人体悬浮魔术的揭密到底是什么

悬浮式单体液压支柱结构

亿煤集团悬浮式单体液压支柱由1、顶盖2、密封盖组件3、活柱4、手把阀体5、油缸6、复位弹簧7、底座S、三用阀8，14、O形圈9， 13，15、挡圈10、弹性园柱销11、防尘圈12、Y形密封圈16、连接钢丝17，18、导向环等零部件组成。yimejx03

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常用钢丝绳品种有磷化涂层钢丝绳、镀锌钢丝绳、不锈钢丝绳或涂塑钢丝绳，大气环境中使用，专利技术生产的锰系磷化涂层钢丝绳使用寿命最长，重腐蚀环境优选热镀锌—磷化双涂层钢丝绳。仅供参考

能。

单体液压支柱是指利用液体压力产生工作阻力并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱。单体液压支柱主要分为悬浮式、双伸缩悬浮式、DN内注式以及玻璃钢单体液压支柱。

悬浮式的单体支柱它是一种外部供液的恒阻式单体液压支柱，是高档机械化普采工作面的配套设备，也是综采工作面的端头支护设备。

（一）水域钻探概述

在工程地质、水文地质、工程施工钻探以及某些矿产勘探工作中,有时要在江、河或湖面上施工。由于水深及水流速的影响,就必须采取特殊的手段进行作业。一般水深在1m以内,流速不大,不受山洪影响的浅水或间歇性河流中,可用枕木垛、草袋围堰、筑岛等方法修筑机台。水深在1～2m者,可用“木马”木桩承台。水深在2～8m,水流平稳的河流或湖泊,不能使用拼船时,可采用木排、竹筏、油桶筏等；在河身较宽,水深流速较大的江河中,则根据具体情况选用木船或铁船。

特别是近些年来,某些工程和矿种亟待施工,这就要求水上钻探的技术能跟上形势的发展。目前,海洋石油勘探方面已取得很大进展,但在江、河以及湖面上进行勘探的技术远远落后于实际的要求。

水上钻探存在的主要问题是：钻船的安装、定位,保护管的下法、定位,安全设施等。

水上钻探受水位、流速、风浪、潮汐的影响,钻船可能移位,套管将随之弯曲,如不及时采取措施,不但影响钻进,而且将发生事故。因此,在新的工地进行水上钻探之前,应对现场实际情况作充分了解,收集有关水文、气象、地形,特别是河床地形等资料。

1.水文资料

（1）钻探地段的水位过程线

应根据水位流量过程曲线、流量与时间过程曲线来编制水位过程曲线。编制时应考虑最大洪水位及枯水年份曲线。

（2）水位与流速关系曲线

（3）凌汛

1）凌汛开始时间。

2）凌汛期间冰凌一般厚度、最大厚度及冰块最大面积与体积。

3）凌汛持续最长、一般及最短时间。

4）其他有关凌汛资料。如冰凌的集结、冻结情况以及凌汛结束时间等。

（4）结冰

1）结冰开始时间。

2）结冰最大与最小厚度及其最大负荷量。

3）开始融冰时间。

（5）漂浮物

流草最大、最小长度及一般长度,流草的数量和种类。

2.气象资料

（1）风

1）风的强度。最大及最小风速。

2）风的方向。大风的方向。

（2）气温及气温的变化

3.地形条件

通过对孔位的水深、河床地形情况来确定选择适合的水上钻探方法。

（二）钻探船与浅水基台的修建

1.木船钻场

木船常用于流速在3m/s以内的河流上。优点是船可就地租用,设置简单。用单船吨位约为15t的船两条（每条船长约20m、宽约3.5m）。首先将单船加固（图1-9）,在舱内加底枕及支撑,上面用木梁连接各舱之支撑,接头处以扒钉钉牢。两船平行间距0.3～0.5m,如打斜孔可稍宽些。在舱面上横放4～6根梢径为20～25cm圆木、方木或小钢轨、钢管,并用钢丝绳围箍船身成为整体（图1-10）,上铺严密牢固的平台板,板厚不小于5cm,用钉钉牢。钻架腿应放在枕木上,安装绞车作为紧锚绳之用。钻机、水泵、内燃机、绞车均须放在横梁上。船边设围栏,船头上宜包铁皮,以防漂流物冲击。

图1-9 单船加固示意图

1—船面；2—底枕；3—支撑；4—木梁；5—船舱隔板；6—船底

图1-10 双船结构示意图

1—圆木；2—木船；3—钢丝绳；4—蹩棍

2.铁驳船钻场

在水深流急、浪大漩涡多的大江河中,进行水上钻探时,必须使用铁驳船,其吨位约150～500t,长38～50m,宽约8～10m。单船宽度不足时可将横木悬臂伸出船外,铺满台板,以便存放器材之用。为了减少风浪影响,保持钻船的稳定,在舱内装入适量吨位的块石。

钻场一般皆设在船尾,甲板上焊有钢构架,伸出船尾2～3m,在其下部常设一小工作台,为保证安全与操作方便,钻场面积一般为7×10m2。其结构布置如图1-11、图1-12、图1-13、图1-14所示。

