全液壓輕便鉆機應用下的水利水電論文
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國內外鉆機的發(fā)展趨勢是模塊化、輕型化、系統(tǒng)化、多功能化。全液壓輕型鉆機的設計思路就是輕便、解體性強、各部件間連接簡單、可靠，滿足交通不便地區(qū)的搬遷與組裝工作;采用液壓系統(tǒng)控制、自動化程度高、提高工作效率;可以應用于多種工藝。全液壓輕便鉆機具有以下特點:
1)模塊化設計。將鉆機按照功能分為多個模塊，分別是控制模塊、鉆進模塊、底座模塊、動力模塊、油箱及液壓油冷卻模塊、水泵模塊、卷揚模塊;各模塊之間通過液壓油管、電纜線相互連接，裝配簡單快捷;模塊化設計帶來的好處是，可以使各模塊間相對獨立，可以發(fā)揮每個設備的最大功效，并可根據需要更換某一模塊，提高系統(tǒng)性能;可以有效降低單個設備體積以及重量，便于運輸;操作與維護簡單快捷，勞動強度低。
2)液壓系統(tǒng)控制。鉆機鉆進壓力、轉速、回轉方向、泵量、夾持器、卷揚等均由液壓系統(tǒng)控制。相對于機械鉆機，在調整鉆進方向、回轉方向、轉速大小時，要不停的換擋、再掛檔的繁雜操作，液壓系統(tǒng)可以直接調整上述參數，并實現無極變速;液壓系統(tǒng)有自我保護作用，可以根據鉆進情況，自動調整轉速和扭矩等參數，有效降低對鉆具的損壞以及降低孔內事故發(fā)生率;液壓系統(tǒng)控制，自動化程度較高，極大的降低了勞動強度。
3)給進行程大。全液壓輕便鉆機的給進行程一般為1．5m～2m，是XY系列鉆機行程的2倍～3倍，可以有效的降低倒桿次數，提高純鉆進時間。
4)鉆進工藝多樣性。全液壓輕便鉆機行程大，鉆進參數調整簡單、快捷，適合應用回轉鉆進、沖擊鉆進、繩索鉆進等眾多鉆進工藝;且全液壓輕便鉆機絕大多數都是桅桿式鉆塔，通過液壓方式起降與控制角度，可以滿足不同角度的鉆進需求。
5)自動化程度高。采用液壓卡盤，自動擰卸鉆桿，部分產品可以實現自動安裝鉆桿，有效降低勞動強度。
6)安全性高。操作臺遠離孔口，可以清楚的觀察鉆進情況，及時做出應對反應。
2全液壓輕便鉆機的應用
ExploreJr．36D輕便鉆機為全液壓動力頭鉆機，模塊化設計，最大模塊為柴油機，重量為245kg。可以實現0°～90°鉆進，采用單缸給進，行程1．7m，最大鉆進深度100m。鉆機主要分為鉆機主體、底座(含卷揚機)、控制臺、柴油機、液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)、水泵、柴油箱等部分。所有部分均可以實現2人～4人搬抬。鉆機組裝時間在1h左右。鉆機在土層、砂層、砂礫石覆蓋層、卵石層以及基巖中進行試驗。采用單管鉆具、雙管鉆具、植物膠鉆具、金剛石鉆頭、復合片鉆頭、合金鉆頭以及清水、泥漿、植物膠等進行鉆進試驗。鉆進過程中，根據地層情況及時改變鉆進工藝，對鉆進參數進行微調和快調，可以保證鉆進穩(wěn)定，提高鉆進效率，降低勞動強度。鉆機試驗取得了良好的效果，但受全液壓輕便鉆機的特性限制，也存在一定的不足之處。
3全液壓輕便鉆機存在的問題及解決方案
雖然全液壓鉆機有很多優(yōu)點，但由于其追求輕便性，難免會帶來一系列問題。具體問題及解決方案如下:
