深厚覆盖层堆积体破碎带成孔偏心跟管钻进工艺技术研究
袁学武
成都理工大学环境与土木工程学院
2009.10.25
深厚覆盖层堆积体破碎带成孔偏心跟管钻进工艺技术研究
v 1 前言
v 2 偏心跟管钻具工作原理
v 2.1 钻具的组成和结构
v 2.2 冲洗介质的循环
v 2.3 碎岩能量和动力传递过程
v 2.4 导向和扩孔
v 3 存在的主要问题
v 3.1 断管和“跟管深度”
v 3.2 冲击次数与寿命
v 3.3 摩擦阻力
v 4 工程实践
v 5 结论和建议
１前言
随着西部大开发的进一步深入，各种大型水电、公路、铁路等基础设施建设相继启动，岩土工程施工的规模前所未有，其中边坡治理问题越来越突出。在经历了近20年的工程实践和技术积累后，目前在边坡调查分类，边坡稳定性勘察、治理配套技术，预应力锚固机理、快速锚固施工技术，理论计算等方面都取得了丰富成果，对指导实际工程施工发挥了重大的作用。实践表明，边坡加固工程中堆积体和破碎地层的成孔和锚固是难度最大的，直接影响施工质量、效率、工期和成本。尤其是5.12汶川特大地震之后，地灾勘察、治理施工中破碎地层、堆积体锚固的数量和规模空前增加，研究和完善破碎带和堆积体锚索成孔工艺，对灾后重建中地灾防治工程施工具有重大的现实意义。
2. 偏心跟管钻具工作原理
v2.1 钻具的组成和结构
v2.2 冲洗介质的循环
v2.3 碎岩能量和动力传递过程
v2.4 导向和扩孔
2.1钻具的组成和结构
v目前应用普遍的带中心钻头的三件套单偏心钻具由导正器、偏心钻头、中心钻头、套管靴几部分组成。v导正器与中心钻头及偏心钻头是由偏心轴---偏心孔方式联接。偏心钻头周向可以转动并由中心钻头限位。
v中心钻头与导正器由偏心花键连接，加双向锁销固定。导正器转动时偏心钻头在离心力和孔壁摩擦力作用下张开，并在中心钻头设计限位块位置限位。
2.2冲洗介质的循环
压缩空气在推动冲击器做功后进入导正器中心孔、偏心钻头、中心钻头到达孔底。完成冷却钻头、清洁孔底并携带岩屑的任务。再经导正器的排碴通道进入套管与冲击器、钻杆的环形空间，在气流压力作用下排出套管口。为后续碎岩提供开放通道，避免岩屑的重复破碎，提高钻进效率。
套管
管靴
偏心钻头
导正器
冲击器
中心钻头
导正器最大
自由行程图
2.3碎岩能量和动力传递过程
v偏心跟管钻具和普通潜孔锤钻进一样，工作时回转和轴向钻压由钻机提供。
v钻进碎岩动力来自于潜孔锤的冲击力。跟管钻进时，压缩空气推动冲击器活塞冲击导正器，导正器将钻压和动载冲击波传递给中心钻头和偏心钻头，完成对孔底岩石的破碎。中心钻头随导正器花键转动，超前破碎中心岩石并起导向作用。
v在钻杆带动下导正器带动偏心钻头回转，在环状空间循环碎岩。偏心钻头碎岩形成的孔径应大于跟进套管的直径，保证套管有足够的空间下行。
2.4导向和扩孔碎岩循环
v扩孔
v导向
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1.扩孔
处于正常钻进状态的偏心跟管钻具在钻压下转动，从中截取一个碎岩循环对其工作过程加以分析。随着中心钻头形成一定的体积破碎并有向下延伸趋势，偏心钻头会随着钻杆按一定速度转动而离开已产生破碎的环形区域。进入相邻的未经破碎的环形区域，直到环形空间的岩石破碎量与中心钻头的岩石破碎量一致。这个过程就是为套管提供跟进空间的扩孔过程。
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2.导向
当偏心钻头离开已产生破碎的环形区域进入相邻的未经破碎的环形区域，此时钻压和冲击功在中心钻头和偏心钻头上的分配是不平衡的。中心钻头的超前趋势，使钻压和冲击动载大部分提供给偏心钻头用以破碎环形空间的岩石；直到偏心钻头所处环形空间的平均破碎量和中心钻头的超前趋势相当时，中心钻头才真正进入另一次的实质性碎岩过程。在这个时间间隔内，中心钻头更多的是起到导向和护正作用。这也就是带中心钻头的单偏心钻具（三件套）与普通单偏心钻具（两件套）相比钻孔弯曲更小的原因。
2.5跟管工作循环
总体来看导正器和管靴台阶只有两种状态。
一种是分离状态、
另一种是接触状态
1.分离状态
假定所描述的起点时间导正器未和管靴台阶接触、呈自由状态（如图2所示）。此时钻压仅作用在导正器、中心钻头和偏心钻头上。随着压缩空气的流动，冲击器连续工作；中心钻头和偏心钻头除因镶齿的形状、分布引起的差异外碎岩效果是一致的。导正器未和管靴台阶之间的距离会随着碎岩逐渐缩短。
2.接触状态
