全液壓輕便鉆機(jī)應(yīng)用下的水利水電論文
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國(guó)內(nèi)外鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是模塊化、輕型化、系統(tǒng)化、多功能化。全液壓輕型鉆機(jī)的設(shè)計(jì)思路就是輕便、解體性強(qiáng)、各部件間連接簡(jiǎn)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(dòng)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(jī)具有以下特點(diǎn):
1)模塊化設(shè)計(jì)。將鉆機(jī)按照功能分為多個(gè)模塊，分別是控制模塊、鉆進(jìn)模塊、底座模塊、動(dòng)力模塊、油箱及液壓油冷卻模塊、水泵模塊、卷?yè)P(yáng)模塊;各模塊之間通過(guò)液壓油管、電纜線相互連接，裝配簡(jiǎn)單快捷;模塊化設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處是，可以使各模塊間相對(duì)獨(dú)立，可以發(fā)揮每個(gè)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(gè)設(shè)備體積以及重量，便于運(yùn)輸;操作與維護(hù)簡(jiǎn)單快捷，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
2)液壓系統(tǒng)控制。鉆機(jī)鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)方向、泵量、夾持器、卷?yè)P(yáng)等均由液壓系統(tǒng)控制。相對(duì)于機(jī)械鉆機(jī)，在調(diào)整鉆進(jìn)方向、回轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)速大小時(shí)，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(shí)現(xiàn)無(wú)極變速;液壓系統(tǒng)有自我保護(hù)作用，可以根據(jù)鉆進(jìn)情況，自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)，有效降低對(duì)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(dòng)化程度較高，極大的降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
3)給進(jìn)行程大。全液壓輕便鉆機(jī)的給進(jìn)行程一般為1．5m～2m，是XY系列鉆機(jī)行程的2倍～3倍，可以有效的降低倒桿次數(shù)，提高純鉆進(jìn)時(shí)間。
4)鉆進(jìn)工藝多樣性。全液壓輕便鉆機(jī)行程大，鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整簡(jiǎn)單、快捷，適合應(yīng)用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、沖擊鉆進(jìn)、繩索鉆進(jìn)等眾多鉆進(jìn)工藝;且全液壓輕便鉆機(jī)絕大多數(shù)都是桅桿式鉆塔，通過(guò)液壓方式起降與控制角度，可以滿足不同角度的鉆進(jìn)需求。
5)自動(dòng)化程度高。采用液壓卡盤，自動(dòng)擰卸鉆桿，部分產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安裝鉆桿，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
6)安全性高。操作臺(tái)遠(yuǎn)離孔口，可以清楚的觀察鉆進(jìn)情況，及時(shí)做出應(yīng)對(duì)反應(yīng)。
2全液壓輕便鉆機(jī)的應(yīng)用
ExploreJr．36D輕便鉆機(jī)為全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)，模塊化設(shè)計(jì)，最大模塊為柴油機(jī)，重量為245kg?？梢詫?shí)現(xiàn)0°～90°鉆進(jìn)，采用單缸給進(jìn)，行程1．7m，最大鉆進(jìn)深度100m。鉆機(jī)主要分為鉆機(jī)主體、底座(含卷?yè)P(yáng)機(jī))、控制臺(tái)、柴油機(jī)、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(shí)現(xiàn)2人～4人搬抬。鉆機(jī)組裝時(shí)間在1h左右。鉆機(jī)在土層、砂層、砂礫石覆蓋層、卵石層以及基巖中進(jìn)行試驗(yàn)。采用單管鉆具、雙管鉆具、植物膠鉆具、金剛石鉆頭、復(fù)合片鉆頭、合金鉆頭以及清水、泥漿、植物膠等進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)。鉆進(jìn)過(guò)程中，根據(jù)地層情況及時(shí)改變鉆進(jìn)工藝，對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)和快調(diào)，可以保證鉆進(jìn)穩(wěn)定，提高鉆進(jìn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。鉆機(jī)試驗(yàn)取得了良好的效果，但受全液壓輕便鉆機(jī)的特性限制，也存在一定的不足之處。
