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水井鉆機技術(shù)發(fā)展及運用狀況分析

  1、水井鉆機的技術(shù)發(fā)展建國以來(lái)，我國的水井鉆探技術(shù)經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展，在鉆探工藝和鉆探設備等方面有了長(cháng)足的進(jìn)步。 在鉆探工藝方面，水井鉆探工藝技術(shù)經(jīng)歷了無(wú)循環(huán)靜液柱護壁鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)、清水或普通泥漿正循環(huán)回轉鉆進(jìn)、低固相對優(yōu)質(zhì)泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)、泵吸反循環(huán)和氣舉反循環(huán)回轉鉆進(jìn)、多工藝空氣鉆進(jìn)以及多介質(zhì)反循環(huán)鉆進(jìn)等發(fā)展階段。碎巖方法經(jīng)歷了鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)，鉆粒，硬質(zhì)合金回轉鉆進(jìn)，牙輪鉆頭回轉鉆進(jìn)到球齒鉆頭氣動(dòng)或液動(dòng)沖擊回轉鉆進(jìn)等。目前，沖擊鉆進(jìn)、回轉取心鉆進(jìn)、回轉全面鉆進(jìn)、沖擊回轉鉆進(jìn)等鉆進(jìn)方法都有應用。在卯礫石地層水井鉆鑿工程，鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)仍是一種有效的方法。而在水文地質(zhì)普查孔，水文地質(zhì)勘探孔鉆探過(guò)程中多用回轉取心鉆進(jìn)和沖擊回轉鉆進(jìn)方法。在探采結合孔水井鉆探過(guò)程中多用回轉全面鉆進(jìn)，沖擊回轉鉆進(jìn)方法。在鉆探設備方面，早期的水井鉆機鉆探設備多借用巖心鉆探設備，由于鉆進(jìn)能力不能滿(mǎn)足要求，一般采用小口徑鉆進(jìn)取樣和大口徑分級擴孔成井等方法。水井鉆探多采用鋼絲繩沖進(jìn)鉆進(jìn)，靜水壓護壁、撈撈砂筒排渣等工藝方法；目前使用的水文水井鉆探設備多為專(zhuān)用設備。常用的鉆機除了2O世紀5O年代～2O世紀70年代研制的DPP—100型，SPJ一300型，SPJT-一300型，SPS一400型SPS--600型和紅星一400：型外，多采用新型車(chē)裝SPC系列鉆機，散裝TsJ系 列鉆機。 2O世紀8O年代～2O世紀9O年代研制的SDY-一600型，FD一300型全液壓動(dòng)力頭車(chē)裝鉆機對提高我國的水文水井勘探技術(shù)水平及鉆探新工藝的推廣應用起到了極大的推動(dòng)作用。
 
  2、水井鉆機的工作原理及運用性能比較在國內，現有水井鉆機主要分回轉式水井轉機、沖擊式水井鉆機和復合式水井轉機三大類(lèi)。各類(lèi)型的水井鉆機工作原理及運用性能情況如下。
 
  2．1回轉式水井鉆機
 
  1)鍋錐。利用其鍋錐形鉆機鉆具旋轉切削土層。根據鉆具的大小分別稱(chēng)大鍋錐和小鍋錐，可由人力或動(dòng)力驅動(dòng)。切下的土屑落到鍋內，提升到地面卸出。其結構簡(jiǎn)單，功效低，適宜于一般土層或砂卵石土層。鉆井深度小鍋錐為8Om～100m，大鍋錐為30In～4oIll。
 
  2)循環(huán)泥漿洗井轉盤(pán)式水井鉆機。由鉆機塔架、卷?yè)P機、轉盤(pán)、鉆具、泥漿泵、水龍頭和電動(dòng)機等組成。作業(yè)時(shí)，動(dòng)力機通過(guò)傳動(dòng)裝置驅動(dòng)鉆機轉盤(pán)，由主動(dòng)鉆桿帶動(dòng)鉆機鉆頭旋轉破碎巖層。有正、反兩種循環(huán)方式。正循環(huán)鉆機工作時(shí)，井底巖屑通過(guò)鉆機鉆桿外的環(huán)形通道被帶出井15，在沉淀池沉淀后，泥漿流回泥漿池供循環(huán)使用。反循環(huán)鉆機工作時(shí)，泥漿在沉淀池沉淀后從井口自行流人井底，攜帶巖屑的泥漿則由砂石泵經(jīng)鉆頭水口通過(guò)鉆桿內腔向上抽吸出井，回沉到沉淀池。鉆機在鉆桿內形成很高的上升流速，排出巖屑和卵石的能力較強，鉆井速度快，適用于土、砂層和卵石直徑小于鉆桿內徑的松散地層，鉆井深度一般在150m以?xún)取?/div>
 
  3)壓氣洗井轉盤(pán)式水井鉆機。在轉盤(pán)回轉式水井鉆機上用空氣壓縮機代替泥漿泵，用壓縮空氣代替泥漿洗井。通常采用反循環(huán)方式，又稱(chēng)氣舉反循環(huán)，適用于井深較大和缺水的干旱地區及寒帶凍土層。
 