随着中心钻头和偏心钻头的不断延伸，原来处于分离状态的导正器和套管台阶距离越来越短，直到两者接触产生冲击（见图3所示）；在冲击力的作用下，套管克服系列阻力向前跟进，跟进的最大行程是由钻具结构决定。一旦这种跟进得以实现，导正器和套管台阶又再一次处于分离状态，进入另一次钻进和跟管的循环。
套管
管靴
偏心钻头
冲击器导正器
中心钻头管靴冲击台阶
导正器冲击台阶
中心钻头
冲击器
导正器
偏心钻头
管靴套管
图2 导正器与管靴台阶处于分离状态图3 偏心跟管钻具在孔内的状态
☆导正器与套管台阶位置关系
3 存在的主要问题
v3.1 “跟管深度”和断管
v3.2 套管寿命与冲击功
v3.3 摩擦阻力
v 3.3.1摩阻力的来源
v 3.3.2降阻措施
3.1“跟管深度”和断管
跟管钻进中常遇到套管或套管连接寿命较短，导致跟管深度受限的情况。如果套管或套管靴连接的平均寿命可以支持130m的跟管工作；对施工单孔跟管深度达40m的孔，可以完成三个完整的钻孔，第四个钻孔钻进到20m左右时套管或套管靴出现断裂的几率大幅增加。尤其是大规模施工时，套管的使用管理不到位就有可能在第二、第三个孔时就出现断管。
对于某些特殊的复杂地层，套管或套管连接寿命确定的“跟管深度”有时甚至不能满足单孔跟管钻进成孔的需要；使新套管不能形成一个完整孔就被打断，导致断管事故；既增加套管使用量和材料成本，也严重影响施工效率和施工质量。
3.2套管寿命与冲击功
v 3.2.1 套管及套管联接的寿命
v 3.2.2 偏心跟管钻具工作过程
v 3.2.3 两次冲击间隔和单次冲击行程v 3.2.4 单位跟管进尺的冲击次数
3.2.1 套管及套管联接的寿命
套管和套管联接的寿命本质上是由套管材质的强度，丝扣形式，机械加工工艺、精度，热处理工艺和效果决定的。如果单次冲击功一定，在冲击载荷作用下，套管和套管联接不出现影响自身功能发挥的变形、疲劳破坏、断裂，此时所能承受的冲击次数可以用来描述其寿命。而且在材质、加工工艺、热处理工艺得到有效控制的情况下这个冲击次数描述的寿命是相对稳定的。
3.2.2 偏心钻具跟管工作过程
从偏心钻具跟管工作过程看，当每次导正器冲击管靴时，如果套管外部摩擦力能被克服，又有足够的空间让套管靴向下运动，那么冲击器会再次进入：先只冲击中心钻头而随后主要冲击偏心钻头的循环。
通常认为：在既有材质(常用D40)、丝扣形式、加工工艺和热处理条件下的管靴应该是足以满足单孔的跟管深度要求的。但为什么复杂地层条件下往往新套管和管靴组件不能稳定、可靠的成孔呢？
3.2.3 两次冲击间隔和单次冲击行程
问题在于在实际钻进过程中，跟管钻进到一定深度以后管靴后部与孔壁的摩擦力约束了管靴单次冲击的下行位移量。单次冲击功不足以完成管靴的一个自由行程，从而使导正器台阶和管靴冲击台阶每两次接触间隔时间大大缩短。
由于任何材质、加工和热处理工艺所确定的管靴的冲击疲劳破坏极限是相对稳定的。如果以一定数量的冲击次数作为其寿命的指标；冲击频率一定，单次冲击进尺下降，自然地套管反映在成孔深度上的寿命也就降低。要使成孔深度描述的寿命指标提高，只有增加-----套管跟进过程中每两次导正器冲击管靴台阶的时间间隔或单次冲击自由行程。
共振破碎施工工艺 1.共振碎石化作用机理 共振碎石化的工作原理是利用共振设备持续产生高频低幅的振动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块里，作用于水泥板块内部的高频振动力使得板块整体碎裂均匀，碎块大小和方向极其规律。而且里面的钢筋也与混凝土之间完全剥离。与重锤将水泥板块“打断”的冲击作用不同。共振碎石机动量高，和板块接触时间短，是将水泥板块表面的“裂纹”瞬间均匀地“扩展”到板块底部，不会破坏基层结构。水泥板块产生的裂纹是与路面呈35°?40°角，这种独特的斜向受力和嵌紧结构大大增强了碎裂后结构的承力。由于高频低幅振动产生的冲击力很小，而且裂纹只扩展到材料边界，所以该技术对基层没有任何损害。 混凝土面板共振破碎后，相互齿合嵌挤，可看成是两层，上层为细颗粒的碎石层，下层为板体形较好但有许多裂缝的破裂层。水泥板块破碎后，类似于碎石，故作为道路的柔性基层，再在其上加铺沥青面层。 2.共振碎石化施工工艺 2.1破碎前调查及准备工作 （1）查明道路地质情况，查明沿线地下管线情况，对所有管线所在线位进行标注，与其管养单位进行沟通协商保护措施。 （2）查明道路沿线房屋建筑情况，评估碎石化技术施工是否会影响周边建筑。 （3）查明沿线桥涵分布状况，桥涵两侧至少预留10m范围不能共振破碎，以免影响桥涵的结构安全性。 （4）对旧混凝土路面进行纵向切割，为混凝土破碎后向四周扩张预留伸缩空间。 3.试振及开挖试坑检查 旧水泥混凝土破碎质量主要受破碎机施工速度、振幅、振动频率、破碎顺序、破碎施工方向以及不同基层强度、刚度条件对破碎机的要求等的影响，这些因素均对旧水泥
