复杂地层旋挖钻机钻进法

复杂地层钻进是地质钻探的一大难题,对于地质勘探的工作质量与工作效率具有直接影响。从护壁角度来说,所谓复杂地层通常指钻进中一切影响钻进顺利进行的特殊岩性地层,如成岩不好的疏松地层、胶结作用不强地层、遇水膨胀性泥岩地层、砂泥岩软硬互层、火山岩坚硬地层、碳酸盐溶蚀地层等,其在钻进过程中容易出现的掉块、坍塌、漏失、卡钻等问题,一旦处理不当,就会影响钻进工作的顺利开展,甚至造成安全事故。旋挖钻机是一种适合岩土基础工程中成孔作业的施工机械,因具有传统成孔设备无可比拟的优势,已被广泛用于各种桩基工程,并取得了较好效果。基于此,文章结合工作实践,对旋挖钻机钻进法在常见复杂地层钻进实践中的应用进行分析研究。     

笼式钻头的改进及其在黏土地层中的应用

结合工程实际,针对黏土地层钻进过程中,出现的钻进缓慢、糊钻、埋钻等问题,提出了改进措施,解决了正循环钻机在黏土地层中正常钻进的问题,并取得了显著的经济效益。     

岩土工程界面识别中的地层判别分类方法研究

如何根据钻进过程参数曲线对钻进地层进行可钻性实时分级是仪器钻进系统发展和应用的的关键技术.据此,对统计模式识别进行分析,并针对钻进参数样本数据的特点,采用最短距离聚类准则,分别建立类及分类数已知与类及分类数未知条件下的地层判别分类及有效性检验方法;同时,在风化花岗岩金刚石钻进中采用钻进比功曲线对地层进行了分级研究.研究结果表明,在普通风化花岗岩地层中,该聚类分析方法分类性能良好、精度高、误判率低,所获得的分类结果与岩芯地质录孔的分类结果相吻合.该方法为岩土工程地层的自动判别分级提供了定量判别方法.     

风化花岗岩地层旋转钻进中的能量分析

旋转钻进是岩土工程钻探的主要钻进方式,从能量守恒原理出发,对旋转钻进的能量进行分析。同时,在R-20液压式回转钻机上安装数字式钻孔过程监测（DPM）系统,在风化花岗岩地基工程中进行试验,并在监测数据的基础上对钻进能量进行分析计算。研究结果表明,钻进过程中用于破碎岩石的能量主要来自钻进系统的动能,钻进系统用于破碎岩石的能量分配与地层强度特性有关。在风化程度较低或新鲜岩层中钻进时,破碎岩石98%以上的能量来自系统的动能,而轴压力推动钻头位移所给出的能量不到2%;在土层或全风化岩层中,轴压力所做的功达到22%以上,且明显随风化程度的增高而增大,说明钻进系统动能与轴力功可用以表征地层的可钻性,这为实时钻进能量用于地层的识别提供理论依据。     

红格、兰尖、朱家包包钒钛磁铁矿区SYZX绳索取心式液动锤生产试验及推广应用

攀西钒钛磁铁矿区深部及外围普查项目实施中,在破碎、坚硬、打滑地层钻进及大断层、断层破碎带穿越,使用普通绳索取心钻进,施工周期、效率、效益都受到严重影响。项目组尝试多种新型钻进技术工艺及技术关键,2013年优选国土资源部勘探技术研究所研制的SYZX96和SYZX75绳索取心式液动锤,集绳索取芯与液动冲击回转钻进为一体,在坚硬"打滑"地层和破碎地层中具有钻进效率高、钻孔质量好、岩芯采取率高、钻探成本低,钻进技术工艺等方面取得了突破性进展,达到了预期目的,值得推广。     

旋挖钻机在砂砾岩层的钻进组合工艺研究及应用

我国旋挖钻机的生产应用已经越来越广泛,但在硬岩地层钻进过程中,经常遇到钻进困难、进尺工效低、机器故障率高、成本居高不下等问题,通过对旋挖钻机在砂砾岩层的钻进组合工艺进行具体分析和研究,以具体的工程施工案例为借鉴,进一步完善旋挖钻机在该类地层的钻进组合工艺应用.     

