某水电站地质勘探中钻头支撑装置的研究

张小强,张锁柱

（1.华北有色工程勘察院有限公司，河北石家庄050021；2.河北省矿山地下水安全技术创新中心，河北石家庄050021）

1 概述

在地质勘探过程中通常采用钻头钻进形成地质钻孔，然后将探测仪器放置在孔内，从而实现不同深度岩石地质检测；钻探时根据不同钻孔所在的勘探环境一般采用勘探取样钻机或者地质麻花钻机针对性进行勘探[1]，勘探取样钻机体型较大，在山区工作移动不方便；采用手动钻机勘探需要手动控制竖直向下打孔，在钻探过程中钻头套管发生倾斜时很容易造成钻头套管折断，甚至损坏钻头，有时为了防止钻头套管折断一般采用三角架支撑进行打孔，三角架在崎岖的地面搭建时，垫高调平工作费时费力。

2 工程概况

该水电坝址两岸160m高程平台至河床为陡崖分布，两岸均未发现前期勘探便道，主坝枢纽建筑物区河边为崩塌块石、巨石。钻孔均处在30°~50°的堆石坡上，植被茂盛，岸坡陡峻，岩石片理发育，钻探同时需要满足采取率、孔内地质测试等多项要求。

3 研究方向

为解决项目上地形陡峭复杂环境下的钻探效果，确保成孔后开展井下电视等地质测试[2]，针对上述存在的技术不足，研究了一种地质勘探钻头支撑装置，该装置采用支架的设计，通过紧定螺钉调节调平钢架，从而实现固定张紧装置水平放置，实现竖直打孔校正功能，操作简单方便，解决了三角架在崎岖的地面搭建时，垫高调平工作费时费力的问题；固定张紧装置的设计只需用扳手转动六角卡台即可将底座固定锁死，支架调平支撑，起到双重稳固作用，可以使钻头平稳工作，解决了手动钻机工作，钻头套管发生倾斜时很容易造成钻头套管折断，甚至损坏钻头的问题；整个装置体型较小，使用携带方便，解决了勘探取样钻机体型较大，在山区工作移动不方便的问题。

4 研究方案及优化

为解决上述技术问题，改进支撑装置所采用的技术方案是：包括底座、支架和固定张紧装置；支架固定焊接在底座顶部；固定张紧装置设置在底座内部；底座外周均匀设置有多个通槽；固定张紧装置包括固定块、隔套、涡轨转盘、拉簧和棘爪卡针；涡轨转盘转轴连接在底座内部顶端；固定块固定安装在底座内部底端；固定块中部外周均匀设置有多个滑槽；滑槽和通槽相对应；滑槽内部滑动连接有滑块；滑块顶部设置有凸台；涡轨转盘底部设置有涡槽；凸台和涡槽滑动连接。

针对方案在实际操作中进一步优化，将装置固定块中部固定安装有固定轴套；固定轴套贯穿底座顶部；固定轴套内部底端安装有两个调心轴承；隔套安装在两调心轴承中部；固定轴套中部上方转轴连接有扭矩套筒；扭矩套筒贯穿底座顶部；扭矩套筒和涡轨转盘中部花键连接。

扭矩套筒顶部设置有六角卡台；六角卡台底部设置有多个锯齿；棘爪卡针中部转轴连接在底座顶部；锯齿和棘爪卡针一端卡接；底座顶部一侧设置有固定杆；固定杆和棘爪卡针一侧通过拉簧两端连接。

支架顶部设置有回转座；回转座内部安装有深沟球轴承；深沟球轴承和调心轴承上下对应；支架底部外周均匀设置有多个支腿；支腿底部和底座顶部焊接；支腿一侧在长度方向上设置有卡槽；支腿外部滑动连接有卡套；卡套中部一侧螺纹连接有紧定螺钉；紧定螺钉和卡槽卡接；卡套底部一侧设置有调平钢架。

改进的支撑装置示意图见图1~图3。

图1 支撑装置整体外形图

图2 支撑装置支撑架结构图

图3 支撑装置内部结构图

5 结论

与现有技术相比，改进的支撑装置具有以下优点：①支架的设计，通过紧定螺钉调节调平钢架，从而实现固定张紧装置水平放置，实现竖直打孔校正功能，操作简单方便，解决了三角架在崎岖的地面搭建时，垫高调平工作费时费力的问题；②固定张紧装置的设计只需用扳手转动六角卡台即可将底座固定锁死，支架调平支撑，起到双重稳固作用，可以使钻头平稳工作，解决了手动钻机工作，钻头套管发生倾斜时很容易造成钻头套管折断，甚至损坏钻头的问题；③整个装置体型较小，使用携带方便，解决了勘探取样钻机体型较大，在山区工作移动不方便的问题[3]。