气动潜孔锤在工程地质钻探中的应用.doc

风动潜孔锤钻探工艺在岩土工程中的应用
风动潜孔锤钻探工艺是以压缩空气作为动力带动孔内冲击器工作，钻头以冲击一回转破碎岩石，同时利用高压气流作为携粉介质。这种方法克服了常规钻进中单一的切削破碎缺陷及泥浆携粉带来的漏失及孔壁坍塌等缺点，具有钻进效率高、成孔质量好且成本较低的优势，是破碎坚硬岩石层及松散的漂卵石地层的首选钻探工艺。
然而，风动潜孔钻探工艺的效率，受关键设备——空压机的风量、风压——制约较大，且破碎地层漏风、塌孔、返渣率低，因而必须因地制宜，采用本文所介绍的工艺方法以提高风动潜孔锤在复杂地层中的钻进效率。
1．岩土工程施工常用的潜孔锤钻具组合和钻进参数
1．1钻具组合
Φ50(Φ73)变通钻杆+Φ90-110冲击器+Φ110-Φ130球齿冲击钻头。
1．2钻进参数
风量：9—12m3／min
风压：0．5—0．7Mpa
转速：25-30r／min
钻压：300—500N
2．偏心潜孔锤跟管钻进工艺
在松散破碎复杂地层钻进，尤其是锚杆土钉类水平孔钻进中，塌孔卡钻一直是造成钻效低甚至钻孔钻具报废的难题，我们通过实践研究采用偏心潜孔锤跟管钻进工艺较好地解决了这个难题。偏心潜孔锤跟管钻进是利用偏心潜孔锤在破碎地层跟管钻进克服所遇到的塌孔、卡钻、漏气等问题，使返渣效率大幅度提高而空压机耗风较少，因此，钻孔质量高，钻进效率大幅度提高。如我院在某导弹试验区高边坡治理锚索工程施工中，钻孔所遇地层0-15m为中等风化花岗岩，岩体破碎，节理裂隙发育，用Φ90冲击钻配Φ110偏心钻头，跟Φ168护壁套管，钻进时速在3-5m／h而相同地层未用偏心潜孔孔锤，出现塌孔、卡钻，每孔钻探时间少则一个班，多达几天，钻进效率极低，且钻探事故频繁，经常出现卡钻，导致钻孔钻具报废。
3．螺旋钻杆用于潜孔锤钻进工艺
潜孔锤钻探工作的效率高低，取决于关键设备——空压机的性能好坏。一般来说，钻孔深度、孔径愈大，岩土体愈破碎，则要求空压机的风量和风压愈大，然而，一般单位多数有6-12m3／min高压空压机，在施工深度大于20m的破碎岩土体中，常出现上返气流小、大颗粒吹不上来、重复破碎、加杆困难、埋钻等事故，利用两台或多台空压机并取送风，其管路连接复杂，而且不经济。
螺旋钻具有自动提屑功能。当钻杆以高于某一临界转速旋转时，钻屑能自动地沿螺旋叶片上升，不断地被输送到地表。运用该原理，在潜孔锤钻探工艺中引入螺旋钻具，即用螺旋钻杆替代普通钻杆，将高压气流提屑和螺旋钻具自动提屑有机结合，大幅度提高了排渣效果及钻进效率，同时降低了对空压机的风量风压要求。
我院在陕西眉县社会水泥厂岩土勘察中，钻进所遇地层0—15m为人工填土、黄土状土，15-40m为花岗岩块石、漂石，水位50m以下。用Φ90冲击器配Φ110钻头，空压机用两台6my08Mpa电动空压机并联，当钻进到25m左右时，上返气流较小，排渣困难，时效为1-2nada，且多次发生埋钻、卡钻现象。后用Φ73螺旋钻杆代替Φ73普通钻杆，排渣迅速通畅，时效提高到4-6rMa,且岩屑颗粒较原来大得多，钻进效率明显提高。后来我们在公路边坡治理锚固工程中，钻进砂卵石层和粘土互层，运用该方法也取得显著效果。
4．粘性空气泡沫液用于潜孔锤钻探工艺
将粘性空气泡沫液用于空气潜孔锤钻探工艺，由于泡沫液由液相、气相构成，比重轻，具有一定的结构内聚力，因而在空气潜孔锤钻探遇水地层中，能有效清除孔底，携带岩粉，特别是在破碎松散孔段，护壁堵漏作用明显。
我院在海南三亚亚龙湾污水处理厂大型抗浮锚杆施工中，将泡沫液用于潜孔锤钻探工艺，取得较好的效果。该工程地层0-15m为松散漂石、块石，15m以下为细粒花岗岩，地下-水位为2m。用空气潜孔锤钻探工艺，当钻至－2m时遇水，孔内湿润，岩粉粘结成团，孔口四周大面积漏气，钻进效率降低。配用0．3％的十二烷基苯磺酸钠泡沫液，用ZMB240型号泡沫注入泵从气流管道间隔注入。初时，钻孔周围地面泡沫液逸出，随着深度增加，泡沫携带岩粉逐渐充填裂隙，进而封闭漏通道，孔口返渣也趋于正常。泡沫液的注入时机，根据进尺快慢和钻机回转阻力大小而定，不必全时段注入。该工程没有泡沫浆液时，由于遇水降低了潜孔锤的效率和裂隙漏气，钻速只有1-2m／h；当间隔注入泡沫浆液后携粉能力增强，而气体漏气阻隔，钻速提高到3-5m／h，效果明显。
5．结论
(1)在破碎松散坚硬的岩土地层钻探中，潜孔锤钻探工艺作为首选的施工方法，其效率比常规的钻探方法高出几倍甚至十几倍。
(2)根据不同的地质特点，在破碎地层中应用偏心潜孔锤跟管钻进工艺或将螺旋钻杆用于潜孔锤钻进工艺，将获得更高的钻进效率、钻进质量。
(3)在破碎漏水含水地层，采用粘性空气泡沫液用于潜孔锤钻探工艺可以获得很好的钻进效果。