混凝土板块的破碎程度、粒径大小排列和形成的破裂面方向产生影响，这就要求先行试振，开挖样坑，检查破碎粒径分布情况以及均匀程度，确定破碎机施工参数及施工组织措施。 4.共振碎石化施工 （1）交通控制 对于碎石化范围内的出入口应有醒目的安全标记，禁止无关车辆、人员进入施工区。破碎施工需占用两根车道，对于无中分带的道路，应设置临时隔离对向车道的实施，作业区内的两个车道静止通行。 （2）扬尘控制 在破碎前，用洒水车在需要破碎的车道上洒水以控制施工中的扬尘现象，洒水时间与破碎共振的时间宜控制在半小时以内。 （3）共振破碎施工顺序一般由外侧车道开始，顺着车道方向进行共振。每一遍破碎宽度约0.2m。破碎一遍会对相邻约5cm 区域造成一定的碎裂，故为了提高破碎效率以节省时间，可在破碎第二遍时与第一遍区域间间隔2?4cm。 （4）施工中，驾驶操作员应随时观察机械工作情况、锤头破碎效果，随时调整破碎参数，以尽可能达到较好的破碎效果。 （5）对于旧路面为钢筋混凝土时，应调整碎石化参数，如加大振动能等，要求破碎后钢筋与混凝土分离。 （6）对于碎石化施工场地周边建筑物、构筑物，需派专人进行观察、观测，如周围建筑或构筑物有变形或开裂现象，应立即停止施工，与监理单位、建设单位一起分析研究解决方案。 5.共振碎石化后整备工艺
细胞破碎方法综述 细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质（产品）的基础。结合重组DNA 技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。 关键词：细胞破碎；细胞壁；细胞膜；细胞破碎方法 1前言 目标产物的分离纯化在现代生物技术工业中占有十分重要的位置，它决定着产品的纯度和安全性，也决定着产品的收率与成本。许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞外，而保留在细胞内。破碎细胞的目的就是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏或破碎，释放其中的目标产物。 自20世纪80年代初重组DNA技术得到广泛应用以来,生物技术发生了质的飞跃,生物产品的数量越来越多,许多具有重大应用价值的产品应运而生,如具有显著医疗作用的胰岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一2等,它们的基因分别在宿主细胞(如大肠杆菌或酵母细胞)内克隆表达成为基因工程产物,从而提高了产量,降低了成本。很多基因工程产物都是胞内物质 (如上述药物经克隆表达后都属胞内物质),分离提取这类产物时,必须将细胞破壁,使产物得以释放,才能进一步提取。因此细胞破碎是提取胞内产物的关键性步骤,破碎技术的研究更加引起基因工程专家和生化工程学者的关注。 2细胞破碎技术 2．1高压匀浆破碎法（homogenization） 高压匀浆器是常用的设备，它由可产生高压的正向排代泵（positive displacenemt pump）和排出阀（discharge valve）组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节温度，使出口温度调节在20℃左右。在工业规模的细胞破碎中，对于酵母等难破碎的及浓度高或处于生长静止期的细胞，常采用多次循环的操作方法。 2．2振荡珠击破碎法 (Skaking Bead) 将等体积的小量组织样品与高密度的ZircoBeads放入可密封的2ml螺旋盖微量管中,再加入缓冲液与稳定成份到1.5ml的体积, 用6500RPM振汤机高速上下振动8秒,休息8秒,再振动8秒即可.此方法是目前最快且一次可处理最多样品的方法. 一台机器最多可以在一天处理2400支样品.对小量且多样的人很方便. 2．3高速搅拌珠研磨破碎法（fine grinding） 研磨是常用的一种方法，它将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起快速搅拌，使细胞获得破碎。在工业规模的破碎中，常采用高速珠磨机。 2．4超声波破碎法（ultrasonication）