图1-11 150～300t铁驳船钻场布置示意图

1—角钢及工字钢支架焊接结构；2—钢架结构小工作台；3—工字钢底梁

图1-12 150～300t铁驳船钻场俯视图

1—角钢及工字钢支架焊接结构；2—钻孔孔位；3—钻机；4—工字钢底梁；5—水泵；6—铁驳船

图1-13 300～500t铁驳船钻场侧视图

1—四脚钻塔；2—钻场；3—厨房；4—宿舍；5—船员值班室

图1-14 300～500t铁驳船钻场俯视图

1—钻孔孔位；2—钻场；3—厨房；4—宿舍；5—船员值班室

3.油桶筏钻场

在小河流、水位浅、航运少和租不到合适的船时,可使用厚壁大汽油桶并联成筏,在筏上设钻场（图1-15）。油桶筏钻场需用多少油桶,必须做浮力计算；大油桶直径0.56m,高0.86m,容积约0.21m3,油桶自重约27kg,木料的浮力可不计,其需要总浮力按钻探机具材料,工作人员等总重的3倍计算以确保施工安全。油桶筏的拼装用杉木或方木以8号铅丝绑扎成两片,像双船一样,中间留出钻孔位置,上铺木板,周围要安上栏杆。

图1-15 油桶筏钻场布置示意图

1—挡板；2—U型围箍螺栓；3—厚壁油桶；4—8号铅丝；5—横杆；6—油桶；7—纵杆

采用油桶筏钻场应注意的事项：

1）漏水油桶要焊好,螺盖应加胶垫密闭。

2）杉木梢径不小于15cm,料要直,节疤要修平。

3）绑扎油桶筏要在河滩上靠水边处进行,以便下水。

4）锚绳宜固定在岸上并提离水面。

5）其他有关事项与木船钻场内容相同。

4.木笼基脚钻场

孔位在河漫滩上,平时无水,涨水时被淹,如用船常搁浅,甚至将船底顶坏。遇到这种情况可用木笼基脚上搭木梁构成钻场（图1-16）。

木笼基脚是用6根长4m左右、梢径大于12cm的圆木,做木桩埋入地层内1m以上,用毛竹片或柳条编织成笼,上面直径约0.6～1.0m,下面直径约1.5m。内装卵石或块石,外围大块石构成,每个基台需木笼基脚8～10个,上放方木、木板构成基台。

图1-16 木笼基脚示意图

1—基台；2—木笼；3—砂砾石层

（三）抛锚定位

凡采用水上漂浮钻场——木船、铁船、油桶筏等,均采用停船抛锚的方法进行稳定,以便使钻探工作顺利进行。

1.锚的选择

选择锚的类型主要是根据漂浮钻场大小、河床地质情况及其他自然条件确定,一般在峡谷河流上,河床为卵石或岩层时适用四齿锚。河床为泥沙沉积时,可用燕尾锚,尤其是大江峡谷内,使用兔耳锚、将军锚,便于插入覆盖层或基岩裂隙中,也较易起锚。有时也用石锚或混凝土锚等。

2.锚的质量

锚的质量一般可根据船的吨位、自然条件、抛锚的位置确定。当用铁锚时,其质量可参考表1-6所示。

表1-6 钻船铁锚质量参考表 （单位：kg）

3.锚绳、锚链与浮筒

（1）锚绳的直径

锚绳多采用钢丝绳,其直径以其所受拉力大小而定,可参考表1-7所示。

表1-7 钢丝绳锚绳直径参考表

（2）锚链

为了增加铁锚在河床的稳定性,锚与锚绳之间可使用一段锚链。链环直径要大于钢丝绳的直径,并注意在容易埋锚的情况下不要使用锚链。

（3）锚头绳及浮筒

凡河床为孤石、高低不平的岩层或砂性土,为防止锚卡在岩石或孤石里,或者埋入砂层中,宜采用锚头绳及水底浮筒、水面浮筒。当发现铁锚被卡埋,可绞拉锚头绳,以松动铁锚。锚头绳及浮筒拴法如图1-17所示。

图1-17 锚头绳及浮筒拴法示意图

4.抛锚

根据钻孔附近地形和水流情况,将钻船拖至适当地点。放船前,先测出河中孔位。一般用小船把主锚和前锚抛定,再用船上绞车收紧锚绳移动钻船,逐步靠近孔位,而后再抛后锚及边锚,根据岸上测量人员指挥定位。

利用地形,也可把部分锚定在岸（图1-18）,如河床比较狭窄,可把4个锚全部都固定在岸（图1-19）。

抛锚可采用机动船或人力船抛锚。某局勘测队,为适应机动船进行抛锚、起锚作业,改制成自动（偏心）脱锚钩。钩的构造如图1-20所示。这种钩用主、副两根钢丝绳连接,副绳系在钩中部的一个小孔上,两根钢丝绳均拴在机动船上。抛锚时,机动船靠近钻船,将此钩移挂在机动船头水面以上,这时主绳受力,副绳不紧。机动船开到抛锚地点,只要把主绳松开,副绳自动带紧,挂钩即转动,锚即脱钩落水。这样自动脱钩抛锚,既安全又迅速,避免过去松锚绳时操作费力、锚绳随意蹦动的缺点。

