轻便钻机在地质勘察工程中的应用研究

牛乾坤

【摘要】近几年来，随着社会经济的发展和科学技术的不断提高，我国的地质勘察工程中发生了日新月异的变化，勘察的领域以及能力都得到了进一步的提升，而这主要依赖的就是轻便钻机在地质勘察工程中的有效运用，轻便钻机可以在各种不同地质地理情况以及施工条件下进行施工，保证了地质勘察工作高效稳步的进行。针对这个问题，本文对地质勘察工程的概念和特点进行了初步的分析，并就轻便钻机本身的功能特点、结构特点、设计要求和改进措施进行了深入的研究，最终深入探讨了轻便钻机在地质勘察工程中的有效运用。

【关键词】轻便钻机；地质勘察工程；功能特点；设计要求；改进措施；应用

一、地质勘察工程的概念及特点

（一）地质勘察工程的概念

我们通常所说的地质勘察工程实际上是指充分的运用调查、测绘、试验以及勘探等措施对一项工程进行深入的调查和分析，进而对该工程的水体、土质、岩体的分布规律以及各种力学参数进行充分的掌握，然后相关的工作人员会根据所获得数据参数对工程所在地的稳定性以及建筑的适应性进行科学的分析、检测和规划，最终制定合理的工程设计以及施工建议等。在地质勘察工程中，鉆探技术占据着举足轻重的地位。钻探技术在地质勘察工程中的有效运用可以进一步的保证地质勘察工作的准确性，并且还可以辅助采集岩石样品。因此，在地质勘察工程中如果不能正确合理的运用钻探技术就会导致获得的各种力学参数不够精确，从而也会给地层结构的分析带来很大的阻碍，最终会严重影响整个工程的质量。

（二）地质勘察工程的特点

具体的说，地质勘察工程相对于其他的工程而言主要有以下几个特点：第一，在进行地质勘察工作的钻孔工作时，必须综合考虑施工现场的地质条件、工程项目的实际特点以及施工场地的各种因素，保证钻孔工作的合理性。第二，通常情况下，地质勘察工程中钻孔的深度都不应该超过100米，在钻孔的过程中一般应该遵循钻孔方法最简单、钻探设备结构最为简单轻便的原则。第三，地质勘察工程中的钻孔具有多个功能，一个钻孔既可以用作水文地质等的调查，同时也可以用来进行工程场地的取样调查和观测。第四，地质勘察工程中的钻孔结构相对来说其观测和编录以及钻进方法都比较特殊，所以地质勘察工程中的钻孔技术相对来说要求也比较高。

二、轻便钻机的功能、结构特点、设计要求和改进措施

（一）轻便钻机的功能特点和结构特点

轻便钻机相对于其他类型的钻机来说，其功能特点主要表现为：轻便钻机的重量比较轻、结构相对来说比较简单、易操作、体积小、实用性比较强；维护比较方便，可以有效的降低工人的劳动强度；在使用的过程中容易架设，搬运维修相对来说比较方便；钻进速度相对于其他的钻机来讲比较快，工作效率更高；轻便钻机的工作安全性更高，工作性能稳定可靠。其结构特点主要表现为：轻便钻机的结构比较简单，方便在施工现场进行布局，在一些先进的轻便钻机中，主要是由动力头、回转泵、导轨、底座以及给进泵站五个部分组成，在设计的过程导轨与支撑杆和底座之间主要采用插销用来固定和连接，从而保证拆卸的方便；轻便钻机中用来控制回转以及给进的两个传动系统是分别进行装配的，这样可以有效的降低单个钻机的重量，进一步的提升移动钻机时的机动性；轻便钻机一般是采用汽油机进行驱动；轻便钻机动力头的转速可以改变；轻便钻机的给进泵站和回转泵站可以安装在底座上，不仅可以提高整个钻机的稳定性，同时还可以方便进行现场布置。

（二）轻便钻机的设计要求

在进行轻便钻机的设计时，我们主要遵循以下几个要求：第一，轻便钻机的重量应该尽可能的低、解体性强，保证轻便钻机可以在不同的施工环境中进行搬运和安装。第二，轻便钻机的工作效率应该高，能够适应各种不同的地层。第三，轻便钻机应该具备多种钻进工艺功能，一般来讲，轻便钻机必须具备螺旋钻进、泥浆正循环钻进以及气动潜孔锤钻进等钻进工艺。第四，轻便钻机应该具备一定程度的自动化全液压控制，这样不仅可以有效的提高工作效率，并且还可以降低工作人员的劳动强度。

