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无锡金帆YGL-S100型声波钻机

发布时间:2013年05月22日
来源:探矿工程在线

YGL-S100型声波钻机

 

1  声波钻机的钻进原理及特点

1.1  声波钻进的原理

声波钻进的主要设备是振动回转动力头,动力头能够产生可以调节的高频振动和低速回转作用,通过围绕平衡点进行重复摆动而形成振动,能量在钻杆中积累,当达到其固有频率时,引起共振而得到释放、传递。能量通过钻杆的高效传递,使钻杆和钻头不断向岩土中钻进。振动波能量垂直传递到钻柱上,频率一般可达到4000~10000/分,冲击功可达到20000-200000。由于属于较低的机械波振动范围,能够引起人的听觉,所以习惯上称为声波钻进。

声波钻进是钻进深厚覆盖层和砂砾石复杂地层的最好方法,钻柱的低速回转保证能量和磨损平均分配到钻头的工作面上。当振动与钻杆的自然谐振频率叠合时,就会产生共振。此时钻杆的作用就像飞轮或弹簧一样,把极大的能量直接传递给钻头。高频振动作用使钻头的切屑刀刃,以切削、剪切、断裂的方式排开其钻进路径上的岩土,甚至还会引起周围岩土粒液化,让钻进变得非常容易。

另外,振动作用还把土粒从钻具的侧面移开,降低钻具与孔壁的摩擦阻力,也大大提高了钻进速度,在许多地层中钻速高达20-30m/ h

1.2  声波钻机具有如下的技术特点

(1)应用范围广。广泛适用于工程勘察,环境保护调查孔,地源热泵孔,砂金地质勘探、大坝及尾矿监测孔,海洋工程勘察,大坝基础的钻探取样,以及微型桩、水井孔等。

(2)地层适应范围宽。0-300的深厚堆积体、各种松散层:如砂土、粉砂土、粘土、砾石、粗砾、漂砾、冰碛物、碎石堆、垃圾堆积物,以及软岩中,能有效、高速的进行连续原状取样钻进,以及全套管成孔。而这是传统钻进工法无法比拟的。

(3)钻进速度快。声波钻进是振动、回转和加压三种钻进力的有效叠加,特别是振动作用,不仅有效破碎岩石,同时也使岩土排开和液化,从而获得较高的钻进速度。通常钻速在20-30/小时,比常规回转钻进方法快5倍以上。

(4)岩土样保真度好。声波钻进可在覆盖层和软基岩中采集直径大,代表性强,保真度好、不混层的连续岩土样。扰动降到最低,尤其适合应用在需要采集原状样及无污染样品的场合。

(5)环境污染少,是绿色施工法。通常情况下,声波钻进可不使用泥浆或添加泥浆处理剂的钻井液,少用水或者不用水,钻进产生的废弃物比常规钻进少70 %80 %,从而减少了钻井液对环境的污染。此外,施工过程环保,施工时噪音低,对周边环境影响小。

(6)施工安全性好。声波钻进采用了套管跟进护壁技术,套管跟进和取样同时进行。外套管能够很好地保护孔壁,防止孔壁坍塌。同时还可隔离含水层,避免交叉污染。由于有外层套管的保护,因此不怕卡钻、埋钻,钻孔过程孔内事故少。

7)施工工艺多样可以使用绳索钻进工艺,实现不提钻取样;也可采用单管、单动双管取样钻进。能用较大直径的套管(4-12吋)高效连续钻进。

 (8)钻进成本低。国外声波钻机施工,一般要求每天钻进进尺100米以上,由于钻进速度快,缩短了施工周期,降低了劳动力费用;不用泥浆及少水钻进,材料消耗少;钻进产生的废物少,减少了现场清理费用。

 

