潜孔锤跟管取芯钻进技术在某铁路工程特大桥上的应用
潜孔锤跟管钻进技术研究
第 ８卷 第 ６期
２ ０ １ ７年 ３月
黑 龙 江 科 学
ＨＥＩ Ｌ Ｏ ＮＧＪ Ｉ ＡＮＧ Ｓ Ｃ Ｉ ＥＮ ＣＥ
Ｖｏ ｊ ． ８ Ｍａ ｒ ｃ ｈ ２ （ １ ｌ 了
潜 孔 锤 跟 管 钻 进 技 术 研 究
逢 忠 玉
（ 黑龙 江 省有 色金 属地 质勘 查 ７ ０ １队 ， 哈尔 滨 １ ５ ０ ０ ２ ８ ）
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Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ： ＤＴＨ ｈ ａ ｍｍｅ ｒ ；ＤＴＨ ｈａ ｍｍｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｉ ｐ ｅ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ；Ｅｎ ｇ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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液动潜孔锤钻进技术及应用
液动潜孔锤钻进技术及应用中国地质调查局勘探技术研究所苏长寿液动潜孔锤钻探是在回转钻探的基础上通过利用现场泥浆泵输出的冲洗液驱动液动潜孔锤（简称液动锤或冲击器）其内部的冲锤对钻头施加一定频率和能量的冲击功，加速碎岩，也就是钻头上带有冲击负荷的回转钻探。
钻孔时液动锤安装在钻杆或岩心管与钻头（取心或全面钻进）之间，随钻孔之延深而潜入钻孔中对钻头施加冲击负荷，它是在冲击和回转的共同作用下碎岩，因此可大幅度提高硬岩钻进时效，减轻孔斜，降低成本，提高综合效益。
液动潜孔锤钻探是对现有回转钻探的重大改革，是继现代金刚石钻探之后的钻探新方法。
它较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击力的弱点，是解决坚硬岩层和某些复杂岩层钻探效率低钻孔质量差的有效钻探技术。
一、液动潜孔锤目前的研究水平和应用程度：利用回转钻探时泥浆泵冲孔和冷却钻头剩余的液能驱动液动锤而实现液动冲击回转钻探的设想始于1887年，德国沃•布什曼发明的这种钻探法曾在英国获得专利，但直到上世纪60年代，此技术在美国和原苏联及东欧一些国家均尚处于实验阶段。
美国60年代初潘美石油公司（Pan American pertroleum Co）曾研制过两种尺寸的液动潜孔锤并作过一些试验；原苏联钻井技术研究所曾研制成BBO----5A型液动锤并用直径145mm的钻头在石油钻井中钻进到2200m，但结构中的弹簧易损坏需改进。
地质钻探中前苏联在70年代发展较成熟的液动锤型号为Γ—7和Γ—9型，直径分别为56和76mm，80年代初还研制成两种直径分别为59和76mm的绳索取芯式液动锤，但我国当时缺乏具体资料，以后查知其结构特点均为正作用式；瑞典卢基公司的G-Drill-AB分公司研制了一种叫Wassara的液动锤，所用的冲洗液经100μm过滤，直径为96mm的液动锤钻120mm孔，泵量在160—330L/min，泵的输出压力达18Mpa。
可钻进40m。
钻速提高2倍。
潜孔锤偏心跟管钻进技术
及城市基础设施等建设工程中， 遇到了大量 的 地 质 灾 害 防 治 、基 础 加 固 等 复 杂 地 层 的 工 程施工， 使潜孔锤跟管钻进技术得到了空前 的发展。国际上已经有的潜孔锤偏心跟管钻 进技术基本上在国内都得到了广泛的应用。