图1-18 部分锚定在岸上示意图

1—锚；2—绞车；3—钻船；4—锚头绳

图1-19 4个锚都固定在岸上示意图

1—锚；2—绞车；3—钻船；4—锚绳

另外尚有拉过河绳索代替抛锚,分高空及水下拉过河绳两种（图1-21）。

图1-20 自动脱锚钩

图1-21 过河绳索代替抛锚示意图

5.锚的种类、质量及使用条件（表1-8）

表1-8 锚的种类质量及使用条件参考表

续表

6.定位

钻船抛锚后不会恰好就在要求的位置上,要将它固定到指定的位置,须进行定位工作。一般定位方法有以下几种：

（1）丈量定位法

在钻孔距岸边不远（100m以内）的条件下,可以使用绳尺、钢尺或皮尺等直接丈量。这样准确性高,且可节省时间。

（2）视距定位法

在距离较远（100～200m）、准确性要求不高的情况下可采用视距定位法。在进行工作时,钻船（或筏）上必须竖立塔尺或花杆,以便在岸上用中线处架设好的经纬仪观测。钻船上指挥人员必须与岸上观测人员取得密切联系,以便根据观测人员指示的偏上、偏下、往远、往近的信号指挥松紧锚绳直到钻船固定到指定的位置为止。

（3）交点定位法

在要求精确度高的情况下,使用交点定位法。定位时,在岸上中线之一点和三角网基线终点各设置经纬仪一架。中线上的一架观测钻船上下游位置；基线上的一架根据预先计算好的角度,观测钻船在中线上的孔位（两架经纬仪观测目标即交点）,在钻船孔位竖立花杆或塔尺,也可以用钻塔顶为目标。

图1-22 交点定位示意图

船上指挥人员必须根据两处观测人员指示的信号来松紧锚绳校正钻船位置。如指示信号要钻船往左移动3m、往下游移动1m时,钻船上就立收绞左后边锚和后主锚,这时若感到吃力时,应适当放松右前边锚和前主锚,达到要求为止（图1-22）。在条件允许的情况下,可采用两部绞车同时进行收绞锚绳,以节省定位时间。

（4）六分仪辅助定位法

在钻船距离预定钻孔位置尚远时,为使钻船尽可能接近预定位置,便于进一步精确定位,可在钻船上使用六分仪确定钻船位置,直接指挥钻船移动,这样可以简化岸上和钻船上的联系。

使用这种方法时,在钻探断面上下游的两岸,应竖立明显的不同标志,其位置是经过测量的,可确定与断面控制点的相互关系,以及根据计算得出钻船上六分仪应采用的角度。

要求精度较高的定位,还需经过岸上仪器观测,用交点法定位,用六分仪辅助定位法只能使用在抛锚前确定钻船大概位置,便于抛锚,能在钻船上直接指挥钻船航行方向。

（5）定位应注意事项

1）锚未绞正前,应事先注意水流方向,钻船必须与水流方向平行,船头朝上游,否则下套管时不易校正。

2）钻船上指挥人员和岸上观测人员应充分熟悉已定的旗语或灯光信号,能正确地发出指示信号,指挥人员能正确地指挥。

3）使用旗语必须将旗展开,不得折卷,指示方向时必须将旗按规定举起,易使对方瞭望。

4）岸上观测人员必须经常注意钻船移动,并应不断用旗语通知钻船,不得随意离开经纬仪做其他工作。

5）钻船上应将有碍岸上观测的障碍物移去,把塔尺或花杆上的污泥擦抹干净。

（四）保护套管

水上钻探与陆地钻探不同,套管除了加固孔壁的作用外,还直接承受水流的冲击,起导向定向作用,同时终孔套管的孔径还要能保证采取岩心试样的足够尺寸。在水上钻探,常采用多层套管的方法,即在河床上下一层口径较大、强度较高的外层套管,通常叫做保护套管。用以保护孔壁加固套管及钻具等,免受水流冲击。

在江河中进行钻探,特别是在激流深水中钻探,一定要下入保护套管。

1.保护套管的作用

1）隔绝流水。

2）保护小径套管。

3）起导向管作用。

2.保护套管的选择

目前使用的保护套管均为厚壁、无缝外接箍的钢管。其口径分粗细两种；粗径为ϕ250～ϕ273mm,细径为ϕ180～ϕ194mm。由于粗径管过重,不好操作,挡水面积较大,已很少使用。目前多使用外径为180mm管,其强度基本能满足深水钻探的要求。当然,也要满足岩心试件的要求。一般情况如表1-9所示选用保护套管的尺寸。为了能得到较高的强度,保护套管用外接箍、尖丝扣的接头。在水深流急的情况下,接头处还应用保护夹板进行加固（图1-23）。

