回轉(zhuǎn)式鉆探
回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)是當(dāng)前用的普通的鉆進(jìn)方法,這是利用鉆具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)破碎巖層而成孔的一種鉆進(jìn)方法。鉆機(jī)分為大、小鍋錐鉆機(jī),正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī),液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī),潛孔振動(dòng)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)等。相對(duì)簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)只有簡(jiǎn)單的鉆進(jìn)裝置,完善結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)除了具備鉆進(jìn)裝置外還具有循環(huán)洗井裝置?;剞D(zhuǎn)鉆機(jī)中的另一種轉(zhuǎn)盤(pán)式水井鉆機(jī)的鉆具包括鉆桿和鉆頭?;剞D(zhuǎn)速度視鉆機(jī)而異,如石油鉆機(jī)在一般情況下為160r/min,金剛石鉆機(jī)可達(dá)到2400r/min。常用的鉆桿的名義直徑有60、73、89和114mm等4種,鉆頭分全面鉆進(jìn)用鉆頭和環(huán)狀鉆進(jìn)用鉆頭2大類(lèi)。
大、小鍋錐利用其鍋錐形鉆具旋轉(zhuǎn)切削土層,兩者都可由人力或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)過(guò)程中切下的土屑或巖屑掉落到鍋內(nèi),隨后提升到地面倒出。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工效低,只能用于一般的土層或軟質(zhì)巖層地層條件。正、反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)由塔架、卷?yè)P(yáng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆具、泥漿泵、水龍頭和電動(dòng)機(jī)等組成。作業(yè)時(shí),動(dòng)力機(jī)提供的扭矩通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán),由主動(dòng)鉆桿帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖層。泥漿通過(guò)泥漿泵注入鉆桿與孔壁之間的環(huán)形區(qū)域起到潤(rùn)滑鉆桿和冷卻鉆頭的作用。

目前,國(guó)內(nèi)地質(zhì)鉆探設(shè)備的主力機(jī)型仍為立軸式巖芯鉆機(jī),同時(shí),全液壓動(dòng)力頭巖芯鉆機(jī)正在快速地增長(zhǎng)中。而對(duì)于深部礦山區(qū)的鉆探工程,國(guó)產(chǎn)的坑道鉆機(jī)得到廣泛使用,其也得到了大規(guī)模地發(fā)展。在uacute;氣層鉆探中所采用的uacute;層氣鉆機(jī)大多采用水源鉆機(jī)、物探鉆機(jī)或進(jìn)口鉆機(jī),這也使得國(guó)內(nèi)的uacute;層氣鉆機(jī)能有個(gè)廣闊的市場(chǎng)。

鉆探技術(shù)設(shè)備是鉆孔工程中的關(guān)鍵組成部分,它隨著鉆探工藝和鉆探方法的發(fā)展而變化,同時(shí)它也直接影響著鉆探技術(shù)水平的進(jìn)步。地質(zhì)鉆探設(shè)備是指直接用于鉆探施工中的機(jī)械設(shè)備,主要包括動(dòng)力機(jī)、鉆機(jī)、泥漿泵等,其中重要的部分,也是核心部分為鉆機(jī)。這里主要對(duì)鉆機(jī)現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。
1.1 全液壓動(dòng)力頭巖芯鉆機(jī)
全液壓動(dòng)力頭巖芯鉆機(jī)現(xiàn)已成為國(guó)外鉆探工程中的主流鉆機(jī)機(jī)型,而且已經(jīng)形成完整的規(guī)模,其具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn):液壓動(dòng)力頭式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、無(wú)級(jí)調(diào)速模式、長(zhǎng)行程的給進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)械化自動(dòng)化程度高、液壓絞車(chē)式提升系統(tǒng)、配套器具、在鉆孔中能做較大范Χ角度調(diào)整的Φ桿機(jī)構(gòu)等特點(diǎn)。
1.2 新型中深孔鉆機(jī)
新型中深孔鉆機(jī)多為多功能鉆機(jī)。隨著復(fù)合鉆探技術(shù)的進(jìn)步,即金剛石巖芯鉆探、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探、空氣潛行錘取樣鉆探等鉆進(jìn)工藝的廣泛使用,適用該復(fù)合鉆進(jìn)的多功能鉆機(jī)得到了飛速發(fā)展。
1.3 自動(dòng)化、智能化鉆機(jī)
自動(dòng)化、智能化鉆機(jī)在地區(qū)已經(jīng)成熟使用。一些新型的鉆機(jī)系列早已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化,如典型適合金剛石鉆進(jìn)的高轉(zhuǎn)速低扭矩鉆機(jī)適用于地表或巷道內(nèi)工作。更有一系列的鉆機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)臺(tái)單人操作

目前在中國(guó)和國(guó)外都還在廣泛適用。其鉆進(jìn)原理在于使用鋼絲繩或鉆桿相連用一字型或十字形鉆頭,上下運(yùn)動(dòng)沖擊巖石,同時(shí)撈出巖屑和巖粉,形成鉆孔。
影響沖擊鉆進(jìn)的速度主要是沖擊頻率、沖擊功、沖擊方式及傳遞三要數(shù)。沖擊頻率對(duì)鉆進(jìn)速度的影響根據(jù)沖擊的頻率不同,可將其分為4類(lèi):低頻、中頻、高頻和頻。沖擊頻率與鉆進(jìn)效率是成正比的,但當(dāng)沖擊頻率達(dá)到某一定值后,這個(gè)比例關(guān)系就不再存在,相反而有所下降。這是因?yàn)閱桅藭r(shí)間內(nèi)的重復(fù)次數(shù)多,孔內(nèi)的巖屑來(lái)不及排出,沉積在鉆頭部λ起到一個(gè)緩沖的作用。另外,沖擊頻率大,必然沖擊時(shí)間過(guò)短,導(dǎo)致沖擊功對(duì)于巖石的作用時(shí)間不夠長(zhǎng),破巖不夠完全而達(dá)不到率的體積破碎。沖擊功大小對(duì)鉆進(jìn)速度有著直接的影響。研究表明:在鉆頭直徑固定時(shí),不同的沖擊功破碎的單λ體積巖石所需的沖擊功是不同的,而且數(shù)值相差很大,這就說(shuō)明了沖擊功在沖擊式鉆進(jìn)中的地λ。