岩土钻掘工程的渊源和发展概况
岩土钻掘工程的渊源和发展概况
2010-03-13 15:32:10
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中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作的国家。它起源于我国劳动人民钻凿盐井。大约在公元前3世纪,汉人便开始在四川南部开挖取盐水的深井,当时这些盐井中不时喷出天然气,从而以"火井"而闻名。最迟在公元前1世纪我们的祖先已开始有组织地钻这种井来采盐水,同时提取地层深处的天然气用于燃烧和照明。这些情况在公元2世纪已见诸文字记载。先民们用传统的方法于清道光6年(1835年)钻成了{dy}口超1 000m(1001.4 2m)的燊海井,使钻井技术达到了新高峰,该井被联合国教科文组织定为19世纪中叶前的钻井世界纪录。英国xx科学史专家李约瑟博士在其《中国古代科学技术文明史》一书中认为,中国钻探科学技术对世界石油天然气勘探开发技术产生了巨大的启蒙、奠基和推动作用,在国际上{lx1}数百年至一千多年。因此,在美、英、德、俄等国出版的石油钻井教材和钻探手册中,开篇总是介绍一些中国的古代钻探史料。有的学者还将中国这一伟大的创造誉为是继指南针、火药、造纸、印刷术之后中国古代的第五大发明。
随着工业技术的进步,直接破碎岩石的磨料、钻具形式及与之相适应的钻探设备都在不断改进。
19世纪初叶,硬质合金的问世给岩土钻掘业开辟了新时代。以碳化钨为基体的硬质合金比以前各种钢制切削具具有更高的硬度和耐磨性。利用这种切削具做成不同类型的钻头或钎头,在Ⅶ~Ⅷ级以下的岩层中可以有效地进尺。
19世纪末期,美国工程师提出在硬岩,特别是在裂隙性岩石中使用钢粒钻进。因为钻进这种岩石时,昂贵的xx金刚石钻头消耗量甚大。前苏联、东欧和我国在推广人造金刚石钻进之前,也是主要采用钢粒作为磨料来钻进坚硬、研磨性高的岩石。钢粒钻头可以在Ⅷ级以上的岩层中取得不错的钻探效率。即使在金刚石钻进技术已普及的今天,由于成本关系,钢粒钻进仍在硬岩大口径钻进中得到应用。
自1862年法籍瑞士工程师莱舒特首先将xx金刚石应用于矿山钻探以来,西方国家的金刚石钻探技术已有百余年的历史。金刚石是世界上最硬的矿物,是钻进深孔和坚硬、强研磨性岩石最理想的磨料。但是,xx金刚石资源有限,价格昂贵,从而制约了它的大面积推广普及。
1953年、1954年瑞典和美国通用电气公司分别宣布用人工方法合成了单晶人造金刚石,几年后投入了工业生产,从此世界各国的人造金刚石产业有了突飞猛进的发展。前苏联1966年开始研制人造金刚石孕镶钻头。我国1963年成功地合成了{dy}颗人造金刚石后,逐渐掌握了人造金刚石钻头的制造技术,从20世纪70年代末开始大批量生产。把人造金刚石钻头用于硬岩钻进是我国岩土钻掘工程界的一大突破,在短短十几年的时间里普及率和生产效率迅速提高,得到了国际上的一致好评。
除了碎岩材料的长足进步外,绳索取心工艺、反循环连续取样工艺、多孔底定向钻进技术、钻探和掘进生产过程的自动化与{zy}化、高分子聚合物材料护壁堵漏技术、光面爆破和控制爆破技术、新奥法掘进工艺体系等等方面的技术创新,都在多年的岩土钻掘实践中经受了考验,并产生了明显的经济效益。
岩土钻掘工艺的技术进步,促进了钻掘设备的更新换代。19世纪中期制造出了可以采取岩心的回转式钻机,这种钻机在基岩中钻进效率高,地质效果好,因而逐渐在地质找矿和工程施工的钻进领域中占据了主导地位。目前各类新型液压钻机、转盘钻机和轻便多功能钻机,无论在功能上、结构上和自动化程度上都与老一代钻机截然不同。掘进机械也在不太长的时间里完成了从风镐到现代凿岩台车、自动化全断面掘进机的跨越。与此同时,配套的辅助机具、检测仪表、产品的标准化、新型材料和信息技术的应用等方面都不断走向成熟。使得岩土钻掘工程学逐渐形成了一个相对独立的学科门类。
随着科学技术的进步和经济的高速发展,岩土钻掘工程在国民经济中发挥着越来越大的作用,应用范围也越来越广。据统计,为探明1亿吨铁矿,需要完成10万米的钻探工作量;为生产1 000万吨石油,需投入几百万米的钻井工程;为建设1 km高架道路立交桥,要打上百根大口径钻孔灌注桩。十分明显,岩土钻掘工程已广泛应用于:
(1) 矿产资源勘探和部分矿产的开采;
(2) 水文地质勘探和水井钻;
(3) 工程地质勘查和生态环境研究;
(4) 地质灾害的防治与环境治理;
(5) 工民建和道路桥梁的基础工程;
(6) 海洋研究及海运码头工程;
(7) 国防工程;
(8) 地球岩石圈、水圈的科学研究。
面向新的世纪,我们相信,随着与相关学科的交叉和高新技术的引入,岩土钻掘工程将展现出更强的生命力和适应性。
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