全液壓輕便鉆機應(yīng)用下的水利水電論文
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國內(nèi)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(shè)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(yīng)用于多種工藝。全液壓輕便鉆機具有以下特點:
1)模塊化設(shè)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(shè)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(shè)備的最大功效，并可根據(jù)需要更換某一模塊，提高系統(tǒng)性能;可以有效降低單個設(shè)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(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)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(diào)整鉆進方向、回轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)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(diào)整上述參數(shù)，并實現(xiàn)無極變速;液壓系統(tǒng)有自我保護作用，可以根據(jù)鉆進情況，自動調(diào)整轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)，有效降低對鉆具的損壞以及降低孔內(nèi)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(shù)，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(shù)調(diào)整簡單、快捷，適合應(yīng)用回轉(zhuǎn)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(shù)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(chǎn)品可以實現(xiàn)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(yīng)對反應(yīng)。
2全液壓輕便鉆機的應(yīng)用
ExploreJr．36D輕便鉆機為全液壓動力頭鉆機，模塊化設(shè)計，最大模塊為柴油機，重量為245kg?？梢詫崿F(xiàn)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(xiàn)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(jù)地層情況及時改變鉆進工藝，對鉆進參數(shù)進行微調(diào)和快調(diào)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的軌道、底座采用方鋼做成。由于重量較輕，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shè)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(shù)，不盲目加壓、提高轉(zhuǎn)速，合理鉆進。采用上述措施能夠有效降低鉆機主體結(jié)構(gòu)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(shù)相對于機械鉆機要弱，尤其體現(xiàn)在扭矩參數(shù)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(qū)動卷揚，不能像機械鉆機那樣利用三角或四角鉆塔結(jié)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(yīng)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(shè)計合理的鉆孔結(jié)構(gòu)。以ExploreJr．36D輕便鉆機為例，其鉆進能力為100m，在基巖中鉆孔結(jié)構(gòu)可以設(shè)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(jié)構(gòu)可以設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計以及鉆進工藝與鉆進參數(shù)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(zhuǎn)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(jié)合大扭矩回轉(zhuǎn);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(jié)語
盡管全液壓輕便鉆機受設(shè)計應(yīng)用的目的，結(jié)構(gòu)以及性能參數(shù)的影響，其應(yīng)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(shè)備。
作者：代常友李守圣孫宏莉單位：黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司地質(zhì)勘探院
