潜孔锤在钟祥市体育馆地源热泵工程中的应用.docx

气动潜孔锤钻进技术在钟祥市体育馆
地源热泵工程中的应用
洪浩李敏李依平
（武汉地质工程勘察院）
摘要：以钟祥市体育馆地源热泵工程项目为例，简单介绍气动潜孔锤钻机的工作原理、钻进工艺及性能参数，探讨了气动潜孔锤钻机在复杂地层（土层、卵砾石层、岩层、破碎带、有水钻进）钻进及气动潜孔锤钻机拔管的方法和注意事项。
关键词：地源热泵潜孔锤复杂地层钻进拔管
Abstract：TakingthecityofZhongxiangstadiumgroundsourceheatpumpprojectasanexample,introducesapneumaticDTHhammerdrillingworks,drillingtechnologyandperformanceparameters,discussedthepneumaticdown-the-holehammerdrillingincomplicatedformation(soil,gravel,rock,fracturezone,drillingwithwater)drillingandpneumaticDTHhammerdrillingrigextubationmethodandmattersneedingattention.
Keywords:ground-sourceheatpump，submergedholehammer，drillingincomplicatedstratum，extubation

一、工程概况
钟祥市体育馆广场工程位于钟祥市莫愁湖畔，南临北湖路、西临校场路，总建筑面积13733㎡，建筑占地面积12616㎡，建筑高度20.55m。项目中央空调系统夏季设计冷负荷770KW，冬季空调设计热负荷600KW，采用地埋管地源热泵系统。地源测布置换热孔169个，钻孔直径150mm，钻孔深度100m，垂直换热管为De25的PE100双U管，水平管采用同程式布置，分两个回路。夏季释热功率为920KW，冬季吸热功率为420KW。

二、底层及地质条件
钟祥市体育馆项目场区内地层结构如下：
0～6米：杂填土；
6～22米：粘土；
22～23.8米：砂卵石；
23.8～100米：泥岩，在25～43米处有断层破碎带。
场区内山峦是及破碎带中含承压水，埋深4m左右，水量35m³/h左右。

三、施工工艺选择及主要施工设备性能
本工程地埋管钻孔数量较多，地层较复杂，既有砂卵石层，还有破碎带，设计孔深达100米，孔径较大，常规液压回转钻机受施工机械性能制约，功效慢、成本较高。潜孔锤钻进工艺成孔快，施工能力强，是目前岩层中地埋管施工首选成孔工艺，本项目虽然地下情况复杂，经综合分析，地埋管钻孔施工仍确定采用潜孔锤钻进成孔工艺，施工期间经过多次工艺改进，确保了项目顺利完成。
钻机：TH10车载全液压潜孔锤钻机，成孔直径110-254mm，最大可钻深度213m，工作风压，工作风量16-30m3/min，进尺效率5～20m/h；
空压机：AirMan低噪音空压机，额定排气压力2.4MPa，供气量29m³/min；
钻杆：主动钻杆长度3m，直径89mm，锥形丝扣连接，密封性良好；
冲击器：DH.DHD中、高风压系列冲击器；
跟管钻具：φ146偏心钻头；
配套管：φ168x3米钢管、φ183x3米钢管。

四、潜孔锤钻进原理
在潜孔锤钻进过程中，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动。并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击功。钻头在该冲击功的作用下，连续的对孔底岩石施行冲击。岩石在该冲击功的作用下，形成体积破碎。同回转钻进相比，该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。在潜孔锤钻进的同时，一部分被体积破碎下来的岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离孔底，并排出孔口、减少了岩石重复破碎的机会，所以气动潜孔锤有较高的钻进效率。潜孔锤碎岩原理见图1，钻进排屑见图2，潜孔锤结构图见图3，气动潜孔锤系统见图4

图1钻头球齿冲击作用下碎岩示意图图2空气由空地携带岩屑向上排除示意图

砂卵石层
土层
岩层破碎带
泥岩层
1
2
3
4
5
6
7
8
1、空压机
2、高压风管
3、车载式潜孔锤钻机
4、天车
5、钻杆
6、土层护壁套管
7、破碎带跟管套管
8潜孔锤

图3气动潜孔锤结构图图4气动潜孔锤系统图

施工设备的选择主要涉及其性能参数（冲击功、冲击频率、冲击能量以及压缩空气耗用量）、钻进规程（风量、风压、钻压、转速）和钻头。冲击器的选择应达到两个指标：具有较高的破碎岩石效率和较长的使用寿命。

五、气动潜孔锤钻进工艺
1、钻进基本要求
（1）送气管路应密封良好，应安装有气压表和注油器。
（2）供风量保证