地质灾害应急抢险快速成孔钻机的研究

项目运用人性化模块化设计和机电液一体化设计，将设备的性能与可靠性、灵便性、安全性、保障维护性等人机工程有机地结合起来。在整体和关键零部件设计时采用先进的proe技术进行三维立体造型，辅以有限元应力应变分析，对整机和零部件进行优化。在保证了结构件的强度的基础上优化外形结构，同时参考国外先进的各种同类机型，对各机型的优缺点进行取舍。利用计算机对钻架、底盘、动力头加以优化，在整体设计时进行三维立体造型。GDZ-300L型钻机设计采用国外最成熟 、先进实用的液压系统技术；而所有液压泵、阀和马达及胶管、接头全部采用国外知名厂家的优质产品，为系统的稳定性、可靠性提供进一步的保证。 项目研究的GDZ-300L型履带式全液压多功能钻机，主要采用压缩空气潜孔钻进，钻机结构主要包括5大部分：动力机、履带行走机构、回转装置、给进机构和液压传动系统。钻机主要采用压缩空气潜孔钻进，在松散层及基岩石中钻孔有很高的钻进速度，主要用于地质灾害应急抢险中救援快速钻进、微型桩孔快速钻进，也可用于水井快速钻进、地源热泵空调工程地埋管井快速钻进等。在国内重量在7吨以下的同类多功能钻机中，GDZ-300L型钻机的功率配备、钻深能力、最大钻孔直径、最大起拔力、动力头最大扭矩等主要性能指标占有较大的优势。 2100433B

项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况 (1) 所属领域：技术服务和地质勘查业领域，主要目的就是解决我国新一轮油气勘探地震勘探施工中遇到越来越多的复杂地层难以钻进成孔和准确采集地震数据资料等技术难题。 (2) 主要内容：钻进成孔器具结构的设计、参数制定及器具研制、工艺方法的研究及工艺参数的确定、炸药投放技术及数据采集、施工设备改进与配套等。 (3) 特点：采用双壁钻杆空气反循环快速钻探钻进成孔方法，无须提出孔内钻具即可将炸药经双壁钻杆内管的中心通道投放到孔底所需位置，钻进速度快，成孔及投药成功率高，解决了采用常规水钻施工效率、成本高、钻进成孔困难及成孔和下药成功率低等一系列难题。对不稳定的卵砾石地层，采用绳索打捞空气潜孔锤冲击回转钻进、钻杆护孔及管内下药的特殊方式，与传统的跟管钻进成孔技术相比，大大简化了施工工序和提高钻进效率和下药可靠性。 (4) 推广应用情况：由于该钻进成孔方法能有效地解决干旱缺水地层快速钻进成孔的难题，特别是易坍塌的沙漠及小砾径砾石地层快速钻进成孔难题，所以在油气地震物探爆破孔钻进成孔施工工程中已大量地推广应用，应用地区有大庆、新疆、青海、辽河等勘探工区，应用的单位有大庆物探公司、新疆油田物探公司、青海油田物探公司、胜利油田物探公司、江汉油田物探公司、江苏油田物探公司、中原油田物探公司、华北石油管理局物探公司、辽河油田物探公司。使用单位都取得了非常好的经济技术效果。目前已推广应用100多台套。几年来，利用该技术完成地震物探爆破孔40多万个，施工产值达6亿多元人民币，节水及提高工效所产生的节支超过4000万元。2006年初，大庆物探公司又利用该项技术承揽了蒙古共和国油气地震勘探施工项目，地震物探炮孔12000个，产值3000多万元。 2100433B

一、研究背景

我国是一个地质环境极其复杂和特殊的国家，受自然条件和大型工程建设条件影响，地质灾害频繁发生。近年来，受到极端气候的影响，突发性地质灾害发生次数明显增多，造成了人民群众生命和财产的巨大损失。在地质灾害应急抢险中暴露了我国在应对突发性地质灾害能力差的弱点，传统的治理技术难以适应应急救灾的需要。为了提高我国应对重大和突发性地质灾害的快速反应能力，2006年科技部批准启动了国家科技支撑计划重点项目“重大地质灾害监测预警及应急救灾关键技术研究”， “地质灾害应急处置快速治理技术研究与示范”（课题编号：2006BAC04B04）属于其中课题之一。本课题通过研究适用于山区的轻型快速的地质灾害应急处置快速治理关键技术，开发形成预应力锚固快速施工技术体系、微型抗滑桩施工技术体系和锚索预应力实时监测系统，达到高效、快速治理的目的，提高我国滑坡灾害应急抢险的技术水平。

二、取得的主要成果

1、研制的新型SD168型气动潜孔锤同步跟管钻具在大吨位锚索孔的施工中实现了快速钻进，钻进平均时效5米/时，寿命大于100米，与现在通常采用的钻进方法比较综合钻进效率提高20--50％。

2、研制的锚索快速下锚装置实用性强，易于现场施工，下锚效率提高20~50%，提高了锚索安装速度，并且大大降低了工人劳动强度，特别是在陡峭边坡的实施锚索施工，使用相当方便。

3、研制的锚索注浆专用外加剂性能满足国家相关技术规范和标准的要求，外加剂掺入后，注浆材料性能得到很好改善，强度周期缩短20~50%，提高了锚索注浆施工速度，大幅度缩短了锚索张拉施工周期。

4、通过对小口径钻孔组合抗滑桩结构形式和工作机理研究，探索了小口径钻孔组合抗滑桩设计方法，并通过工程现场应用，总结了小口径钻孔组合抗滑桩施工工艺。

5、研制的锚索预应力实时自动遥测系统具有多路预应力实时监测、数据储存、远传、处理和超限报警功能，实现锚索预应力监测预警自动化。

6、获得1项发明专利，2项实用新型专利。其中 “潜孔跟管钻进系统”（专利号：ZL200620035162X）和“锚索辅助安装系统” （ 专利号：ZL200920298518.2）获得实用新型专利，“锚索辅助安装系统” （ 专利号：ZL200910263577.0）获得发明专利。

三、取得的经济和社会效益

近三年来本课题的成果转化形成的产品和技术应用于工程获得利润333.9万元。运用本课题取得的成果在多个地质灾害应急抢险工程中得到应用，取得了显著的社会效益，如参加“5.12”汶川特大地震和“4.20”芦山地震现场应急救灾和灾情快速评估及科技咨询服务工作， 2009年重庆武隆鸡尾山特大滑坡灾害应急抢险工程，参加2010年云南省和2011年山东省抗旱找水应急抢险工程，中石油西南分公司多个天然气井场应急治理工程，长期在重庆市奉节县新县城多个滑坡治理后的监测工程等等。 2100433B