表1-9 选用保护套管参考表 单位：mm

图1-23 保护夹板

1—铁垫瓦；2—电焊；3—螺栓孔

3.保护套管的下入方法

（1）按保护管连接方式分类

1）单根连接下入法。单根连接下入法就是将所有下入水中的保护套管按其编号一一连接下入水中,直到设计深度。

2）整体下入法。在下管前,将所有管子在钻船上连接好,然后整体放在江（河）中。为了操作方便,可于保护管两端用水泥或其他东西堵塞,使保护管在水中有悬浮力,以便于移动及调整角度。当保护管下好后,再把水泥或其他堵塞物排掉（图1-24）。

3）连接整体下入法。连接整体下入法是一种单根连接下入法和整体下入法的混合方法（图1-25）。这种方法适用于水位浅、流速小的情况下。第一次采用单根连接法下入,在孔距很近的情况下,第二个孔则不必将所保护管起拔,只用升降机将保护管提离水底5～10m即可。

图1-24 整体下入法示意图

（2）保护管上游拉引装置

1）用船只拉引保护管。在上游选择适当吨位的木船,用铁锚固定在钻船前适当的位置,其距钻船距离,以水深而定。但必须使定位绳和保险绳与保护管的头角大于45°。并在木船上安置绞车以便松紧定位绳及保险绳（图1-26）。

图1-25 连接整体下入法

图1-26 船只拉引示意图

2）铁锚拉引保护管。将一铁锚抛在钻船前适当的位置,然后用滑车钢丝绳拉引保护管（图1-27）。

图1-27 铁锚拉引示意图

3）套管绷架拉引保护管。套管绷架是用木材制造的桁架,安装并伸出在上游孔位前的基台木上,用来拉引保护管（图1-28）。

图1-28 套管绷架拉引示意图

4.保护套管的固定

在水不深、流速不大的河流中,利用保护套管的自重即可将套管下到预定位置,并用管钻插入保护套管内,进行抽取覆盖层,使套管插入河床,根据河床地质情况,决定插入河床深度；一般使套管插入3～5m,最少插入1m。然后,在船上将管口用木板和扒钉扣牢就可稳定。但在深水河流中,下沉保护套管困难很多,在这种情况下,下保护套管必须要增设保险绳（ϕ10～16mm的钢丝绳）,将保护套管向上游拉住,以防水流冲击难于校正。保险绳的根数应根据水深和流速而定,一般每隔4～8m增设一根。保险绳与保护套管间的夹角愈大愈好,否则水平拉力不够,但要求夹角很大亦有困难,一般不得小于40°～45°（流速大于2m/s）。如条件限制夹角达不到上述要求时,应采取下列办法：

1）钻船在拼装平台时,应考虑深水下保护套管拉保险绳的问题,尽可能将下套管的孔位设在船的尾部,以便增长拉保险绳的水平距离,从而增大保险绳的夹角。

2）保险绳设在船头部安设悬臂梁上,以增加其水平长度和角度。如悬臂梁承受垂直分力强度不够,可在钻船头部加设一人字扒杆将该梁吊住（图1-29）。为了防止拧动套管时,钢丝绳跟着转动缠在套管柱上,保险绳与管柱用环圈连接（图1-30）。环圈用大小两个铁圈焊成。大圈套在管接头下端,小圈用以套接保险绳。

图1-29 用保险绳下套管示意图

1—手摇绞车；2—拉架；3—套管；4—保险绳；5—变向滑轮

图1-30 环状装置示意图

1—套管；2—管接头3—环圈；4—电焊

5.保护管管鞋的选定

在下保护管以前,必须根据地层情况,水底有无覆盖层,来选定下何种保护管管鞋。

（1）无覆盖层时

可选用带有鞋钉的保护管管鞋,靠自重插入表面风化岩盘,避免保护管沿岩石滑动（图1-31）。

图1-31 管鞋

（2）有覆盖层时

可将保护管底端做成刀刃状。若用带鞋钉的管鞋,容易造成孔内事故。常用的方法有两种：

1）取（捞）砂器钻进覆盖层。用小于保护管一级的取（捞）砂器将保护管底部的覆盖层提取到地面,使保护管底部内产生空间,保护管依靠自重自行下沉直到岩石表面为止,若覆盖层太厚,应考虑下另一套小一级的保套管,以便穿过下部覆盖层和卵石层（图1-32）。

2）水冲下入法。保护管下到江（河）底后,把钻具下入孔底,用大泵量冲覆盖层,将砂冲出保护管,使保护管不断下沉。在保护管下沉时,应特别注意各定位绳及保险绳放松,否则保护管不能顺利迅速下沉,还会造成保护管向上游倾斜,严重影响下管质量。

图1-32 捞砂器钻进示意图

6.保护套管发生故障的原因

1）船位移动。水上钻探的全部设备都安装在钻船甲板上,因此从开始钻进直到完工,要求钻船不能有任何移动。钻船的位移是造成保护套管发生重大事故的主要原因。

2）大风浪的侵袭。由于大风浪的侵袭,钻船上下波动很大,若保护管未接长,当钻船上升时保护管有被压在基台木或钻船的下面而被压断或钻船受到破坏的危险。

3）水面漂浮物。洪水期间,河道上有大量木材、杂草等自上游漂来,有碰弯保护管的危险。如杂草大量挂在定位绳或保险绳上,则会增大阻力,保护管不能降下,同时上游杂草大量漂来,会使钻船发生位移和其他重大事故（图1-33）。