流固耦合作用下水平定向孔壁稳定性分析

孔壁失稳是目前水平定向钻进工程中经常遇到的一个实际问题,尤其是在地表的第四纪松散地层中钻进孔壁失稳更是屡见不鲜,严重影响工程施工。针对以往研究中没有考虑渗流场对孔壁稳定性的影响问题,本文在Biot固结理论的基础之上,建立了应力场和渗流场耦合数学模型,采用有限元方法对所建立的模型进行求解。通过对某一水平定向钻进孔壁稳定性进行数值模拟,分析了在流固耦合作用下地层孔隙压力、有效应力和位移的变化规律,并分析了在不同的冲洗液压力下,地层沉降情况。研究发现,在定向钻进过程中,流固耦合作用对地层特别是井壁附近围岩的应力和变形影响很大。研究结果为钻进过程中避免孔壁失稳,合理选择冲洗液及冲洗液压力提供理论依据。     

基于旋挖桩随钻参数的地层识别方法

旋挖钻机钻进参数是在钻进过程中分析钻进情况的基础数据。地层结构的变化必然使钻进参数发生变化,进而使旋挖钻机显示出与不同埋置深度地层相适应的动态特征。采用旋挖钻机随钻检测与控制系统,对钻进过程中的直测参数和派生参数进行采样和分析,根据钻机工作参数和地层岩土体物理力学参数的固有特性、统计特性、结构特性,建立单一指标到多指标的地层识别模型,把地质条件和钻机的工况参数联系起来,利用钻机的转速、扭矩、钻进压力预估岩石抗压强度和土质地基承载力,并与一桩一孔勘察结果进行对比,证明基于随钻参数的持力层判定方法的有效性。     

郑西客运专线旋挖灌注桩成孔施工技术

旋挖灌注桩成孔施工在郑西客运专线三门峡段第四纪Q1地层中遇到难钻进、难卸土问题,通过研究地层工程地质特性,对旋挖钻机不同斗齿刃前角对应的钻进速度进行统计分析,用最小二乘法拟合最佳钻进速度和斗齿刃前角的关系.通过确定斗齿刃前角的合理取值范围,采用单层进土口的旋挖钻斗,加大进土孔,改进钻进施工工艺等措施,克服了旋挖钻机在三门峡段第四纪Q1地层中进尺难、卸土难的问题.     

复杂地层成因分析及钻进技术措施

针对地质钻探中常遇到的复杂地层,简要分析了其成因,并介绍了在此类地层中钻进的技术措施。     

老挝纳勐铜多金属矿区坚硬“打滑”地层钻进方法

在老挝纳勐铜多金属矿区存在一层坚硬致密的弱研磨性的"打滑"地层,钻头消耗极大,钻进效率极低,严重影响了施工进度。文章结合项目的生产实际情况,对钻进参数进行优化,选取适宜于该地层的金刚石钻头进行钻进试验,经过实践验证,大大提高了钻进效率,在该地层取得了良好的应用效果。总结了生产实践中取得的成功经验,对以后在该类型地层进行钻探施工,可以起到很好的指导作用。     

甘肃金山矿区复杂地层钻探施工技术

甘肃省礼县金山矿区地质构造背景复杂,断裂构造非常发育,地层岩性以千枚岩为主,水敏性强,致使该矿区钻孔孔壁不稳定,加大了钻探施工难度。总结施工经验认为:采用抑制性泥浆和套管相结合的办法解决水敏性、破碎地层护壁问题可以取得较好效果。     

贯通式气动潜孔锤在复杂破碎地层钻进的研究

根据复杂条件下钻进的技术特点，对贯通式潜孔锤反循环连续取芯(样)钻进技术在破碎地层中的卡堵现象进行了室内模拟试验，并对试验结果进行了分析，提出了取样钻头结构的改进方案。     

旋挖钻机在永宁河特大桥不同地层中的应用

合宁铁路永宁河1、2号特大桥钻孔灌注桩基础采用旋挖钻机施工.介绍护筒埋设、成孔等施工技术及施工控制要点.指出旋挖钻机在不同地层中的钻进措施:部分粉质粘土层中可用清水或干孔钻进,淤泥质粘土层中采用双底捞砂钻头、直接用冲击钻机钻孔弃浆,圆砾层中采用短螺旋钻头低速钻进,泥质砂岩层中采用嵌岩钻筒钻进等措施,保证施工工期满足架梁节点要求.     

