沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中壓力表的重要作用
在應(yīng)用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法過(guò)程中，一些施工單位往往無(wú)視壓力表的存在，而這種疏忽造成的損失卻往往相當(dāng)慘 重，有時(shí)甚至?xí)母旧戏穸_擊回轉(zhuǎn)方法的可行性、高效性。從科研、施工等方面結(jié)合一些極為復(fù)雜條件下沖擊回轉(zhuǎn) 鉆進(jìn)實(shí)例，列出一些與壓力表異常值相關(guān)典型事故及原因，來(lái)闡明壓力表在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的重要作用。
眾所周知:在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，沖擊器往往潛入孔中，其 應(yīng)用過(guò)程中所出現(xiàn)的許多事故尤其是地下事故只能通過(guò)間接的 方法來(lái)進(jìn)行判斷，如聲音、壓力表等。而在這些間接的方法中，壓 力表占有極其重要地位。一般來(lái)說(shuō)，潛孔錘正常工作時(shí)，壓力表 讀數(shù)在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)。壓力表值突然上升或突然下降、壓力 表值異常偏高或偏低，可推斷出沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)系統(tǒng)的某一個(gè)環(huán) 節(jié)在地下、地表出現(xiàn)故障或地層出現(xiàn)變化。另外，不安裝壓力表、 不更換已失效壓力表更是不可取的。
1.壓力表值突然升高
壓力表值急劇上升可能是由于高能循環(huán)介質(zhì)通道嚴(yán)重受阻 所致。但其造成的原因不同，反映的情況不同。
1. 1泵量調(diào)節(jié)不當(dāng)
吉林大學(xué)探工研究所研制的大功率射流式?jīng)_擊器在進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 時(shí)，為了測(cè)泵壓及背壓分別安裝有泵壓表及背壓表。實(shí)驗(yàn)中，由于柴 油機(jī)檔速給得太大，導(dǎo)致大排量水泵泵量突然增大，高壓水在來(lái)不及 撕世的情況下’使得壓力表讀數(shù)急劇上升，高壓膠管爆裂。
1. 2控制閥閥門(mén)調(diào)節(jié)不當(dāng)
同樣在上述試驗(yàn)中，由于大排量水泵已開(kāi)始工作，而控制閥 (調(diào)節(jié)背壓大小)閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，閥門(mén)在高壓水的作用下發(fā)生 斷裂，重重地猛擊在循環(huán)池壁上。
1. 3地層含水
在甘肅某工程中采用GQ- 200型貫通式潛孔錘鉆水井孔。當(dāng) 含水層被鉆穿時(shí)，高能介質(zhì)一時(shí)無(wú)法排出導(dǎo)致壓力表讀數(shù)升高。
1. 4溫度過(guò)低
在?引松入長(zhǎng)”因喉工程(爆破孔工程)中施工是在水下、極低溫 (-38 Q、堅(jiān)硬且?jiàn)A有富含泥砂破碎帶、裂隙節(jié)理發(fā)育、多孔的地層 中進(jìn)行。潛孔錘內(nèi)部進(jìn)水后，水在低溫作用下凝固，將潛孔錘內(nèi)部配 氣座、缸套等上的小孔堵死，從而造成壓力表值突然升高。
1. 5地層破碎、易坍塌
同樣在上述工程中，破碎帶中的泥砂及小顆粒巖屑由于種種 原因，也會(huì)流入潛孔錘內(nèi)各零部件的小孔中，因顆粒在孔截面所處 的位置不同，其流速也必然不同，由伯努利原理可知其所受壓力也 不同。于是，靠近孔壁的顆粒在壓力的作用下附于孔壁，使得原本 光滑的孔壁變得粗糙，從而加速了顆粒進(jìn)行附壁。最后，砂粒越積 越多，直到小孔完全被堵死，導(dǎo)致壓力表讀數(shù)急劇上升。