图1-33 水面漂浮物的影响示意图

4）定位绳和保险绳的系法不正确。如图1-34所示中a是错误的,图1-34所示中b是正确的。

图1-34 定位绳的系法

5）保护夹板未上好。工作时因夹板螺丝未上紧或因下保护管时强力的击打等,都可能使保护夹板下滑,而使保护管弯曲和折断（图1-35）。

图1-35 夹板固定法

7.下保护管注意事项

1）下管之前,应进行水深测量,根据水深,计算管长和保险绳根数,并将套管长短顺序编号。长的接在上部,短的接在下部,并备2～3根短管（0.50m、0.75m、1.00m）以备水位涨落时调整。

2）下管之前,认真检查丝扣部分是否有裂纹、破损、变形（喇叭口）,保护夹板与套管接头的接触是否紧密。夹板螺栓孔是否对正,绞车安装是否牢固,升降机制动床是否良好,提引钢丝绳有无损伤以及天车等均经检查合格后才能下管。

3）安装保护夹板时,应使各夹板两翼对成一条线,事先应用一线锤由管口垂吊,做出标记。

4）保险绳必须系在保护夹板的前翼（上游）上,拉紧后使夹板两翼平行水流方向。

5）安装保险绳时,应考虑到保护套管拟插入覆盖层的深度,保险绳保护夹板均不得进入覆盖层,否则增加起拔套管的困难。保险绳有多根时,为便于识别起见,应用木牌编号,分别系在每根绳上。

6）保护套管下到河床以后,要进行定位,要求套管垂直,与水面上测定的孔位一致,必要时,可用定位绳、保险绳、绞车来校正。

7）保护套管下到河床以后,易引起水流的局部冲刷,在砂质土或砾石土壤河床中,为了使套管稳定不致受冲刷发生下沉或移位,可先将套管插入河床中,在保护套管下沉的同时,应将保险绳放松,待套管稳定后再紧。

8）船位移动易造成套管歪斜,甚至折断,应经常检查钻船的锚定情况,尤其是在大风及水位涨落急剧时,随时注意锚绳和保险绳的松紧,避免套管折损。

（五）活动孔口管和锚定水尺装置

在有潮汐河流中钻探（大江、大河入海口处,如上海黄浦江、珠江口等）每日都受到早晚潮差的影响,水位涨落很大,钻船也随着涨落,如何解决好孔口管长度的调整和孔深计算中的水位变化,直接影响到钻探工作能否顺利进行。采用活动孔口管和锚定水尺能很好地解决这个问题。

1.活动孔口管

活动孔口管也叫活塞式孔口管,由内外管套装而成,并可相对活动,外管为保护套管,内管为孔口导管。如用≥180mm为保护套管,先用管顶下沉至最低潮水位时,不致顶及钻机机台底面的位置,然后把事先准备好的一根ϕ146mm内管下入其中,其长度为最大潮差加下部插入长度和上部伸出机台面上的高度（图1-36）。为堵塞两管间的环状间隙,在内管的下端部（高潮水位时,不能外露出外管顶）,缠上带油棉线绳,使其卡在已固定的铁圈内,以保持缠绕部分位置不变,其外径与保护套管内径相等,两管不宜过松或过紧,以便于安装。这种类似活塞的管结构,能使钻船涨落和保护套管出露的长短变化互不干扰,始终保持内管口在船台面上露出高度不变,从而保证了钻机正常钻进。而且可以防止江水泥砂侵入孔内,达到内外管的同心。这样钻探时不需反复做连接和卸除短保护套管的工作,从而加快了钻探进度。

2.锚定水尺

把水尺安装在钻探船上,直接测量水位变化（图1-37）。先在钻船边抛一小锚,拉出一根细钢丝绳,通过一高出钻船平台面2～3m的转向滑车,向下悬挂一个50kg重的中心锤,当水位在最低潮时,使锤底仍略高于钻船平台面,在吊锤中心插入一花杆（标尺）,由于锚固定在江底不动,而钻船是随水位变化而涨落,故锤与船面就产生相对位置的变化。这样随时丈量（或读出）这个距离,就反映了当时水位的变化。此法经与岸边水尺核对,证明测量精度可靠。同时由于不需要到岸上看水标尺,节省了人力,也方便及时。