2  YGL-S100型声波钻机性能参数

无锡金帆钻凿设备股份有限公司历经两年的研发,引进日本利根公司声波动力头技术,制造出国内第一台YGL-S100型声波钻机。

性能参数

1 钻孔深度  100m

2 钻孔直径  91~130mm

3 动力头  型式:液压马达驱动手动开闭式

          回转动作:正转、反转

          最大扭矩:(低速)5400Nm/(高速)2700Nm

          输出转速:(常用)41rpm/82rpm

4 振动器  型式:偏心重锤式液压马达驱动

          最高震动频率:(高速)4000cpm

          最大起振力: 78KNm8000kgf

5 空气减震装置  型式:(加压时)自给式减震装置

                      (起拔时)空压机式减震装置

                行程(量):(加压侧)75mm/(起拔侧)25mm

6 动力头开箱  067°(通过直径170mm

7 给进装置  型式:液压油缸驱动倍速链条给进

            加压力:Max.40KN

            提升力:Max.60KN

            行程:3500mm

8 桅杆  型式:型钢焊接式

        桅杆滑移行程:600mm

9 绞车  型式:液压马达驱动带机械刹车

        起吊能力:11KN(单绳)

10 孔口装置  型式:液压油缸式  有冲扣装置

             最大通孔直径:230mm

11履带底盘与动力    型式:液压驱动履带型

                    发动机:6BTA5.9-C125  康明斯

                    发动机马力:170ps/1800rpm

12 总质量   8500kg

13 自选项目  泥浆泵:BW-160BW-200

             泥浆搅拌机

 

3  生产试验情况

中国水电顾问集团中南勘测设计研究院水建司向家坝项目部,采用无锡金帆钻凿设备股份有限公司生产的YGL-S100型声波钻机,结合具体工程,进行了生产性试验。于2013118日至130日在向家坝电站污水厂进行了不取样快速成孔钻进;及201341日至410日在云南水富县育才路安置小区内进行了取样钻进。

YGL-S100型声波钻机在向家坝水电站做监测孔施工

YGL-S100型声波钻机在向家坝水电站做绳索取样施工

此次在向家坝取样试验中,对YGL-S100型声波钻机的取样能力进行了很好的验证,得出如下结论:

(1)经过此次生产性试钻验证,YGL-S100声波钻机的主要性能参数能达到了设计要求,钻机性能稳定。钻机在该项目中现突出,其独特的钻进能力,得到外方专家、施工单位及参观客户的好评。

(2)地层适应性强。在监测孔施工中,能一径顺利穿过非常复杂的地层:坚硬块石填方层、松散沙砾层、强风化层及基岩。

3)钻孔速度快。在填石层(大灰岩块,卵砾石)平均小时进尺34米;砂砾石层、粘土层、淤泥层或不含较大孤石的覆盖层钻进时,成孔速度快,平均实效可达20米。基岩平均时效45米。

4)在深厚砂砾石层中取样钻进速度快、取样率高,可获取原状样。在覆盖层层取样率可达95%以上,在砂砾层也有80%以上;

5)绳索取芯钻进不提钻,能连续、高速取出原状样;由于不需提钻取样或更换钻头,岩样不混层,反映了地层真实的情况。

6)单动双管钻具取样时,内管不回转,能取出无扰动的原状样。钻进时,钻套管内直接下取样器取样,取样后,钻套管继续钻进护壁。

7在取样钻进过程中可以少水或无水钻进,可以避免对岩样造成污染,可以取出较为完整的原状岩样,大大提高了岩样的保真度,为正确的分析地质状况提供了真实的依据。

8)钻孔质量好,钻孔直线度高。监测仪器由钻套管内直接下放,由于钻套管是内平,无卡阻,顺利投放到孔位。

9)钻具不怕卡钻、埋管。由于声波动力头的高频振动的特性,使岩土排开和液化,钻具不拍卡钻、埋管,处理孔内事故能力极强。

(10)应增加系列配套钻具,在钻进较深时更换较小直径的钻具,可提高钻进速度和钻孔深度;针对硬岩,砾石层等较硬的地层配套不同的钻头。

[责任编辑:dww]

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