中国地质科学院探矿工艺研究所在潜孔 锤跟管钻进技术领域内研究起步较早， 自“七 五”开始研究以来， 特别是“九五”期间的进一 步开发、完善， 已经形成了与潜孔锤偏心跟管 钻进技术相配套的数十种单偏心、双偏心、三 偏心等潜孔锤跟管钻具产品， 不仅服务于地 质 勘 察 、地 质 灾 害 治 理 领 域 ， 还 满 足 了 水 电 站、高速公路、铁路及城市基础设施等建设工 程的需要。其中， ＳＰ 系列潜孔锤偏心跟管钻 具是专利产品， 专利号是： ＺＬ２００３２０１１５２０２．８。 其 产 品 规 格 有 ： ＳＰ１０８、 ＳＰ１２７、ＳＰ１４０、ＳＰ１４６、ＳＰ１６８、ＳＰ１７８、ＳＰ１９４、 ＳＰ２１９、ＳＰ２４５ 等。ＳＰ 系列跟管钻具可与常用 的冲击器相配套。
图 ２ 是单偏心三件套跟管钻进系统示意 图， 单偏心三件套跟管钻具由中心钻头、偏心 扩孔钻头、导正器、联接销系统等组成。 ２．２ 潜孔锤偏心跟管钻进工作原理
单偏心三件套潜孔锤偏心跟管钻具工作 时由钻机提供回转扭矩及推进动力。正常钻 进时， 由空气压缩机提供的压气， 经钻机、钻
凿岩机械气动工具， ２００７（ １）
潜孔锤偏心跟管钻进技术
赵建勤
（ 中国地质科学院 探矿工艺研究所， 四川 成都 ６１００８１）
摘要： 主要介绍潜孔锤偏心跟管钻进技术、ＳＰ 系列偏心跟管钻具的特点以及潜
孔 锤 偏 心 跟 管 钻 进 技 术 用 于 解 决 地 质 灾 害 、水 电 建 设 、城 市 高 层 建 筑 地 基 处 理 、公
空气潜孔锤取心跟管钻进技术
空气潜孔锤取心跟管钻进技术一、基本概况空气潜孔锤取心跟管钻进技术针对河床、滑坡、等堆积地层，采用空气钻进而研发的一种钻探新方法，具有钻进速度快、取心质量好、不破坏植被和不影响地层稳定性等优势；主要用于浅部地质钻探（绿色钻探、砂卵砾石层钻探等），水利水电、滑坡等工程地质勘察领域。
该技术通过“优质、高效”的途径，解决了各种堆积地层的岩心质量较差和钻进效率较低等问题；可“以钻代槽”，避免槽探对植被的破坏。
二、技术主要内容空气潜孔锤取心跟管钻进技术采用风动钻进原理，将基础工程中的潜孔锤跟管钻进与岩心钻探领域的回转取心钻进组合，通过优化结构，优势互补，形成一种取心质量好、钻进速度快的钻进新方法，为工程地质勘察提供有效的技术手段。
其核心技术是潜孔锤取心跟管钻具。
图1 空气潜孔锤取心跟管钻具空气潜孔锤取心跟管钻进技术主要由中心取心钻具、套管靴总成组成。
前者执行取心钻进任务，并随钻带动后者跟进套管；后者执行推动套管随钻向孔底延伸，实现随钻跟管钻进。
整套钻具结构简单，使用简便。
中心钻具属于可提升部分，完成取心钻进回次后，可随钻杆被提到地表。
套管靴总成由套管钻头等三个零件组成。
该总成直接连接在套管下端，由中心钻具带动套管钻头旋转，承担跟管任务，钻孔施工期间，始终留在孔内隔离孔壁。
空气潜孔锤取心跟管钻进技术钻进原理：回转取心钻具，进行冲击取心钻进；同时，通过传扭副带动套管钻头回转，使其保持同步冲击回转钻进，并靠承传压付使套管向孔底延伸，而套管不回转。
钻进回次结束，直接将中心取心钻具提到地表进行取心，而管靴总成仍留在孔内；加长套管后，再将钻具下到孔底并与套管靴总成自动连接，可进行下一回次钻进。
表1 潜孔锤取心跟管钻具规格及其主要技术指标钻具名称 Φ127取心跟管钻具Φ146取心跟管钻具Φ168取心跟管钻具钻具规格/mm Ф127 Φ146 Ф168钻孔直径/mm Φ132 Φ152 Ф176岩心直径/mm Ф54.5 Φ67 Ф75跟进套管/mm Ф127 Φ146 Ф168钻头类型 球齿合金钻头 球齿合金钻头 球齿合金钻头钻具长度/mm 1570（外管1米）2570（外管2米）1525（外管1米）2525（外管2米）1710（外管1米）三、重要意义及应用情况1、成果的重要意义现阶段及相当长时间，我国高原等植被脆弱地区地质勘探，铁路等基础设施，水利水电和滑坡等工程地质勘察，其各种堆积地层钻探工作量巨大；“一带一路”向外延伸沿线的铁路、公路等基础设施建设，也将有巨大的工程地质勘察工作，该技术具有巨大市场，应用前景非常广阔。