（六）水上钻探原始记录的方法和特点

水上钻船往往因水位的变化直接影响原始记录的准确性,因而要特别重视水位的变化,必须设置水位标尺,并经常进行校对（图1-38）。

图1-36 活动孔口管

1—内管；2—外管；3—缠塞；4—内管口固定

图1-37 锚定水尺安装示意图

图1-38 上水钻探记录各尺寸示意图

水位上升：机上余尺=原机上余尺-水位差；

水位下降：机上余尺=原机上余尺+水位差。

1.地面高程

即开孔地面之标高。

地面高程=水位-水深。

2.孔口高程

即保护管之标高。

孔口高程=水位+露出水面之套管长度。

3.机上余尺

1）钻进覆盖层采用捞砂或冲击钻进时是由孔口台板算起的。

2）钻进岩盘是从立轴箱水平面算起,但遇大风浪停工后再开钻时必须校正。机上余尺若涨水应减少,落水应增加。

水位上升：机上余尺=原机上余尺-水位差；

水位下降：机上余尺=原机上余尺+水位差。

4.地距

地距=水深+船高+机高（回转钻进时）；

地距=水深+船高（冲击钻进时）。

5.本班进尺

水位上升：本班进尺=进尺-水位差；

水位下降：本班进尺=进尺+水位差。

6.孔深

孔深=钻具总长-（水深+船高+机高+机上余尺）；

交班孔深=接班孔深+本班进尺。

（七）交通照明通信及安全

1）工作人员上下班,在水流平缓的河流,可用3t小木船摆渡。如钻船离岸不远,不影响航运交通时,可从岸上与钻船连接一条绳索,套一个索环拉住渡船,这样来回过渡比较安全。在流速比较大、河面比较宽时,应使用小机动船。交通船靠近钻船时要按先后次序上船,后再下船,不得抢上抢下。

2）在水流湍急、使用渡船有困难时,可考虑架设跨河索。在岸上固定绞车,用吊斗运送来往人员,但要特别注意安全。

3）夜间过渡,要有足够的照明设备。如需在洪水季节或水流湍急的河段进行水上钻探,夜班人员应住在船上,以防万一发生事故。

4）有条件时,应建立钻船与岸上的电话联系,以减少摆渡次数,尤其在洪水期间更为必要。摆渡时,要穿上救生衣。

5）抛锚、起锚以及做危险性较大的水上工作时,工作人员必须穿救生衣,钻船上和交通船上均须于明显处安设救生圈以备急救。

6）钻船舱底应经常检查是否漏水,并保持干燥。

7）夜间不工作或节假日停止工作时,钻船应派职工值班巡视,负责安全检查,并照常安设信号标志。

8）钻船上应备有防火设备,除在船上明显处安置灭火器外,还要有防火工具设置在固定地点,并禁止他用。

9）当遇到不能避免的巨大漂浮物或失去控制的竹木排筏或船只碰撞钻船时,应根据情况采取紧急措施,如砍断部分锚绳等以减轻事故的损失。钻船开始工作前应与岸上设立的急救站取得联系,遇事故时以便报急求援。

10）钻船上应备有轻便报话机或喊话筒、铜锣、皮鼓等,在浓雾或雨天视线不清时,钻船上应显示强烈灯光和声响信号,以引起航行船只和排筏注意。

11）特别注意水位的暴涨以免淹没平台,冲掉钻机。

12）钻进期间还应包括以下安全注意事项。①每班须设专人检查锚绳及保险绳的松紧情况,并根据水位的涨落调整其长度。②船上应有几根不同长度的短管,以便随水位涨落及时取用。③遇暴风雨钻船摆动剧烈、影响工作安全时,应停钻并提出孔内钻具。④涨水时,应有专人随时清除挂在锚绳及保险绳上的漂浮物,以减轻其负荷。⑤钻孔回水,不得流入船舱内。⑥遇6级及以上大风,即应放下钻架上的篷布,以减少风的阻力,保持钻场平稳。⑦钻进时,套管周围要以木板钉好,以防工具掉落河中。⑧放置器材,要考虑到钻船的平衡,勿使其偏重。⑨在钻塔顶设置红白旗,以引起来往船筏注意,防止发生冲撞。⑩钻船边应经常有备用小船,以便随时使用。 发生孔内事故后,严禁使用千斤顶。

冲击钻进是利用钢丝绳周期性的提动冲击钻具和钻头,以一定的质量和高度冲击孔底,使岩石破碎而获得进尺的一种钻进方法。在每次冲击之后,钻头在钢丝绳的带动下回转一定的角度,从而使钻孔得到规整的圆形断面。当破碎的岩屑和水混合成的岩浆达到一定浓度后,即停止冲击,利用掏砂筒将稠浆掏出,同时向孔内补充一定量液体。如此反复进行直至达到预定井深。

冲击钻进的设备、工具轻便,操作、管理简单,是水文水井和其他工程施工中,钻进大砾石、漂石以及脆性岩层的一种常用的钻进方法。但由于钻进是利用钻具自由下落而破碎岩石的,因而只能钻进垂直的钻孔,且钻孔效率较低,在使用上存在一定的局限性。

冲击钻进所使用的设备有CZ-20,CZ-22,CZ-30及冲击反循环钻机等。

(一)钻具

冲击钻进孔内钻具的连接方式如图4-19所示,它是破碎地层及取样钻进的重要工具。

图4-19 冲击钻具结构图

a:1—钢丝绳2,6,10—接口3—振击器4,5—拧卸方口7—钻头8—岩粉槽9—钻杆11—绳卡b:1—钢丝绳接头2—钻杆3—筒状钻头c:1—钢丝绳接头2—钻杆3—钻头

1.钻头

冲击钻头按其刃部形状可分为一字形、工字形、十字形、马蹄形和圆形,可根据岩石的性质进行选用。目前使用较为普遍的是十字形带副刃的钻头,如图4-20所示。十字形钻头底部带有各种刃角的切削刃,用以将冲击力传给岩石。