跟管钻进技术在高速公路边坡锚固工程中的运用 葛洲坝集团五公司彭元平 摘要：本文简要介绍了边坡锚索施工的工艺流程，并重点阐述了潜孔锤跟管钻进技术在锚索钻孔过程中遇到复杂易坍塌地层的运用。 关键：潜孔锤、跟管、锚索、锚固工程 潜孔锤跟管钻进技术是采用潜孔锤与跟管钻具同步进行钻进，在钻进同时把套管下到稳定地层，隔住地层中破碎、坍塌地段，有利用锚索制安、灌浆等技术方法，这是一种适用于复杂易坍塌地层行之有效的施工工法。 本文就我司在元磨高速公路第13合同段中边坡滑坡治理，对该工艺方法进行阐述。 一、工程概况 元江至磨黑高速公路第十三合同段K311+780~K312+014路段，位于阿墨江支流清水河左侧，处于构造剥蚀中山地貌区，切割深度大于500米。滑坡区地表覆盖第四系地层，下伏为侏罗系地层，第四系又可划分出人工弃填土地、滑坡堆积、残坡积等成因类型，具体描述如下： 1、填土：分布于公路、便道下边坡和临时建筑物周围，岩性为碎石、块石，其间为角砾、砂、粘土充填，松散，厚1~10m。 2、滑坡堆积：主要由含角砾亚粘土和强～弱风化泥岩、砂岩组成，局部有粘土地、碎石，厚7~35m。 3、残积层：分布于滑坡外围坡面，主要为灰紫、黄褐色含角砾亚粘土地，局部含砾石，厚1~11m。 4、侏罗系上统坝注路组：伏于第四系土层之下，岩性主要为紫红、紫灰色泥岩夹砂岩，节理裂隙发育，风化强烈。
对于该滑坡体，设计采取削坡减载、抗滑支挡、护坡锚固和排水等综合治理，其中预应力锚索孔深23~55m，设计抗拔力为875、1125KN。 二、锚索施工工艺及技术措施 (一) 施工工艺流程 定孔位 ↓ 搭建施工平台 ↓ 钻孔 ↓ 锚索制安 ↓ 灌浆 ↓ 施工地梁及张拉台 ↓ 张拉锁定 ↓ 封锚 (二) 技术要点 各工序的施工工艺、技术要求如下： 1、搭建施工平台 按照设计要求的锚索间距并结合钻机起塔高度搭建平台。搭建管材采用Φ48钢管，用筘件相互连接，最后在平台上并排放置厚度5cm的木板，这样便形成了施工平台。
浅论气动潜孔锤在地质工作中的应用与发展众所周知，在我国当前经济建设的过程当中，岩土钻凿工程所占的地位越来越重要，其广泛应用在供水、矿产、市政、环境、交通、建筑等各方各面。随着我国经济的不断发展与进步，此类工程的市场竞争越来越激烈，相应的对工程效率、成本、质量等的要求也越来越高。在市场竞争如此激烈的情形下，空气潜孔锤钻进受到国内外钻探行业的高度重视，因为它具有如下优点:能够大幅度提高钻进效率、降低施工成本、保证工程质量、其经济效益非常显着。空气潜孔锤钻进的工作原理是:以压缩空气作为动力，推动潜孔锤工作，利用冲击器对钻头的往复冲击作用，来达到破碎岩石的目的，被破碎的岩屑随潜孔锤工作后排出的废气携带到地面，从而达到清孔、排渣的目的。 潜孔锤钻探工艺的产生和发展可以说是世界钻探工艺领域的一次重大变革与进步，是钻探工艺发展的里程碑，它不同于传统工艺中的切削与研磨碎岩的方式，而是使用冲击的方式，使岩石成体积破碎，使其在岩石与坚硬地层中的钻进效率大大提高了。而空气潜孔锤的钻进技术，更是具有以下几个特点，而使其深受钻探工作者的关注： 1.由于空气潜孔锤的单次冲击功大而且排渣的速度很快，孔底的清理彻底、干净，不用二次破碎，所以空气潜孔锤的钻进效率很高，而且生产实践中证明，在坚硬岩层中，潜孔锤钻进效率是普通钻机的3～10倍。 2.气动潜孔锤采用柱齿或球齿硬质合金钻头，在坚硬破碎岩石中伴用，不仅有利于碎岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性，使钻头成本大大降低。 3.和回转钻进相比，潜孔锤钻进所需的钻压和扭矩要小很多，这使钻机设备使用的压力与负担减轻了很多，还为大口径硬岩钻进作业创造了有利条件。 4.风动潜孔锤钻进采用的是无循环的干式作业，空气既作为动力又作为排渣介质，达到了取材方便又不污染环境的目的。 5.风动潜孔锤工作时单次冲击功在瞬间即可产生极大的作用力，因此它可应用于软层冲击挤密不排土钻进，也可用于非开挖铺管的夯管技术。 6.气动潜孔锤钻进过程中，采用空气为排渣介质，清孔彻底，在取水钻进过