  4)液壓動(dòng)力頭式水井鉆機。由液壓馬達通過(guò)減速器驅動(dòng)，并以沿塔架上下移動(dòng)的動(dòng)力頭代替轉盤(pán)式水井鉆機上的轉盤(pán)和水龍頭，驅動(dòng)鉆機鉆桿和鉆頭旋轉切削巖層，可鉆鑿大15徑水井。
 
  5)潛孔振動(dòng)回轉式水井鉆機。以振動(dòng)和回轉運動(dòng)相結合的方式鉆進(jìn)巖層。鉆具由鉆頭、振動(dòng)器、消振器和導向筒等組成。振動(dòng)器產(chǎn)生的激振力使整個(gè)鉆具作錐擺運動(dòng)以破碎巖層。采用壓縮空氣反循環(huán)方式洗井，使巖屑通過(guò)導管和鉆桿內腔排出井外，鉆井深度可達150m。2.2沖擊式水井鉆機 靠鉆具的垂直往復運動(dòng)，使鉆頭沖擊井底以破碎巖層。其結構簡(jiǎn)單，沒(méi)有循環(huán)洗井系統，巖屑的清除與鉆機不能同時(shí)進(jìn)行，因而功效較低。鉆井深度一般在250in以?xún)?，有時(shí)可達：500ITI一600m。主要有以下兩種。
 
  1)沖抓錐。利用鉆具本身的重量沖擊地層。鉆具的下端是幾個(gè)可以張合的尖角形抓瓣，當鉆具在自身重量作用下向下運動(dòng)時(shí)，抓瓣張開(kāi)，切入巖層，然后由卷?yè)P機通過(guò)鋼絲繩提升鉆具，抓瓣在閉合過(guò)程中將巖屑抓入錐體內，提出井口卸出巖屑。鉆井深度通常為40ITI～50In，最深達100m～150nl。
 
  2)鋼絲繩沖擊式鉆機。由桅桿和裝在頂端的提升滑輪、鋼絲繩、沖擊機構、鉆具、電動(dòng)機等組成。作業(yè)時(shí)，電動(dòng)機通過(guò)傳動(dòng)裝置驅動(dòng)沖擊機構，帶動(dòng)鋼絲繩使鉆具作上下往復運動(dòng)，在向下運動(dòng)時(shí)靠鉆頭本身的重量切人并破碎巖層，向上運 動(dòng)靠鋼絲繩牽引。鉆頭沖程為0．5Ill～1ITI，沖擊頻率3O次，分～6O次／分。 巖屑由抽砂筒清出地面，鉆進(jìn)與清除巖屑同時(shí)進(jìn)行。
 
  2．3復合式鉆機
 
  一種是在轉盤(pán)回轉式鉆機的基礎上增設沖擊機構，以回轉鉆進(jìn)為主，當遇到卵石層時(shí)用沖擊鉆進(jìn)的兩用水井鉆機，對各種地層的適應性強。另一種是將沖擊與回轉作用結合在一起鉆進(jìn)的水井鉆機，如風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機。潛孔錘鉆具由缸套和活塞等組成。由空氣壓縮機提供高壓空氣推動(dòng)活塞上下往復運動(dòng)，沖擊鉆頭以增強鉆頭鉆進(jìn)巖層的能力。與此同時(shí)，鉆具以35轉份～60轉／分的較低轉速作回轉運動(dòng)。由活塞上、下空腔排出的空氣進(jìn)人鉆頭，并將孔底巖屑帶出井口。風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆機可用于硬巖層深井的鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度高，鉆出的井孔較直。
 
  3、水井鉆機現場(chǎng)運用建議
 
  1)走機時(shí)要根據路況場(chǎng)地等保持重心平衡，施工場(chǎng)地禁止隨意鉆孔，回填坑池要做好標志，窄道或危險路段需落桅收縮履帶行走，傾斜路段需調節鉆機桅桿起落角度、左右傾斜，上車(chē)回轉調節鉆機重心；當便道或施工場(chǎng)地積水時(shí)，可以用鉆桿鉆頭引導走機。
 
  2)維修時(shí)需冷卻后再動(dòng)手，以免因高溫造成人員燙傷，鉆機液壓系統需要泄壓后維修，避免內蓄高壓而造成危險。當拆卸鉆機主卷制動(dòng)系統時(shí)，嚴禁主卷帶載維修；拆卸右捻非防旋轉鋼絲繩與提引器連接時(shí)，要注意機械的旋轉傷害。
 
  3)設備維護保養重點(diǎn)要注意檢查水氣管路，鉆機各配件的螺栓、螺帽是否牢固，隨時(shí)檢查風(fēng)力馬達的潤滑油狀況，檢查鉆機鉆桿接頭和減速器用黃油潤滑；鉆機在短時(shí)間內停止工作時(shí)，要給予少量的壓氣，以免泥沙侵入鉆機沖擊器的內部。4)施工時(shí)當工作面浸入水中，開(kāi)孔要用大直徑的釬頭，插入鉆桿，使鉆桿露出水面1m2m，防止泥漿和巖渣掉入孔內；鉆機在鉆鑿作業(yè)時(shí)不允午反轉以免鉆桿掉入孔內；工作時(shí)應注意沖擊器的聲音和減速箱運轉情況，發(fā)現不正常的聲音和現象應立即停機，并及時(shí)進(jìn)行檢查；加新鉆桿時(shí)，要注意鉆孔內保持清潔，以避免泥沙混入鉆機沖擊器內部，損壞鉆機零件。