空气潜孔锤跟管钻进技术与应用
国外 的一 种潜 孔 锤 同心 跟 管 钻 具 ， 国 Ｔ ＰＤ ＩＬ 韩 Ｏ ＲＬ 公 司等在 这方 面也 有较 多研究 。
在 国 内 ， 孔 锤 跟 管钻 进 技术 是 随 着潜 孔 锤 钻 潜
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２０ ０ ８年 第 ７期
探 矿工程 （ 土钻 掘工 程 ） 岩
５ ５
空气潜孔锤跟管钻进技术 与应 用
赵建 勤， 李子章 ， 绍云 ， 石 王 勇 ， 罗宏保
（中国地 质科学院探矿． 艺研 究所 ， Ｔ － 四川 成都 ６ １３ ） １７４
ｙ ｎ Ｗ ＮＧＹ ｎ ， Ｕ ｏｇｂｏ（ ｈ ｎｔｕｅｏ ｘｌ ａｉ ｅｈ ｏ ｇ ， Ａ Ｓ Ｃ ｅｇ ｕＳｃｕｎ６ ３ ，Ｃ ｉａ ｕ ， Ａ ｏｇ Ｌ Ｏ Ｈ ｎ －ａ Ｔ ｅＩｓｔｔ ｆ ｐ ｒｔ ｎＴ ｃ ｎｌ ｙ Ｃ Ｇ ， ｈｎｄ ｉ ａ １７ ４ ｈｎ ） ｉ Ｅ ｏ ｏ ｏ ｈ ｔ
中 图 分 类 号 ：６４ ５ Ｐ ３ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２— ４ ８ ２ｏ ）７—０５ ０ １７ ７ ２ （ｏ ８ ０ ０ ５— ５
Ｔｅｈ ｏｏ ｙｏ Ｈ ｉｉｇ ｗｉ ｌ ａ ｏ ／ ＨＡＯ Ｊａ —ｉ ．Ｌ ｉ ｈ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｆＤＴ Ｄｒｌ ｎ ｔ ｉ ｌ ｅ ｕ ｓｎ ｎ ｈ ｐｉ ｆ ｎ Ｚ ｌ ｌ ａ ｃｉ ｉｎｑｎ ＩＺ － ａ ｇ．Ｓ ＩＳ ａ — ｚ Ｈ ｈ ｏ
摘
要 ： 管钻进技术 已发展成为对付 复杂地层 钻进 的一种有效方法 ， 跟 主要介绍空 气潜孔锤 跟管钻进 技术 、Ｐ系列 ｓ
空气潜孔锤取心跟管钻进技术
空气潜孔锤取心跟管钻进技术
李子章;李政昭;张道云;钱锋
【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》
【年(卷),期】2009(036)0z1
【摘要】把潜孔锤钻进、跟管钻进和取心钻进结合在一起,获得了一种在复杂地层取心钻进的新方法.
【总页数】4页(P158-160,166)
【作者】李子章;李政昭;张道云;钱锋
【作者单位】成都理工大学环境与土木工程学院,四川,成都,610059;中国地质科学院探矿工艺研究所,四川,成都,611734;中国地质科学院探矿工艺研究所,四川,成都,611734;成都水电勘测设计研究院,四川,成都,61000;中国地质科学院探矿工艺研究所,四川,成都,611734
【正文语种】中文
【中图分类】P934.5+6
【相关文献】
1.空气潜孔锤反循环连续取心钻探技术培训在河南举行 [J],
2.覆盖层绿色钻探新方法--空气潜孔锤取心跟管钻进 [J], 李政昭;吴金生;钱锋;黄晓林
3.空气潜孔锤跟管钻进技术与应用 [J], 赵建勤;李子章;石绍云;王勇;罗宏保
4.空气潜孔锤跟管取心钻进相关技术探析 [J], 何成
5.“空气潜孔锤反循环连续取心钻探技术培训班”在河南栾川举办 [J],
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空气潜孔锤跟管钻进工艺在某矿探放老空水顺煤层钻孔施工中的应用
技术平台空气潜孔锤跟管钻进工艺在某矿探放老空水顺煤层钻孔施工中的应用时 晓（平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处，河南 平顶山 467099）摘 要：本文主要介绍了空气潜孔锤跟管钻进工艺在平煤股份公司某矿探放老空水中的实际应用，总结了操作中的技术要点，分析了存在的问题，提出了建议，为在井下探放老空水顺煤层钻孔钻进中的应用和推广提供了经验。