破碎和磨矿流程一、碎矿流程 一、确定碎矿流程的基本原则 碎矿的基本目的是使矿石、原料或燃料达到一定粒度的要求。在选矿中，碎矿的目的是：（1）供给棒磨、球磨、自磨等最合理的给矿粒度，或为自磨、砾磨提供合格的磨碎介质；（2）使粗粒嵌布矿物初步单体解离，以便用粗粒级的选别方法进行选矿，如重介质选、跳汰选、干式磁选和洗选等；（3）使高品位铁矿达到一定要求的粒度，以便直接进行冶炼等等。 不同的目的要求不同的粒度，因而碎矿流程有多种类型。（一）破碎段 破碎段是碎矿流程的最基本单元。破碎段数不同以及破碎机和筛子的组合不同，便有不同的碎矿流程。 破碎段是由筛分作业及筛上产物所进入的破碎作业所组成。个别的破碎段可以不包括筛分作业或同时包括两种筛分作业。 破碎段的基本形式有：如图3-1 所示，（ a）型为单一破碎作业的破碎段；（ b）为带有预先筛分作业的破碎段；（ c）为带有检查筛分作业的破碎段；（d）和（ e）均为带有预先筛分和检查筛分作业的破碎段，其区别仅在于前者是预先筛分和检查筛分在不同的筛子上进行，后者是在同一筛子上进行，所以（e）型可看成是（d）型的改变。因此，破碎段实际上只有四种形式。
二段以上的破碎流程是不同破碎段的形式的各种组合，故有许多可能的 方案。但是，合理的破碎流程，可以根据需要的破碎段数，以及应用预先筛分 和检查筛分的必要性等加以确定。 （二）破碎段数的确定 需要的破碎段数取决于原矿的最大粒度，要求的最终破碎产物粒度，以及各破碎段所能达到的破碎比，即取决于要求的总破碎比及各段破碎比。原矿中的最大粒度与矿石的赋存条件、矿山规模、采矿方法、原矿的运输装卸方式等有关。露天开采时，主要取决于矿山规模和装矿电铲的容积，一般500~1300 毫米。井下开采时，主要取决于矿山规模和采矿方法，一般为300~600 毫米。 破碎的最终产物粒度视破碎的目的而不同。如自磨机的给矿要求!%%& $%% 毫米，进行高炉冶炼的富铁矿的粒度分为500~1300 毫
细胞破碎技术——超声波破碎法 摘要： 细胞破碎技术的基本概念及其基本方法，重点介绍了从超声波破碎仪及超声波破碎常见的问题与解决方法上介绍了超声波破碎法。 关键词：细胞破碎方法超声波破碎仪常见问题 正文： 一、细胞破碎阻力 细菌——几乎所有细菌的细胞壁都是由肽聚糖（peptidoglycan）组成，它是难溶性的聚糖链（glycan chain），借助短肽交联而成的网状结构，包围在细胞周围，使细胞具有一定的形状和强度。短肽一般由四或五个胺基酸组成，如L-丙氨醯-D-谷氨醯-L-赖氨醯-D-丙氨酸。而且短肽中常有D-胺基酸与二氨基庚二酸存在。破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网状结构，其网结构的致密程度和强度取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的程度，如果交联程度大，则网结构就致密。 酵母菌——酵母细胞壁的最里层是由葡聚糖的细纤维组成，它构成了细胞壁的刚性骨架，使细胞具有一定的形状，覆盖在细纤维上面的是一层糖蛋白，最外层是甘露聚糖，由1,6一磷酸二酯键共价连接，形成网状结构。在该层的内部，有甘露聚糖-酶的复合物，它可以共价连接到网状结构上，也可以不连接。与细菌细胞壁一样，破碎酵母细胞壁的阻力主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度。 真菌——霉菌的细胞壁主要存在三种聚合物，葡聚糖（主要以β-1,3糖苷键连接，某些以β-1,6糖苷键连接），几丁质（以微纤维状态存在）以及糖蛋白。最外层是α-和β-葡聚糖的混合物，第2层是糖蛋白的网状结构，葡聚糖与糖蛋白结合起来，第3层主要是蛋白质，最内层主要是几丁质，几丁质的微纤维嵌入蛋白质结构中。与酵母和细菌的细胞壁一样，真菌细胞壁的强度和聚合物的网状结构有关，不仅如此，它还含有几丁质或纤维素的纤维状结构，所以强度有所提高。 植物细胞——对于已生长结束的植物细胞壁可分为初生壁和次生壁两部分。初生壁是细胞生长期形成的。次生壁是细胞停止生长后，在初生壁内部形成的结构。目前，较流行的初生细胞壁结构是由Lampert等人提出的“经纬”模型，依据这一模型，纤维素的微纤丝以平行于细胞壁平面的方向一层一层敷着在上面，同一层次上的微纤丝平行排列，而不同层次上则排列方向不同，互成一定角度，形成独立的网路，构成了细胞壁的“经”，模型中的“纬”是结构蛋白（富含羟脯氨酸的蛋白），它由细胞质分泌，垂直于细胞壁平面排列，并由异二酪氨酸交联成结构蛋白网，径向的微纤丝网和纬向的结构蛋白网之间又相互交联，构成更复杂的网路系统。半纤维素和果胶等胶体则填充在网路之中，从而使整个细胞壁既具有刚性又具有弹性。在次生壁中，纤维素和半纤维素含量比初生壁增加很多，纤维素的微纤丝排列得更紧密和有规则，而且存在木质素（酚类组分的聚合物）的沉积。因此次生壁的形成提高了细胞壁的坚硬性，使植物细胞具有很高的机械强度。 二、细胞破碎各类方法 目前已发展了多种细胞破碎方法，以便适应不同用途和不同类型的细胞壁破碎。破