钻头中部称钻头体。为了减少孔底岩浆对钻头的运动阻力,钻头体上开有流通岩浆的沟槽。

冲击钻头的刃角大小,取决于所钻岩石的软硬程度,一般地层可取100°左右,软岩为65°～80°,中硬岩石可制成90°～110°,硬岩则取110°～120°。为了减少钻头与井壁的摩擦,在切削刃外端保留有4°～8°的间隙角。

冲击钻头上端有连接钻杆的锥形丝扣和打捞钻头用的环形槽。

为了提高钻头刃部的耐磨能力可以进行氰化处理或用合金焊条堆焊。带副刃十字形冲击钻头规格如表4-13所示。

图4-20 带副刃十字形冲击钻头

1—主刃2—副刃3—水槽4—锥形丝扣5—环形槽6—扳手卡槽

表4-13 带副刃十字形冲击钻头规格表

2.冲击钻杆

冲击钻杆是为加重钻头质量用实心圆钢制成。钻杆上端有锥形公扣和打捞的环形槽,下端有锥形母扣,用来连接钻头或捞砂筒。两端还备有拧紧钻具的卡槽。

钻杆间的连接方式有丝扣连接和法兰连接,井内钻杆不能过长,以防钻杆摆动和折断。钻杆的结构如图4-21所示钻杆规格见表4-14所示。

图4-21 冲击钻杆结构图

A—钻杆直径B—钻杆长度C—钻杆方头长度D—钻杆断面边长E—锥形公扣长度F—锥形公扣大头直径

钢丝绳接头又称绳卡。它的作用是连接钢丝绳和钻具,并使钻具在钢丝绳扭力作用下,能在钻头冲击一次后自动回转一定的角度。

钢丝绳接头的结构如图4-22所示。钢丝绳通过顶端伸到接头的中空活塞中,活套可以从接头中取出来,伸到活套内的钢丝绳端部,将钢丝回折成鸡心状后插入活套内,并用巴氏合金焊牢。

当提升钻具时,由于活套与整个钢丝绳接头连为一体,整个钻具受钢丝绳拉伸而扭转,从而使钻具转动一个角度。下放钻具时活套脱离垫片,钢丝绳不受力而恢复原来扭紧状态,连接钢丝绳的活套在垫片间隙内滑动,使钢丝绳实现扭紧而不带动钻头转回。即钻头在提升过程中转动一个角度,而下放过程不转动。因此在钻孔底面得到规整的圆形断面。为避免活套卡死,应经常检查、清洗钢丝绳接头。

表4-14 冲击钻杆规格表

3.掏砂筒

掏砂筒又叫抽筒,主要作用是捞取井内岩粉,也可直接用来钻进砂质、黏土质软地层。掏砂筒形状为一圆筒,上梁连接钢丝绳,下端有活门抽取岩粉。活门可根据地层特点做成球阀式、半球阀式或平板式。掏砂筒形状如图4-23所示,规格如表4-15所示。

图4-22 绳卡结构图

1—保护箍2—垫片3—绳卡体4—活套

图4-23 掏砂筒

A—掏砂筒直径B—进浆口直径C—提浆把高度D—焊接长度E—掏浆筒长度φ—提浆把直径

表4-15 掏砂筒规格表　单位:mm

4.钢丝绳

冲击钻进通常用6×19麻心左向交捻钢丝绳(6×19麻心钢丝绳如表4-16所示)。第一个数字表示有6股子绳,第二个数字表示每股子绳由19根钢丝捻成。钢丝绳规格应根据钻具的最大质量选用,一般取安全系数为10。

表4-16 6×19麻心钢丝绳

(二)冲击钻进规程

冲击钻进的规程参数包括钻具质量、冲击高度(即冲程或行程)、冲击次数和岩粉密度。

1.钻具的质量

冲击钻具的质量是指钻具静止时,钻头质量、钻杆和绳卡等能施加于岩石的钻具总质量,其大小应根据钻进岩石性质而定。采用钻头单位刃长(cm)上钻具相对重力来表示。

在软岩中取250～300N/cm在中硬岩中取350～400N/cm在硬岩中取500～600N/cm在坚硬岩中取650～800N/cm。

根据岩石性质选择钻具的质量是一个原则但同时也应考虑在冲击钻具上留有足够面积的泥浆“通槽”,以保证钻具能自由下降冲击孔底。同时,钻具过长,稳定性就差,消耗的冲击功率也大,导致冲击效果下降。所以在其他条件满足时,钻具长度应尽量减小。

2.冲击高度

冲击高度是指钻具在冲击过程中,钻具被提离孔底的高度,一般冲击钻机可改变的冲击高度为0.6～1.1m。对坚硬岩取小值,软岩取大值。

据试验表明,增加冲击高度较增加其他参数对提高钻进效率有效。但应考虑钻具本身强度的限制。

影响冲击高度的因素是钢丝绳的弹性伸长,所以采用留悬距的办法。悬距的控制是通过控制放绳量来实现的。放绳量要“少而勤”,以保证与井的延伸速度相吻合,而且每次放绳应是压轮到达最高位置的一瞬间。悬距值的大小,应根据岩石而定。钻进软岩时,每次冲击切入岩石的深度大,悬距可以少留甚至不留钻进硬岩时,每次冲击切入岩石的深度小,应适当多留。悬距还与井深有关,井越深,钢丝绳弹性伸长量越大,应适当多留。一般中硬以上岩石约留3～4cm悬距。

