水平定向鑽的基本結構

水平定向鑽的基本結構

無論是大型還是中小型水平定向鑽, 其基本結構包括主機、鑽具、導向係統、泥漿係統以及智能輔助係統。

(1) 主機

主機的動力係統一般為柴油發動機。柴油機作為動力源,其功率是衡量鑽機施工能力的指標之一。但在鑽機鑽進回拖過程往往需要鑽機以恒定的荷載運行,因此發動機的連續功率顯得更重要。為了降低勞動強度,提高勞動效率,主機一般裝備了鑽杆自動裝卸裝置。鑽進時,鑽機自動從鑽杆箱中移取鑽杆,旋轉加接到鑽杆柱上。回拖時,正好相反。有的還裝備了潤滑油自動塗抹裝置,對鑽杆連接頭螺紋的潤滑有助於延長鑽杆的壽命。鑽機在工作中應完全固定。如果在鑽進拖拉過程中發生移動,一方麵有可能造成發動機損壞,另一方麵會降低推拉力,造成孔內功率損失。目前鑽機都有自動液壓錨固係統,靠自身功率把錨杆鑽入土層,在幹燥土層一般用直錨杆,在潮濕土層用螺旋錨杆。

(2) 鑽具

鑽杆應當有足夠的強度,以免扭折、拉斷,又要有足夠的柔性,才能鑽出彎曲的孔道。在長距離穿越中,鑽杆的長度直接影響鑽進效率,特別是采用有線導向時,長鑽杆使鑽杆連接次數減少,將明顯節約連接時間。鑽孔方向的改變是通過控製鑽頭的方向實現的。

鑽頭一般為楔形,在前進過程中,若鑽頭不斷旋轉,則鑽進軌跡為直線。當鑽頭想繞過障礙物或以一定曲率半徑前進時,鑽頭停止轉動,使楔麵停留在某一角度再推進。這樣,鑽頭就以與楔麵相背的方向前進。鑽頭斜板通常有噴嘴,高速泥漿從噴嘴噴出,對土層進行衝刷。煤氣與熱力對不同土層,應選用不同的鑽頭。如在較軟的粘土中,一般選用較大尺寸的鑽頭,便於在推進過程改變方向。在較硬的鈣質層中,選用較小的鑽頭。而在硬岩鑽進則要選用特殊的鑽頭,如鑲焊小尺寸硬質合金鑽頭。

擴孔器種類繁多,不同的擴孔器適用不同土層。如凹槽狀擴孔器適用於沙地和含有岩石的緊密沙地,而在粘性高的粘土中運行容易變成球狀;杆狀切割器適用於硬土層、粘土層,而無法在岩石地或卵石地有效運行。

(3) 導向係統

導向係統包括無線導向係統和有線導向係統。無線導向係統由手持式地表探測器和裝在鑽頭裏的探頭組成。探測器通過接收探頭發射的電磁波信號判斷鑽頭的深度、楔麵傾角等參數,並同步將信號發射到鑽機的操作台顯示器上,以便司鑽及時調整鑽進參數以控製鑽進。在穿越河流、湖泊時,由於地麵行走困難或鑽孔深度太深,電磁波信號難以接收,就須使用有線導向係統。探頭通過鑽杆後接電纜把信號傳給操作台, 由於電纜須由人工通過鑽杆一根根搭接起來,因此有線導向儀的使用將相當耗費時間。

(4) 泥漿係統

泥漿係統是保證擴孔以及管道回拖順利進行的重要設備。膨潤土、水以及添加劑等在泥漿罐裏充分攪拌混合後,通過泥漿泵加壓,經過鑽杆從鑽具噴嘴噴出,衝刷土層並把鑽屑帶走,起到輔助鑽進的作用。鑽進泥漿可冷卻孔底鑽具,以免鑽具過熱而磨損。鑽進泥漿的另一重要作用是在回拖管道時降低管壁與孔壁之間的摩擦力。在理想狀態時,管道是懸浮在泥漿中被拉出,因此在實際工程中,若鑽孔成型好時,管道所需的拉力往往比預料的要小得多。水平定向鑽管孔直徑一般比較大,孔壁穩定性差,而鑽進泥漿凝固後,可以起到穩定孔壁的作用。

(5) 智能輔助係統

鑽機的智能輔助係統近幾年發展很快。在預先輸入地下管線及障礙物位置、鑽杆類型、鑽進深度、進出口位置、管道允許彎曲半徑等參數後,鑽進規劃軟件可以自動設計出一條理想的路徑,包括入土角、出土角、每根鑽杆的具體位置等,在實際工程中可以根據實際情況的調整。