空气潜孔锤取心跟管钻进技术 一、基本概况 空气潜孔锤取心跟管钻进技术针对河床、滑坡、等堆积地层，采用空气钻进而研发的一种钻探新方法，具有钻进速度快、取心质量好、不破坏植被和不影响地层稳定性等优势；主要用于浅部地质钻探（绿色钻探、砂卵砾石层钻探等），水利水电、滑坡等工程地质勘察领域。该技术通过“优质、高效”的途径，解决了各种堆积地层的岩心质量较差和钻进效率较低等问题；可“以钻代槽”，避免槽探对植被的破坏。 二、技术主要内容 空气潜孔锤取心跟管钻进技术采用风动钻进原理，将基础工程中的潜孔锤跟管钻进与岩心钻探领域的回转取心钻进组合，通过优化结构，优势互补，形成一种取心质量好、钻进速度快的钻进新方法，为工程地质勘察提供有效的技术手段。其核心技术是潜孔锤取心跟管钻具。 图1 空气潜孔锤取心跟管钻具 空气潜孔锤取心跟管钻进技术主要由中心取心钻具、套管靴总成组成。前者执行取心钻进任务，并随钻带动后者跟进套管；后者执行推动套管随钻向孔底延伸，实现随钻跟管钻进。整套钻具结构简单，使用简便。中心钻具属于可提升部分，完成取心钻进回次后，可随钻杆被提到地表。套管靴总成由套管钻头等三个零件组成。该总成直接连接在套管下端，由中心钻具带动套管钻头旋转，承担
跟管任务，钻孔施工期间，始终留在孔内隔离孔壁。 空气潜孔锤取心跟管钻进技术钻进原理：回转取心钻具，进行冲击取心钻进；同时，通过传扭副带动套管钻头回转，使其保持同步冲击回转钻进，并靠承传压付使套管向孔底延伸，而套管不回转。钻进回次结束，直接将中心取心钻具提到地表进行取心，而管靴总成仍留在孔内；加长套管后，再将钻具下到孔底并与套管靴总成自动连接，可进行下一回次钻进。 表1 潜孔锤取心跟管钻具规格及其主要技术指标 钻具名称 Φ127取心跟管钻 具 Φ146取心跟管钻 具 Φ168取心跟管钻 具 钻具规格/mm Ф127 Φ146 Ф168 钻孔直径/mm Φ132 Φ152 Ф176 岩心直径/mm Ф54.5 Φ67 Ф75 跟进套管/mm Ф127 Φ146 Ф168 钻头类型 球齿合金钻头 球齿合金钻头 球齿合金钻头 钻具长度/mm 1570（外管1米） 2570（外管2米） 1525（外管1米） 2525（外管2米） 1710（外管1米） 三、重要意义及应用情况 1、成果的重要意义 现阶段及相当长时间，我国高原等植被脆弱地区地质勘探，铁路等基础设施，水利水电和滑坡等工程地质勘察，其各种堆积地层钻探工作量巨大；“一带一路”向外延伸沿线的铁路、公路等基础设施建设，也将有巨大的工程地质勘察工作，该技术具有巨大市场，应用前景非常广阔。 2、典型应用实例 空气潜孔锤取心跟管钻进技术先后在中铁二院的成都地铁4号线温江段、四川省蜀通岩土工程公司的川藏铁路林芝段、四川省地质工程院的成昆铁路米易段、
隧道超前管棚施工专项技术方案 1.工程概况与地质情况 1.1工程概况 汶川至马尔康高速C24合同段扑鸭脚隧道起讫桩号：左线 ZK218+600～ZK220+082全长1482米；右线YK218+600～YK220+078，全长1478米，洞口设计里程为ZK220+082、YK220+078。卓克基隧道起讫桩号：左线ZK220+630～ZK222+525，全长1895米；右线 YK220+618～YK222+557，全长1939米，进口设计里程为 ZK220+630、YK220+618，出口设计里程为ZK222+525、YK222+557。 1.2地质情况 本项目路线经过地层有元古界、古生界、中生界及新生界，沿线第四系松散堆积层、沉积岩、岩浆岩和变质岩均有外露。地层区划分属川西地层区龙门山分区和马尔康地层分区。基岩种类繁多，岩性复杂。分布面积大的地层主要为三叠系（T）地层，第四系松散沉积物仅零星分布于山坡、沟谷和山前地带。本项目构造主体位于松潘~甘孜褶皱系一级构造单元。隧道穿越地层岩性主要为板岩、千枚岩、变质砂岩。 隧道为双线分离式隧道，洞口开挖出露为卵石土堆积层，属于易塌地层。 2.编制依据、原则和适用范围 2.1编制依据 ⑴汶川至马尔康高速公路马尔康段C24标段招标文件 ⑵《四川省汶川至马尔康高速公路C24标段两阶段施工图设计》 ⑶《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） ⑷《公路隧道施工技术规范》（JTGF-2009） ⑸当地的水文、气象及本项目的地质资料 ⑹国家和当地地方法令、法规具体规定 ⑺《四川省高速公路施工标准化管理指南（隧道）》 ⑻业主对本合同段工程的质量和工期要求 ⑼本公司对其他相同地质条件施工的类似经验