另外，在河南某金礦進(jìn)行勘探孔施工時(shí)，所用潛孔錘為GQ -100型貫通式潛孔錘。壓力表讀數(shù)在其鉆進(jìn)過(guò)程中急劇上升， 究其原因是由于地層極為破碎，鉆頭中心孔發(fā)生堵塞，而導(dǎo)致壓 力表讀數(shù)升高。
1.6遇潮濕地層
用GQ- 200型貫?zāi)苁綕摽族N鉆水井孔，當(dāng)鉆至干地層與含 水層的過(guò)渡層-潮濕地段時(shí)，產(chǎn)生的巖屑在內(nèi)通道形成泥餅，附 于通道壁，堵塞中心通道，于是排渣越來(lái)越少，直至完全被堵死， 造成風(fēng)壓異常性突然升高，其附壁機(jī)理同前所述。
1.7埋鉆所致
(1)操作不當(dāng)。停止鉆進(jìn)時(shí)，不能立即停止向潛孔錘供風(fēng)，以 免由于突然停氣而使尚未排出孔口外的巖屑落至孔底，將鉆頭 埋住(有時(shí)卡鉆），造成高能介質(zhì)通道嚴(yán)重不暢，壓力表讀數(shù)急劇 上升。
⑵地層中節(jié)理、裂隙、氣孔發(fā)育。由于地層內(nèi)串氣，水氣串 通，上返流速低，于是孔口只返風(fēng)或只能將部分巖粉攜到孔外，而 大量的巖粉被吹入裂隙中，同時(shí)大顆粒的巖屑因流速過(guò)低而不 能被吹到孔外，停風(fēng)后回於，導(dǎo)致卡鉆或埋鉆，阻塞風(fēng)道。
(3)破碎帶存在。當(dāng)潛孔錘鉆穿破碎帶后繼續(xù)鉆進(jìn)時(shí)，破碎 帶中的泥砂、碎塊在潛孔錘高頻振動(dòng)的作用下，掉落至孔底，造成 埋鉆。高壓氣體無(wú)法排出，也會(huì)導(dǎo)致壓力表讀數(shù)的升高。
總之，壓力表讀數(shù)急劇升高可能是由于人為因素造成的，也 有可能是由于地層因素造成的。其本質(zhì)原因是由于風(fēng)路、水路嚴(yán) 重受阻所致。不暢之處可能在膠管、水接頭、沖擊器內(nèi)部、也有可 能位于鉆頭等處。
2.壓力表值突然降低
壓力表值突然下降是由于管路、鉆具、或沖擊器嚴(yán)重泄漏臓。
2.1膠管破裂
在施工過(guò)程中，有些施工單位為了節(jié)省成本，購(gòu)買(mǎi)耐壓值嚴(yán) 重不夠膠管。而該膠管工作一段時(shí)間后，在壓氣的作用上爆裂， 導(dǎo)致穩(wěn)壓罐中的高壓氣體直接從爆裂處排至大氣。
2. 2鉆桿折斷
某工程在使用FGC- 15A型潛孔錘進(jìn)行大直徑鉆孔時(shí)，鉆 具在扭轉(zhuǎn)力及沖擊力的反作用力的作用下，在鉆桿與潛孔錘聯(lián) 接處發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致壓力表急劇下降。
2.3潛孔錘外壁斷裂
潛孔錘在鉆進(jìn)時(shí)，尤其是非貫通式潛孔錘(全面破碎的潛孔 錘)在破碎易坍塌地層中進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，由于卡鉆，使得潛孔錘外壁 磨損嚴(yán)重加劇，變得越來(lái)越薄，最后在扭轉(zhuǎn)力的作用下發(fā)生斷裂， 整個(gè)沖擊器中零部件全部掉入孔底，使得高能介質(zhì)直接由斷裂 處排對(duì)地表。
2.4潛孔錘活塞斷裂
潛孔錘內(nèi)部活塞在交變力波的作用下發(fā)生疲勞斷裂，斷裂面發(fā) 生錯(cuò)位，壓氣直接從中心孔排至孔底，導(dǎo)致壓力表讀數(shù)急劇下降。
總之壓力表讀數(shù)突然降低是由于嚴(yán)重發(fā)生泄漏所造成。它可能 是由于風(fēng)管?chē)?yán)重破損而致，也有可能是由于鉆桿、潛孔錘斷裂所致。
3.壓力表讀數(shù)偏高
一般而言，潛孔錘風(fēng)壓越高，對(duì)鉆進(jìn)越有利(前提是活塞不能 超過(guò)其極限速度）。此處的壓力表讀數(shù)偏高，是由于異常情況下 引起的讀數(shù)偏高