关键词：空气潜孔锤；跟管钻进；探放；老空水；应用1 概述跟管钻进技术已发展成为对付复杂地层钻进的一种有效方法，在河南省已广泛应用到了水文水井钻探施工、金矿勘探、煤层气施工、抗旱救灾、地质灾害治理工程等领域中。
然而该技术却未被广泛应用于井下探放老空水钻孔施工中。
2013年，我单位承担了平煤股份公司某矿的探放老空水施工任务，采用空气潜孔锤跟管钻进工艺，成功穿越了采空区，圆满完成了4个探放老空水顺煤层钻孔的钻凿施工任务。
2 工程概况平煤股份公司某矿采用倾斜分层走向长臂下行垮落法开采己15-17煤层。
其中己15-17-12092采面位于该矿己二采区东翼，北临已回采完毕的己15-17-12091采面风巷，南跨过已回采完毕的己15-17-12111采南风巷，作面可采走向长876m，倾斜宽129m，煤层揭露平均厚度2.5m，平均倾角25°。
该采面风上帮距己15-17-12091采面风巷下帮直线距离约41m，距己15-17-12071机巷下帮直线距离约50.5m。
己15-17-12071采面于2007年1月回采完毕，不再维护。
己15-17-12091采面于2008年8月回采完毕，不再维护。
从2013年起，己15-17-12071采空区积水通过断层带渗入到了己15-17-12092风巷，造成己15-17-12092风巷F5点附近巷道顶板淋水，水量约2m3/h，且有增大的趋势。
为确保己15-17-12092采面安全回采，需要在己15-17-12092风巷的适当位置对己15-17-12071采空区积水进行探放。
某铁路特大桥水下钻孔桩施工技术
影 响 ， 面起 伏较 大 ， 层 多 ， 圆 砾 土 中 岩 夹 粗 渣 过 厚 而 降 低 桩 基 的承 载 力 。 时 确 保 桩 且水 量 较 小 ， 同 可加 快灌 注 速 度 ， 早 拆 除 漏 尽
达 ９ ～ １５ ５ ２ ｍｍ， 别达 １ ５ ｌ ５ 个 ７ ～ ９ ｍｍ ， 圆 粗
备 反 复 小 范 围抖 动 导 管 并 根 据现 场 情 况 紧
（ ） 筋 笼 下 放 。 浮 吊将 制 作好 的 钢 急 处 理 ； 下 砼 灌 注 过程 中 ， 现钢 筋 笼 上 ４钢 用 水 发
筋 笼 吊上 平 台 ， 桥 向 放 在 平 台 上 或 竖 直 浮 现象 时 ， 立 即暂 停 浇 注 ， 顺 应 并准 确 计 算导 立 起放在未钻孔 位的钢护筒 内， 龙 门吊 用 管 埋 深 和 已 浇混 凝 土 标 高 ， 导 管 提 至 钢 将 （） 孔前 的 准 备 工 作 。 打 平 台 定 位 起 吊 下 放 。 １钻 插 筋 笼底 端 以 上 ， 提升 导 管 后 再进 行 浇 筑 注 ， 桩， 然后 进行水 上钻 孔 平台 的拼 装 ， 设 置 泥 （） 筑 水 下 混 凝 土 。 筑 水 下混 凝 土 上 浮 现 象 即 可 消 除 。 ５浇 浇 浆 循 环 系 统 ， 浆 循 环 系统 由出 浆 管 、 浆 前 ， 泥 泥 先在 漏 斗 孔下放 置一 个 高３ ｃ 上 端直 ０ ｍ、 沉 淀 池 、 池 、 浆 泵 、 浆 管 五 大 部 分 组 径 ２ ｃ 下端 直 径２ ｃ 储 泥 进 ６ ｍ、 ８ ｍ的混 凝 土球 ， 铁线 ４结语 用
卵石 占 １ ～２ ％， 径一 般４ ～８ｍｍ， 分 基 水 下 混 凝 土 的 顺 利 灌 注 及 桩 基 质量 ， ２ ８ 粒 ５ ５ 部 避 水导 管 ； 下 砼 灌注 过 程 中 ， 强砼 拌 制 质 水 加 免 断 桩 事 故 的发 生 。 孔 时 ， 浆 池 中应 有 量 ， 原 材 和 成 品砼 实施 全 程 监控 ， 灌注 清 泥 对 砼