精心整理 隧道超前管棚施工专项技术方案 1. 工程概况与地质情况 1.1 工程概况 汶川至马尔康高速C24合同段扑鸭脚隧道起讫桩号：左线ZK218+600～ ZK220+082全长1482 米；右线YK218+600～YK220+078，全长1478 米，洞口设计里程为ZK220+082、YK220+078。卓克基隧道起讫桩号：左线ZK220+630～ ZK222+525，全长1895 米；右线YK220+618～YK222+557，全长1939米，进口 设计里程为ZK220+630、YK220+618，出口设计里程为ZK222+525、YK222+557。 1.2 地质情况本项目路线经过地层有元古界、古生界、中生界及新生界，沿线第四系松散堆积层、沉积岩、岩浆岩和变质岩均有外露。地层区划分属川西地层区龙门山分区和马尔康地层分区。基岩种类繁多，岩性复杂。分布面积大的地层主要为三叠 系( T) 地层，第四系松散沉积物仅零星分布于山坡、沟谷和山前地带。本项目构造主体位于松潘~甘孜褶皱系一级构造单元。隧道穿越地层岩性主要为板岩、千枚岩、变质砂岩。 隧道为双线分离式隧道，洞口开挖出露为卵石土堆积层，属于易塌地层。 2. 编制依据、原则和适用范围 2.1 编制依据 ⑴汶川至马尔康高速公路马尔康段C24标段招标文件⑵《四川省汶川至马尔康 高速公路C24标段两阶段施工图设计》⑶《公路工程技术标准》( JTGB01- 2003) ⑷《公路隧道施工技术规范》( JTGF-2009) ⑸当地的水文、气象及本项目的地 质资料⑹国家和当地地方法令、法规具体规定⑺《四川省高速公路施工标准化管理指南(隧道)》⑻业主对本合同段工程的质量和工期要求⑼本公司对其他相同地质条件施工的类似经验 2.2 编制原则落实施工合同的各项要求，以合同要求为依据进行总体施工安排， 配备足够的
四、细胞破碎 某些蛋白质在细胞培养时被宿主细胞分泌到培养液中，提取过程只需直接采用过滤和离心进行固液分离，然后将获得的澄清滤液再进一步纯化即可，其后续分离和纯化都相对简单。但由于一些重组DNA(rDNA)产品结构复杂，必须在细胞内组装来获得生物活性，如果在培养时被宿主细胞分泌到培养液中，其生物活性往往有所改变，此类生物产品是细胞内产品(非分泌型)，这些产品主要为医药和保健产品，对于这类产品的提取，需要先应用细胞破碎技术破碎细胞，使细胞内产物释放到液相中，然后再进行提纯，为后续的分离纯化做好准备工作。 细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质(产品)的基础。随着重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在都可以大规模生产。 微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞壁里面是细胞膜，细胞膜和它所包围的细胞浆合称为原生质体。动物细胞没有细胞壁，仅有细胞膜。通常情况下，细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。 基于遗传和环境等因素，不同类型生化物质其细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就不同。此外，不同的生化物质其稳定性有较大差别，在破碎过程中应防止变性和被胞内的酶水解。因此，破碎方法的选择和操作条件的优化是十分必要的。 (一)机械破碎法 机械破碎法分为高压匀浆破碎法、高速搅拌珠研磨破碎法和超声波破碎法三种。 1．高压匀浆破碎法 Manton Gaulin高压匀浆器是高压匀浆破碎法常用的设备，它由可产生高压的泵和排出阀组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节温度，使出口温度调节在20℃左右。在工业规模的细胞破碎中，对于酵母等难破碎的及浓度高或处于生长静止期的细胞，常采用多次循环的操作方法。 高压匀浆法适用于酵母和大多数细菌细胞的破碎，料液细胞浓度可达到20％左右。团状和丝状菌易造成高压匀浆器的堵塞，不宜使用高压匀浆法。使用高压匀浆法时应注意，高压匀浆器的操作温度上升约2～3℃／10MPa，为了保护目标产物的生物活性，需要对料液作冷却处理。多级破碎操作中，为有效防止温度上升，保护产物活性，需要在级间设置冷却装置。 影响高压匀浆器破碎的主要因素包括压力、温度和通过均浆器阀的次数。升高压力有利
