合钻进工艺，平均钻进效率为７．２５ｍ／ｈ，平均 捞渣效率达８０．９ ，钻进及排渣效率取得了显著的 效果。 表１ 起始 终止 进尺 用时 时效 渣筒内 钻进 捞渣 （４）由于清渣速度快，减少钻进重复破碎，孔内 沉渣厚度减小，提高了桩的单桩承载力，优化桩径， 降低工程造价。 （５）泥浆排放量减少，减少环境污染，降低施工 清运处理成本。 回次 深度 深度 （ｍ） １ ２０ （ｍ） （ｒａｉｎ） （ｍ／ｈ） １．５ １５ ６ 渣量 排渣量 效率 （ｍ３） （ｍ０） （１００％） ０．５５ ０．７５ ７３．３ （ｍ） ２１．５ 本文为大直径钻孔硬岩钻进技术提供了一种新 的高效高质量的钻孔新方法，文中创新性地提出贯 通式气动潜孔锤结合局部气举反循环排渣组合钻进 工艺，为多工艺冲击回转钻进技术增砖添瓦，对提高 我国大直径钻孔水平具有重要意义。 参考文献： ２ ３ Ｚ１．５ ２２．５ ２２．５ ２４ １ １．５ １０ １２ ６ ７．５ ０．３７ ０．５７ Ｏ．５ Ｏ．７５ ７４ ７６ ４ ５ ６ ７ ８ ２４ ２５．５ ２６．５ ２７．８ ２９ ２５．５ ２６．５ ２７．８ ２９ ３０ ｌ＿５ １ １．３ １．２ １ １６ ８ １０ ８ ７ ５．６ ７．５ ７．８ ９ ８．６ ０．５９ ０．４２ Ｏ．５５ ０．５３ ０．４４ ０．７５ ０．５ ０．６５ ０．６ ０．５ ７９ ８４ ８４．６ ８ ８．３ ８８ ［１］何龙飞，林坚，孙亚军，王宇清．ＳＨ２５Ｈ型液压风动冲 击钻机在大口径硬岩钻孔灌注桩施工中的试验研究 （２）由于采用可伸缩式摩阻钻杆，钻进过程中无 需人工拆装钻杆，减少了钻进辅助时间，提高了钻进 效率。且动力头可对钻具加压，提高了冲击功的传 递效率。 （２）通过研究局部气举反循环中钻井液的流动 ＥＪ］．探矿工程，２０１０（８）． Ｅ２３金丽娜．反循环钻井合理注气参数的研究［Ｄ－Ｉ．大庆； 大庆石油学院，２００８． ［３］夏启春。通径气举反循环在钻探领域中应用的理论研 究［Ｊ］．铁路勘测技术学会会议论文集，２００６． ［４］尹晓利，高洪军，殷亮．大直径竖井钻井反循环洗井参 数计算ＥＪ１．矿山机械，２００９（２１）． ［５］倪俊，原海霞．气举反循环清渣方法的应用ＥＪ３．探矿 工程，２０００（６）． 特点，以流体力学，非牛顿流体力学及球体绕流理论 为基础，建立数学模型，以３０ｍ孔深为深度点，最终 得出科学合理的钻进工艺参数，得出泥浆循环量为 １０３６．５ｍ。／ｈ，所需空压机注气量为２７．６４ｍ。／ｍｉｎ， 我国启动岩芯光谱扫描仪研发 ［本刊讯］２０１２年年底，国家重大科科研仪器 设备研制专项“岩芯光谱扫描仪研发与产业化”正式 启动实施。 据报道，通过岩芯光谱扫描仪对岩芯矿物结构 进行快速自动扫描和分析，可以获得大量的矿物数 字信息和图像信息，为地质勘查、找矿目标区选择、 成矿作用的指示、成矿潜力评价等提供先进的测量 手段。同时通过数字化存储，可供科研工作者对岩 芯资料随时进行分析、整理和判断，解决大量岩芯用 后被抛弃而造成的大量资金和资源浪费问题，在现 实工作中具有极高的实用价值。 该项目由南京地质调查中心牵头，中国国土资 源航空物探遥感中心、紫金矿业集团公司、北京航空 航天大学、南京理工大学、南京大学、南京农业大学、 国土资源实物地质资料中心等单位参加实施。