（三）轻便钻机的改进措施

轻便钻机本身的局限性以及设计要求决定了轻便钻机某些方面的功能还不能紧跟其他大型的钻探设备，所以为了进一步的提高轻便钻机在地质勘察工程中的应用，我们要对轻便钻机进行更进一步的改进。总体来说，我们对轻便钻机的改进主要体现在压力泵、钻杆以及转盘三个方面。首先，对于轻便钻机中的压力泵来说，为了提高其密封性和便于拆卸和维修，我们可以选择在其连接的部位利用橡胶件进行固定，从而进一步的提高工作效率。而轻便钻机的钻杆的改进则是尽量的降低其自身的重量，有效的防止轻便钻机工作过程中出现钻头堵死的现象。最后，对于轻便钻机的转盘的改进，我们可以增大转盘的外径、减小转盘的内径，同时还可以对上下端的螺栓采用橡胶件进行密封，这样不仅可以有效的减轻转盘的重量，并且还可以提高转盘的密封性能。

三、轻便钻机在地质勘察工程中的应用

在我国现阶段中，轻便钻机在地质勘察工程中应用的越来越广泛，它可以在不同地质环境、不同施工条件的环境下进行正常工作，保证了地质勘察工作高效稳步的开展。比如说在我国西部山区的地质勘察工作中，由于岩石覆盖层比较后，所以进一步加大了地质勘察的难度，在这种情况下，轻型XY-2型钻机在本地区地质勘察中的有效运用成功的解决了这一难题，最终获取的岩芯。

在对该地区的勘察工程进行设计的过程中，主要选用了轻型XY-2型立轴式岩芯钻机，在钻进的过程中利用硬质合金和金刚头分别进行施工。与此同时，在确定钻探工艺时，由于当地上层的土质比较疏松，所以在对下层的坚硬岩石进行钻进时就会容易出现钻孔粘钻、缩孔、塌孔等现象的产生，为了有效的解决这一问题，我们主要采用了以下的钻探工艺：

第一，对0～40米区域浅层部位的钻进：这一过程主要利用柱状的硬质合金钻头，钻进的过程采用干钻法。如果在钻进的过程中出现孔壁不稳定的情况应该及时的采用套管和泥浆护壁相结合的方法进行钻进，其压力一般为3～4kN，转速一般控制在200～500r/min之间。

第二，对40～70米的中层部位进行钻进：这一过程同样可以采用柱状硬质合金钻头，但是在取芯的过程中应该采用半合管取芯，对于钻壁的防护可以采用超低固相泥浆进行保护。钻进时压力一般为5～7kN，转速一般控制在150～200r/min之间。

第三，对70～230米的深层部位进行钻进：这一过程选用金刚钻头进行钻进，取芯时利用绳索进行取芯，对于钻壁的防护可以采用SM-KHm超低固相泥浆进行保护。钻进时的压力一般为8～12kN，转速一般控制在180～320r/min。

当轻便钻机在地质勘察工程中应用时，钻孔的护壁工作是十分重要的一个环节，对于钻孔的护壁我们可以采用泥浆、SM植物胶以及PHP系列护壁技术等进行护壁。这三种方法相比较来说SM植物胶对生态环境的破坏比较严重，PHP系列护壁技术不适用于渗透性比较强的地区。所以经过综合的考虑之后，我们采用经SM植物胶和KHm配置实验后的SM-KHm超低固相泥浆进行钻孔的护壁。最后，由于地层条件比较复杂，所以在钻进的过程中应该根据实际的情况及时调整钻进的深度，保证钻孔能够符合实际的需求。

四、 结束语

总而言之，轻便钻机相对于其他类型的钻机来讲在地质勘察工程中有着更加明显的优势，所以这也就决定了轻便钻进在地质勘察工程中应用的越来越广泛，虽然轻便钻机在实际的运用过程中仍然存在一些不足，但这些问题在未来的发展过程中都会得到有效的解决，我们可以预见的是未来地质勘察工程中，轻便钻机将会成为一件必不可少的重要设备。

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