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西部探 矿工 程
２ ０ １ ３年第 ２期
潜 孔锤 跟 管取 芯钻 进 技 术在 某铁 路 工程特 大桥 上 的应 用
李 金 乐
（ 铁 道第 三勘 察设 计院 集 团有 限公 司， 天津 ３ ０ ０ ２ ５进过程 中， 会产生掉块、 坍塌、 缩径、 超径、 漏失等， 导致不能正常钻进， 钻 进 效 率低 ， 甚 至造成孔 内事故 。同时 ， 采 用回转钻进 ， 岩 芯受到 冲洗液 冲刷 ， 岩 芯采取 率低 。针 对上 述 情况， 应用潜孔锤 跟 管取 芯钻进技 术 ， 介 绍 了其钻具 结构 、 特 点 以及 配套设 备的 选择 。另外 ， 根 据钻探 实际遇 到的 问题 ， 完善 了钻 具结构 。 关键词 ： 潜孔锤 ； 跟 管取 芯 ； 钻进 效率 ， 岩芯采 取 率 中图分类号 ： Ｐ ６ ３ ４ ． ５ 文献标 识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ Ｏ ０ ４ —５ ７ １ ６ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ２ 一Ｏ ０ ６ ６ 一Ｏ ３
图 １ 钻具照片
进 由于采 用 以冲击 力 为 主破 碎 岩石 ， 钻 具 回转 速 度 慢 、 进度 快 ， 从 而消 除了金 刚石 回转钻 进 时高 速 回转对 岩芯 的扰动破 坏 因素 ， 所 以取 得 的岩芯能够 较客 观反映 地层
情况 。
（ ５ ） 发挥潜孔锤钻进效率高的技术优势 ， 实现取芯
１ 工程 概况
某工 程 特 大 桥 位 于河 北 省 正 定 县 内， 桥 全 长
９ ９ ８ ０ ． ７ ０ ｍ， 桥址区地处冲洪积平原 ， 地形较平坦开阔， 位 于河床附近， 大部辟为农田及林地。地层情况大致为 ： 上 部０ ￣１ ０ ｍ左右为土和砂 ， １ ０ ｍ以下为圆砾土、 卵石土。 ２ 空气潜 孔锤 跟 管取芯钻探 技术 ２ ． １ 钻 具 结构 空 气潜孔 锤取芯 跟 管钻 具 主要 由中心 取 芯 钻具 和 套管 靴总成 ２部分组 成 。其 中 ， 中心 取芯钻 具为可 提升 部分 ， 钻进时执行取芯钻进任务 ， 同时带动套管钻头旋 转， 钻进回次结束， 可随钻杆被提到地表 。套管靴总成 连接 在套 管柱 下端 ， 在取 芯 钻头 带 动下 ， 执 行 同 步跟 管 任务 ， 钻孔期间始终留在孔内， 见图 １ 。 钻具设有 ： 高、 低压气流通道系统、 传扭机构 、 传压 机构 、 套管分动机构 、 瞄向到位机构和取芯装置等 ６ 个 机构 。 ２ ． ２ 钻 具特 点 （ １ ） 钻具 结构采 取 同步 、 同心跟 管钻进 原理 ， 结 构合 理， 免 除 了因地层 的垮 塌 因素而造成 的不到 位故 障 。 （ ２ ） 采用 中心钻 头超 前 套 管钻 头 的 阶梯 钻进 原 理 ， 同时将高压气流通道与低压通道分开， 使高压气流直接 从高压排气孔排出， 避免高压气流冲刷孔底岩芯 ， 岩芯 始终 处于岩 芯管 的屏 蔽保 护下 ， 所 以能够取 得高质 量 的 岩芯和高的采取率 。 （ ３ ） 钻具采用双管结构 ， 可 以满足不 同的砂卵石和 松散地层的取芯要求。 （ ４ ） 与金刚石回转钻进不同， 新型钻探取芯技术钻
＊ 收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ １ — １ ５ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ １ — １ ５
作者简介 ： 李金乐 （ １ ９ ７ ６ 一 ） ， 男（ 汉族） ， 天津人 ， 工程师， 现从事铁路地质勘察工作。