全液压轻便钻机应用下的水利水电论文
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国内外钻机的发展趋势是模块化、轻型化、系统化、多功能化。全液压轻型钻机的设计思路就是轻便、解体性强、各部件间连接简单、可靠，满足交通不便地区的搬迁与组装工作;采用液压系统控制、自动化程度高、提高工作效率;可以应用于多种工艺。全液压轻便钻机具有以下特点:
1)模块化设计。将钻机按照功能分为多个模块，分别是控制模块、钻进模块、底座模块、动力模块、油箱及液压油冷却模块、水泵模块、卷扬模块;各模块之间通过液压油管、电缆线相互连接，装配简单快捷;模块化设计带来的好处是，可以使各模块间相对独立，可以发挥每个设备的最大功效，并可根据需要更换某一模块，提高系统性能;可以有效降低单个设备体积以及重量，便于运输;操作与维护简单快捷，劳动强度低。
2)液压系统控制。钻机钻进压力、转速、回转方向、泵量、夹持器、卷扬等均由液压系统控制。相对于机械钻机，在调整钻进方向、回转方向、转速大小时，要不停的换挡、再挂档的繁杂操作，液压系统可以直接调整上述参数，并实现无极变速;液压系统有自我保护作用，可以根据钻进情况，自动调整转速和扭矩等参数，有效降低对钻具的损坏以及降低孔内事故发生率;液压系统控制，自动化程度较高，极大的降低了劳动强度。
3)给进行程大。全液压轻便钻机的给进行程一般为1．5m～2m，是XY系列钻机行程的2倍～3倍，可以有效的降低倒杆次数，提高纯钻进时间。
4)钻进工艺多样性。全液压轻便钻机行程大，钻进参数调整简单、快捷，适合应用回转钻进、冲击钻进、绳索钻进等众多钻进工艺;且全液压轻便钻机绝大多数都是桅杆式钻塔，通过液压方式起降与控制角度，可以满足不同角度的钻进需求。
5)自动化程度高。采用液压卡盘，自动拧卸钻杆，部分产品可以实现自动安装钻杆，有效降低劳动强度。
6)安全性高。操作台远离孔口，可以清楚的观察钻进情况，及时做出应对反应。
2全液压轻便钻机的应用
ExploreJr．36D轻便钻机为全液压动力头钻机，模块化设计，最大模块为柴油机，重量为245kg。可以实现0°～90°钻进，采用单缸给进，行程1．7m，最大钻进深度100m。钻机主要分为钻机主体、底座(含卷扬机)、控制台、柴油机、液压油冷却循环系统、水泵、柴油箱等部分。所有部分均可以实现2人～4人搬抬。钻机组装时间在1h左右。钻机在土层、砂层、砂砾石覆盖层、卵石层以及基岩中进行试验。采用单管钻具、双管钻具、植物胶钻具、金刚石钻头、复合片钻头、合金钻头以及清水、泥浆、植物胶等进行钻进试验。钻进过程中，根据地层情况及时改变钻进工艺，对钻进参数进行微调和快调，可以保证钻进稳定，提高钻进效率，降低劳动强度。钻机试验取得了良好的效果，但受全液压轻便钻机的特性限制，也存在一定的不足之处。
3全液压轻便钻机存在的问题及解决方案
虽然全液压钻机有很多优点，但由于其追求轻便性，难免会带来一系列问题。具体问题及解决方案如下:
1)钻机主体结构简单、重量轻，钻进过程中，钻机稳定性相对较差。为了追求轻便以及快速拆装，钻机主体结构中的轨道、底座采用方钢做成。由于重量较轻，结构较为简单，长度与宽度较小。因此在钻进过程中遇到较大阻力时，会导致钻机底座上抬或左右移动，影响钻机整体稳定性，容易发生孔故;随着钻孔深度增加，提升重量加大，导致钻机前倾，易发生安全事故。解决的方案是在轨道与底座之间增加斜拉撑，形成三角形稳定的结构，起到固定轨道与底座、稳定钻孔角度、减少机器振动对支撑液压缸的损伤作用;在设计时，扩大钻机底座，增加底座稳定性，或以大号方钢对接的方式加工底座，将钻机原配底座固定在新加工的底座上;钻进时，底座固定在方木以及木板上，方木埋于土中固定，必要时可以增加地锚;控制钻进参数，不盲目加压、提高转速，合理钻进。采用上述措施能够有效降低钻机主体结构重量轻带来的问题。
2)复杂地层钻机钻进能力较弱。由于全液压轻便钻机的性能参数相对于机械钻机要弱，尤其体现在扭矩参数上，因此在钻遇复杂地层或突遇地层变化时，其不能像机械钻机可以直接强行钻穿复杂地层再进行处理。而且全液压轻便钻机通常采用桅杆式钻塔，配置的液压驱动卷扬，不能像机械钻机那样利用三角或四角钻塔结合自身配置的卷扬锤击套管跟进护壁。因此，其复杂地层钻进能力较弱。解决的方案是:a．针对相应地层，合理选择冲洗液以及采用多种钻进工艺，例如绳索取芯钻进、空气钻进、无泵反循环、干钻法以及薄壁短套管跟进护壁等;b．设计合理的钻孔结构。以ExploreJr．36D轻便钻机为例，其钻进能力为100m，在基岩中钻孔结构可以设计为130mm钻具开孔钻进，下入127mm薄壁套管，换110mm钻具钻进，下入108mm薄壁套管，换91mm钻具钻进，下89mm薄壁套管，换75mm钻具终孔，或采用75mm绳索取芯钻进工艺。在覆盖层等复杂地层中，钻孔结构可以设计为130mm钻具开孔钻进，下入127mm薄壁套管，换91mm钻具钻进一回次后提钻，下入108mm薄壁套管，配合套管钻头钻进至上一回次进尺处，换91mm钻具以及108mm薄壁套管重复上述钻进过程，换75mm钻具以及89mm薄壁套管、套管钻头重复上述钻进过程至终孔。在钻进过程中遇塌孔、掉块等问题，可以考虑采用泥浆、植物胶护壁，或采用无泵反循环以及干钻等方法钻进。
3)处理孔故能力较弱。由于钻机动力头的扭矩不足于XY系列钻机的1/4，甚至1/10，而且钻孔结构设计以及钻进工艺与钻进参数选择不合理时，容易发生卡钻、埋钻等孔故。受能力以及液压卷扬特点的限制，全液压钻机无法采用大扭矩回转或利用吊锤反打等手段处理这些孔故。解决的方案:a．大流量冲洗液冲击，结合大扭矩回转;b．采用冲击器反打钻具;c．采用液压拔管机起拔钻具;d．搭建三角塔，配备卷扬，采用吊锤冲打钻具;e．扩孔钻进，取出钻具。
4结语
尽管全液压轻便钻机受设计应用的目的，结构以及性能参数的影响，其应用范围受到一定的限制，但它是未来钻机发展的趋势，随着科技的发展，这类问题会得到很好地解决，会成为水利水电工程勘察必不可少的重要设备。
作者：代常友李守圣孙宏莉单位：黄河勘测规划设计有限公司地质勘探院