1)鉆機主體結構簡單、重量輕，鉆進過程中，鉆機穩(wěn)定性相對較差。為了追求輕便以及快速拆裝，鉆機主體結構中的軌道、底座采用方鋼做成。由于重量較輕，結構較為簡單，長度與寬度較小。因此在鉆進過程中遇到較大阻力時，會導致鉆機底座上抬或左右移動，影響鉆機整體穩(wěn)定性，容易發(fā)生孔故;隨著鉆孔深度增加，提升重量加大，導致鉆機前傾，易發(fā)生安全事故。解決的方案是在軌道與底座之間增加斜拉撐，形成三角形穩(wěn)定的結構，起到固定軌道與底座、穩(wěn)定鉆孔角度、減少機器振動對支撐液壓缸的損傷作用;在設計時，擴大鉆機底座，增加底座穩(wěn)定性，或以大號方鋼對接的方式加工底座，將鉆機原配底座固定在新加工的底座上;鉆進時，底座固定在方木以及木板上，方木埋于土中固定，必要時可以增加地錨;控制鉆進參數，不盲目加壓、提高轉速，合理鉆進。采用上述措施能夠有效降低鉆機主體結構重量輕帶來的問題。
2)復雜地層鉆機鉆進能力較弱。由于全液壓輕便鉆機的性能參數相對于機械鉆機要弱，尤其體現在扭矩參數上，因此在鉆遇復雜地層或突遇地層變化時，其不能像機械鉆機可以直接強行鉆穿復雜地層再進行處理。而且全液壓輕便鉆機通常采用桅桿式鉆塔，配置的液壓驅動卷揚，不能像機械鉆機那樣利用三角或四角鉆塔結合自身配置的卷揚錘擊套管跟進護壁。因此，其復雜地層鉆進能力較弱。解決的方案是:a．針對相應地層，合理選擇沖洗液以及采用多種鉆進工藝，例如繩索取芯鉆進、空氣鉆進、無泵反循環(huán)、干鉆法以及薄壁短套管跟進護壁等;b．設計合理的鉆孔結構。以ExploreJr．36D輕便鉆機為例，其鉆進能力為100m，在基巖中鉆孔結構可以設計為130mm鉆具開孔鉆進，下入127mm薄壁套管，換110mm鉆具鉆進，下入108mm薄壁套管，換91mm鉆具鉆進，下89mm薄壁套管，換75mm鉆具終孔，或采用75mm繩索取芯鉆進工藝。在覆蓋層等復雜地層中，鉆孔結構可以設計為130mm鉆具開孔鉆進，下入127mm薄壁套管，換91mm鉆具鉆進一回次后提鉆，下入108mm薄壁套管，配合套管鉆頭鉆進至上一回次進尺處，換91mm鉆具以及108mm薄壁套管重復上述鉆進過程，換75mm鉆具以及89mm薄壁套管、套管鉆頭重復上述鉆進過程至終孔。在鉆進過程中遇塌孔、掉塊等問題，可以考慮采用泥漿、植物膠護壁，或采用無泵反循環(huán)以及干鉆等方法鉆進。
3)處理孔故能力較弱。由于鉆機動力頭的扭矩不足于XY系列鉆機的1/4，甚至1/10，而且鉆孔結構設計以及鉆進工藝與鉆進參數選擇不合理時，容易發(fā)生卡鉆、埋鉆等孔故。受能力以及液壓卷揚特點的限制，全液壓鉆機無法采用大扭矩回轉或利用吊錘反打等手段處理這些孔故。解決的方案:a．大流量沖洗液沖擊，結合大扭矩回轉;b．采用沖擊器反打鉆具;c．采用液壓拔管機起拔鉆具;d．搭建三角塔，配備卷揚，采用吊錘沖打鉆具;e．擴孔鉆進，取出鉆具。
4結語
盡管全液壓輕便鉆機受設計應用的目的，結構以及性能參數的影響，其應用范圍受到一定的限制，但它是未來鉆機發(fā)展的趨勢，隨著科技的發(fā)展，這類問題會得到很好地解決，會成為水利水電工程勘察必不可少的重要設備。
作者：代常友李守圣孫宏莉單位：黃河勘測規(guī)劃設計有限公司地質勘探院