3全液壓輕便鉆機(jī)存在的問(wèn)題及解決方案
雖然全液壓鉆機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其追求輕便性，難免會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。具體問(wèn)題及解決方案如下:
1)鉆機(jī)主體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)穩(wěn)定性相對(duì)較差。為了追求輕便以及快速拆裝，鉆機(jī)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(jiǎn)單，長(zhǎng)度與寬度較小。因此在鉆進(jìn)過(guò)程中遇到較大阻力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)底座上抬或左右移動(dòng)，影響鉆機(jī)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(dǎo)致鉆機(jī)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(jī)器振動(dòng)對(duì)支撐液壓缸的損傷作用;在設(shè)計(jì)時(shí)，擴(kuò)大鉆機(jī)底座，增加底座穩(wěn)定性，或以大號(hào)方鋼對(duì)接的方式加工底座，將鉆機(jī)原配底座固定在新加工的底座上;鉆進(jìn)時(shí)，底座固定在方木以及木板上，方木埋于土中固定，必要時(shí)可以增加地錨;控制鉆進(jìn)參數(shù)，不盲目加壓、提高轉(zhuǎn)速，合理鉆進(jìn)。采用上述措施能夠有效降低鉆機(jī)主體結(jié)構(gòu)重量輕帶來(lái)的問(wèn)題。
2)復(fù)雜地層鉆機(jī)鉆進(jìn)能力較弱。由于全液壓輕便鉆機(jī)的性能參數(shù)相對(duì)于機(jī)械鉆機(jī)要弱，尤其體現(xiàn)在扭矩參數(shù)上，因此在鉆遇復(fù)雜地層或突遇地層變化時(shí)，其不能像機(jī)械鉆機(jī)可以直接強(qiáng)行鉆穿復(fù)雜地層再進(jìn)行處理。而且全液壓輕便鉆機(jī)通常采用桅桿式鉆塔，配置的液壓驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)，不能像機(jī)械鉆機(jī)那樣利用三角或四角鉆塔結(jié)合自身配置的卷?yè)P(yáng)錘擊套管跟進(jìn)護(hù)壁。因此，其復(fù)雜地層鉆進(jìn)能力較弱。解決的方案是:a．針對(duì)相應(yīng)地層，合理選擇沖洗液以及采用多種鉆進(jìn)工藝，例如繩索取芯鉆進(jìn)、空氣鉆進(jìn)、無(wú)泵反循環(huán)、干鉆法以及薄壁短套管跟進(jìn)護(hù)壁等;b．設(shè)計(jì)合理的鉆孔結(jié)構(gòu)。以ExploreJr．36D輕便鉆機(jī)為例，其鉆進(jìn)能力為100m，在基巖中鉆孔結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為130mm鉆具開(kāi)孔鉆進(jìn)，下入127mm薄壁套管，換110mm鉆具鉆進(jìn)，下入108mm薄壁套管，換91mm鉆具鉆進(jìn)，下89mm薄壁套管，換75mm鉆具終孔，或采用75mm繩索取芯鉆進(jìn)工藝。在覆蓋層等復(fù)雜地層中，鉆孔結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為130mm鉆具開(kāi)孔鉆進(jìn)，下入127mm薄壁套管，換91mm鉆具鉆進(jìn)一回次后提鉆，下入108mm薄壁套管，配合套管鉆頭鉆進(jìn)至上一回次進(jìn)尺處，換91mm鉆具以及108mm薄壁套管重復(fù)上述鉆進(jìn)過(guò)程，換75mm鉆具以及89mm薄壁套管、套管鉆頭重復(fù)上述鉆進(jìn)過(guò)程至終孔。在鉆進(jìn)過(guò)程中遇塌孔、掉塊等問(wèn)題，可以考慮采用泥漿、植物膠護(hù)壁，或采用無(wú)泵反循環(huán)以及干鉆等方法鉆進(jìn)。
3)處理孔故能力較弱。由于鉆機(jī)動(dòng)力頭的扭矩不足于XY系列鉆機(jī)的1/4，甚至1/10，而且鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及鉆進(jìn)工藝與鉆進(jìn)參數(shù)選擇不合理時(shí)，容易發(fā)生卡鉆、埋鉆等孔故。受能力以及液壓卷?yè)P(yáng)特點(diǎn)的限制，全液壓鉆機(jī)無(wú)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(jī)起拔鉆具;d．搭建三角塔，配備卷?yè)P(yáng)，采用吊錘沖打鉆具;e．?dāng)U孔鉆進(jìn)，取出鉆具。
4結(jié)語(yǔ)
盡管全液壓輕便鉆機(jī)受設(shè)計(jì)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(lái)鉆機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著科技的發(fā)展，這類問(wèn)題會(huì)得到很好地解決，會(huì)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(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司地質(zhì)勘探院