冲击钻钻速与隧道岩石力学参数的关系探讨

超前冲击钻钻探是岩石隧道中一种轻便、快捷、成本较低的直接地质预报方法,通过钻进数据可以判断掌子面前方地层的状况,降低地质事故的发生率.目前在地质钻预报方面主要是通过不在同一平面的三个钻孔来预测地层空间位置,对于地层性质的预测通常是定性的.作者以一种钻机为基础,进行了大量的现场实测,根据现场实测数据、实验室测试数据、现场的地质描述,分析了冲击钻钻速与岩石抗压强度、围岩类别的定量关系,建立了钻速与岩石BQ的统计关系式,这为隧道变更设计,预防事故提供了坚实的数据基础.     

钻芯法在冲孔灌注桩成桩质量检测中的应用

结合工程实践阐述了钻芯法在检测嵌岩冲孔灌注桩时需注意的事项。工程实践表明,钻芯法与低应变和高应变动测技术在对复杂地质条件下的桩基和问题桩检测中互为补充,能更准确地揭露桩基所存在的缺陷,避免采用动测技术时,由于桩基工程隐蔽性这一特点带来的误判,减少工程隐患。     

PDC钻头复合钻进破岩机理及个性化设计探讨

在复合钻进工况下,地面和井下马达的复合驱动虽能使PDC钻头的钻速能得到显著提升,但钻头寿命也会显著缩短。通过研究定向井、水平井下部钻柱的受力变形特性,建立了复合钻进下PDC钻头的运动学模型,研究了转速比、布齿位置、下部钻柱几何状态等对切削齿切削轨迹的影响规律。在此基础上,改进了PDC钻头破岩数字仿真系统,并利用该系统研究了PDC钻头在复合钻进工况下的运动学、切削力学规律以及井底形态特点。研究结果表明:除了高转速因素以外,复合钻进钻头破岩效率增高的主要原因在于PDC钻头切削齿的不平行刮切特性,以及螺杆弯角所导致的钻头牙齿的不均衡切削状态。针对PDC钻头在复合钻井条件下的破岩机理和失效特点,探讨了复合钻进PDC钻头个性化设计的技术思想和实施方法,为复合钻进条件下PDC钻头工作性能的改进提供了理论依据和技术手段。     

孕镶齿切削效率数值模拟及实验研究孕镶齿切削效率数值模拟及实验研究

PDC钻头和牙轮钻头在深部难钻地层中钻进时出现钻头钻进效率低、磨损速度快、寿命短等现象,相对而言,孕镶金刚石钻头凭借其特殊的破岩机理和“自锐性”在此类地层中具有良好的钻进性能,已成为提高深部难钻地层破岩效率的重要手段之一。本文以金刚石浓度、粒度、钻压、转速与孕镶齿的切削效率内在影响规律研究为目的,利用离散元软件PFC3D建立孕镶齿磨削砂岩的物理模型来进行数值模拟,然后进行孕镶齿磨削实验,实验数据与模拟结果的对比,验证了孕镶齿选取平行黏结模型来进行模型建立及仿真的正确性,从而粒度、钻压、转速、浓度对切削效率的影响逐渐降低,同时为孕镶钻头工作性能分析、个性化设计、地层适应性评价及钻头选型提供了依据。     

中风化岩层地质条件下的旋挖扩底钻孔灌注桩施工技术

某项目桩基设计为有扩大头的钻孔灌注桩,且在深度范围内涉及的土层大部分为中风化岩层。以此为例,通过对土层特性、机械成孔、扩底及干作业施工的技术可行性分析,选择了适用于不同土层的钻头和扩孔用钻头。实践证明,在中风化岩层中的灌注桩采用旋挖钻机成孔并扩底施工的方法可行。总结的分析结论可为类似项目在中风化砂岩土层地区的施工提供参考。