3.冲击次数

冲击次数是指钻具每分钟冲击孔底的次数。因为冲击钻进要保证钻具自由下落到井底,才能有效地破碎岩石,故要求钻机的冲击机构在一次循环中,要与钻具下落的时间相吻合。即冲击次数要与冲击高度相配合。配合好的冲击次数称为合理的冲击次数。当钻进中要增加冲击高度时,就应适当减少冲击次数,以避免造成钻具在孔内“打空”。

适用于目前冲击钻机的冲击高度与冲击次数的配合参数,可参考表4-17所示的规定。

表4-17 冲击高度与冲击次数关系表

4.岩粉密度

冲击钻进孔内应有一定密度的岩粉浆,起悬浮岩屑和保护井壁的作用。我们将单位体积的岩粉浆中所含岩粉的质量,称为岩粉密度,单位是kg/L。

井内岩粉密度值大小将直接影响钻进效率。当岩粉密度过小时,钻具下降的速度大,在钻具行程终了时将受到运动缓慢的压轮的限制,冲击功不能充分发挥碎岩作用,钻进效率降低当岩粉密度过大时,钻具下降的速度小,将形成钻具尚未到达孔底压轮已经回升,造成钻具不能有效地冲击孔底,甚至出现“打空”现象。同时,冲击钻进要利用岩粉浆悬浮被破碎的岩石颗粒,如果岩粉密度不适合,会在孔底形成一层岩粉垫,这将减弱钻头在孔底的冲击作用。这种岩粉垫严重时可使钻进效率为零。

实际操作中控制岩粉密度的办法,一是控制回次捞砂间隔,二是控制捞砂时的捞砂量,所以规程中有“勤掏少掏”的规定。经验证明,利用抽筒捞砂时,抽筒应在井底岩粉浆密度最高的“岩粉柱”范围内活动,抽筒提动距离有20～50mm即可,抽筒活动次数以3～4次为合适。

冲击钻进各技术参数的配合,主要根据地层条件,可参照表4-18选用。

(三)冲击钻进应用

冲击钻进方法虽然古老,但由于自身的特点,目前在大直径供水井、大口径的基桩孔的施工中仍有一定优势。因此,了解冲击钻进在某些岩层中的钻进方法是必要的。

1.大卵石、大漂石等地层钻进

这类地层胶结性差,比较松散,且卵石硬而表面光滑,井壁不稳定,易发生坍塌、井斜和漏失。采用冲击钻进可取得较好的效果。

表4-18 冲击钻进规程参数表

钻进这类地层应采用大冲击高度、低冲击次数,适当加大钻具质量。如果漏失不大,可采用泥浆护壁如果漏失严重,可投入黏土球挤入井壁,并配合稠泥浆护壁。当遇到大漂石时,可采用“高拉猛冲”以砸碎漂石并挤入井壁的钻进方法。当井身发生孔斜时,可将脆的块石填入孔内倾斜段,重新采用小规程进行钻进,待钻孔纠正后,再继续正常钻进。另外,在操作上应加强钻具的回转,采用大刃角防止钻头磨损过快,经常检查钻具,及时补修钻头,防止钻孔缩小而夹钻。

2.黏土层钻进

这类地层黏性大,透水性差,孔内造浆性较大。钻进中易发生缩径、糊钻,但井壁稳定。故进尺、护壁不是问题,重要的是防止事故。一般可采用小冲击高度,较轻钻具质量,适当减少冲击次数、勤换浆、少放绳和较短的回次进尺,并注意向孔内补充一定量稀泥浆。当遇到塑性较大并具有弹性的地层时,可向孔内投入砖块或软碎石,以增加碎岩的“切削具”。当遇到黏土质砂层时,可用掏砂筒钻进,以提高钻进效率。

3.砂层钻进

砂层钻进,主要是保护井壁,应采用优质泥浆护壁。较薄的流砂层,可投入黏土球以增加护壁能力,很厚的流砂层可选用跟管钻进。

4.石灰岩地层钻进

石灰岩的裂隙较为发育,钻进中易发生掉块而卡、夹钻具。如处理不当,会将钢丝绳拉断造成事故。

钻进灰岩地层,钻头的间隙角要大,使钻头与孔壁的间隙在30～50mm范围。钻头的刃角也要大,一般用带侧刃的十字形钻头。操作上应力求减小钻具的摆动,掌握好悬距。放绳要小而勤、冲击高度与冲击次数要配合适当。当地层特别破碎时,可投入黏土球,并挤压入裂隙,以增加井壁的稳定性。钻头要采用硬材料补焊,并准备2～3个钻头轮换使用。可采用优质泥浆悬浮岩屑,勤掏少掏。在有溶洞的地方应注意操作以防井斜。