（1）孔深加大。在液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)水下鉆 進(jìn)時(shí)，隨著孔深加大，液柱壓力必然會(huì)不斷增加，背壓增加，地表 壓力表讀數(shù)也不斷上升，當(dāng)增加到某一壓力時(shí)，導(dǎo)致潛孔錘無(wú)法正常工作。
（2）涌水量增加，水位升高。當(dāng)鉆穿含水層時(shí)，涌水量增加， 同樣液柱壓力、背壓不斷增加，最終導(dǎo)致壓力表讀數(shù)偏高。
（3）遇潮濕段地層。具體表現(xiàn)為孔口或膠管出渣口 (反循環(huán)） 只返風(fēng)不排粉，對(duì)于全面破碎的正循環(huán)氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)而言， 巖屑聚集于鉆桿壁上，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)形成泥環(huán)，阻塞(正循環(huán))排屑通 道，從而使風(fēng)壓升高;對(duì)于貫通式反循環(huán)氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)而言， 巖屑極易附壁于中心通道或出渣膠管，發(fā)生堵塞時(shí)，壓力越升越 高，有時(shí)甚至將膠管漲裂。
（4）卡埋鉆所致?？ㄣ@是指有巖屑等卡在潛孔錘外壁與孔壁 之間或卡在鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙中。巖屑或巖石碎塊的 存在，堵塞了風(fēng)道，導(dǎo)致壓力表值升高?？赡茉蛉缦拢?/span>
①波碎帶存在。破碎帶中的碎塊掉入孔中，造成卡鉆；
②鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)不當(dāng)。當(dāng)鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)不合適時(shí)，巖屑過(guò) 大，上返過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)位，導(dǎo)致卡鉆；
活塞內(nèi)部某些零部件因泥沙，順被堵也會(huì)導(dǎo)致壓力升高。
冷收縮不均、在鉆具自重、油壓作用下鉆具發(fā)生變形，改 變內(nèi)部間隙參數(shù)，某些零部件被卡死都會(huì)導(dǎo)致壓力表讀數(shù)升高。
供氣管路及鉆桿必須保持清潔暢通，否則也會(huì)導(dǎo)致壓力 表讀數(shù)不必要的偏高。
4.壓力表讀數(shù)偏低
沖擊器在低于規(guī)定的工作風(fēng)壓條件下勉強(qiáng)工作時(shí)，其沖擊 功、沖擊頻率都將會(huì)降低，因而不能有效地破碎巖石和有效地將 破碎下來(lái)的巖渣及時(shí)排出孔外，使鉆速急劇下降，鉆頭磨損加劇， 鉆進(jìn)成本大大提高，所以盡可能使工作風(fēng)壓接近規(guī)定風(fēng)壓上限， 以期收到最好的鉆進(jìn)效果。
（1）高壓膠管出現(xiàn)破損。風(fēng)管出現(xiàn)破損可能是由于高壓膠管 自身質(zhì)量存在問(wèn)題，也有可能是由于施工單位因節(jié)省成本等原 因而選用了抗壓強(qiáng)度不夠的膠管，這些都會(huì)導(dǎo)致風(fēng)壓偏低。解決 的方法是重新更換耐壓強(qiáng)度高的膠管，否則一旦選錯(cuò)，不僅浪費(fèi) 膠管，更重要的是，潛孔錘因得不到額定風(fēng)壓、風(fēng)量導(dǎo)致鉆速急劇 下降，成本大幅度提高。
（2）鉆桿發(fā)生泄漏。鉆桿母接頭在頻繁沖擊力、扭轉(zhuǎn)力的作用下，不可避免地發(fā)生變形，最終導(dǎo)致高能介質(zhì)在該處發(fā)生泄漏。 具體表現(xiàn)在鉆桿與鉆桿、鉆桿與潛孔錘、鉆桿與水籠頭聯(lián)接處。
（3）空壓機(jī)自身提供的風(fēng)壓風(fēng)量不足。
（4）沿程損失過(guò)大。沿程損失過(guò)大與管徑、管長(zhǎng)、管道本身相 對(duì)粗造度有關(guān)。
（5）在使用雙壁鉆桿或三通道鉆桿時(shí)，由于技術(shù)上的原因，一 般鉆工很難做到不發(fā)生任何泄漏，有時(shí)甚至造成高能介質(zhì)短路， 最終導(dǎo)致壓力表讀數(shù)偏低。
（6）冷收縮所致?；钊?、配氣桿、內(nèi)缸等因氣溫過(guò)低不均勻收 縮，導(dǎo)致其內(nèi)部配合尺寸過(guò)大產(chǎn)生泄漏，壓力表讀數(shù)偏低。
（7）過(guò)度磨損。潛孔錘內(nèi)部活動(dòng)件頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其表面不 可避免地磨損，造成與其配合件之間間隙增大，也會(huì)產(chǎn)生泄漏。
5.不安裝壓力表或壓力表失效
5. 1不安裝壓力表
在“引松入長(zhǎng)”水下爆破孔施工過(guò)程中，綜合考慮地質(zhì)條件、 工程概況、甲乙方單位的現(xiàn)有條件等，在理論及實(shí)踐上合理選用 氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法具有可行性。而最初實(shí)際并非如此。究 其主要原因，孔口附近沒(méi)有安裝有壓力表，無(wú)法知道潛孔錘的給 進(jìn)風(fēng)壓。安裝壓力表后，發(fā)現(xiàn)潛孔錘給進(jìn)風(fēng)壓遠(yuǎn)低于正常工作風(fēng) 壓(空壓機(jī)提供風(fēng)壓大于潛孔錘的正常工作風(fēng)壓），而風(fēng)壓過(guò)低的 原因是由于沿程損失過(guò)大(風(fēng)路長(zhǎng)、風(fēng)管直徑小)所造成。于是采 取相應(yīng)措施，極大地提高鉆速。然而從最初提出采用沖擊回轉(zhuǎn)施 工方案到最終使用該方法，走過(guò)一段“彎路”，造成一些浪費(fèi)。
5.2 壓力表失效
在黑龍江某工程中，選用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法鉆孔，所用鉆機(jī) 為BTGJ - 2型鉆機(jī)。使用過(guò)程中，BTGJ - 2型鉆機(jī)油壓表由于 種種原因其靈敏度大大降低，致使實(shí)際給進(jìn)壓力遠(yuǎn)大于油壓表 油壓，結(jié)果造成翻機(jī)事故。
另外，壓力表是空壓機(jī)安全工作的保證，一旦壓力表超過(guò)額 定風(fēng)壓，空壓機(jī)自動(dòng)排氣。
當(dāng)幾臺(tái)空壓機(jī)產(chǎn)生的高壓氣體共儲(chǔ)于一儲(chǔ)氣罐時(shí)，儲(chǔ)氣缸 也必須安裝壓力表，一旦其內(nèi)部壓力接近儲(chǔ)氣罐的額定壓力時(shí)， 馬上排氣。
還有，壓力表對(duì)鉆水井孔顯得尤為重要。當(dāng)將沖擊回轉(zhuǎn)鉆具 下放到幾百米深的有水孔時(shí)，給氣一段時(shí)間后潛孔錘并不工作， 此時(shí)并非鉆進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而是背壓太大的緣故。從壓力表上 可以看到壓力表憋得相當(dāng)高，直到某一上限。其后，壓力表值才 開(kāi)始下降，達(dá)到某一下限后，便開(kāi)始正常工作。
從上述不難看出，壓力表在沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的作用是多方 面的。從某種意義而言，壓力表是沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的眼睛，任何無(wú) 視壓力表存在行為是錯(cuò)誤的。
6.結(jié)束語(yǔ)
壓力表是沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中極為重要的儀表，尤其是在復(fù)雜 地層中鉆進(jìn)時(shí)，其值異常是出現(xiàn)事故的征兆或地層出現(xiàn)變化的 信號(hào)。希望此文能引起用戶對(duì)壓力表足夠重視。