精心整理隧道超前管棚施工专项技术方案 1.工程概况与地质情况 1.1工程概况 汶川至马尔康高速C24合同段扑鸭脚隧道起讫桩号：左线ZK218+600～ ZK220+082全长1482米；右线YK218+600～YK220+078，全长1478米，洞口设计里程为ZK220+082、YK220+078。卓克基隧道起讫桩号：左线ZK220+630～ZK222+525，全长1895米；右线YK220+618～YK222+557，全长1939米，进口设计里程为 ZK220+630、YK220+618，出口设计里程为ZK222+525、YK222+557。 1.2地质情况 本项目路线经过地层有元古界、古生界、中生界及新生界，沿线第四系松散堆积层、沉积岩、岩浆岩和变质岩均有外露。地层区划分属川西地层区龙门山分区和马尔康地层分区。基岩种类繁多，岩性复杂。分布面积大的地层主要为三叠系（T）地层，第四系松散沉积物仅零星分布于山坡、沟谷和山前地带。本项目构造主体位于松潘~甘孜褶皱系一级构造单元。隧道穿越地层岩性主要为板岩、千枚岩、变质砂岩。 隧道为双线分离式隧道，洞口开挖出露为卵石土堆积层，属于易塌地层。 2.编制依据、原则和适用范围 2.1编制依据 ⑴汶川至马尔康高速公路马尔康段C24标段招标文件 ⑵《四川省汶川至马尔康高速公路C24标段两阶段施工图设计》 ⑶《公路工程技术标准》（JTGB01-2003） ⑷《公路隧道施工技术规范》（JTGF-2009） ⑸当地的水文、气象及本项目的地质资料 ⑹国家和当地地方法令、法规具体规定 ⑺《四川省高速公路施工标准化管理指南（隧道）》 ⑻业主对本合同段工程的质量和工期要求 ⑼本公司对其他相同地质条件施工的类似经验 2.2编制原则 落实施工合同的各项要求，以合同要求为依据进行总体施工安排，配备足够的
细胞破碎技术与方法 细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质(产品)的基础。结合重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。 由于细菌、酵母、真菌、植物都有细胞壁，但成分不同，且同类细胞结成的网状结构不同，因此其细胞壁的坚固程度不同，总体呈现递增态势。动物细胞虽没有细胞壁，但具有细胞膜，也需要一定的细胞破碎方法来破膜，达到提取产物的目的。 细胞破碎的方法主要分为化学法和机械法两大类。具体如下： 化学法 渗透冲击破碎法 ? 方法：渗透压冲击是较温和的一种破碎方法，将细胞放在高渗透压的溶液中(如一定浓度的甘油或蔗糖溶液)，由于渗透压的作用，细胞内水分便向外渗出，细胞发生收缩，当达到平衡后，将介质快速稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，由于渗透压的突然变化，胞外的水迅速渗入胞内，引起细胞快速膨胀而破裂。 反复冻融法 ? 方法：将细胞放在低温下冷冻(约-15℃)，然后在室温中融化，反覆多次而达到破壁作用。由于冷冻，一方面能使细胞膜的疏水键结构破裂，从而增加细胞的亲水性能，另一方面胞内水结晶，形成冰晶粒，引起细胞膨胀而破裂。对于细胞壁较脆弱的菌体，可采用此法。 酶溶破碎发法
? 方法：利用各种水解酶，如溶菌酶、纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解，使细胞内含物释放出来。有些细菌对溶菌酶不敏感，加入少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏感而溶解。 ? 特点： a) 此法适用多种微生物 b) 具有作用条件温和 c) 内含物成分不易受到破坏 d) 细胞壁损坏的程度可以控制 ? 存在的问题： a) 易造成产物抑制作用 b) 溶酶价格高 c) 酶溶法通用性差 化学试剂法 ? 方法：某些有机溶剂(如苯、甲苯)、抗生素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性从而使内含物有选择地渗透出来。SDS(十二烷基磺酸钠)是典型的阴离子表面活性剂 ? 特点：提取核酸时，常用此法破碎细胞。 ? 存在的问题： a) 时间长，效率低; b) 化学试剂毒性较强，同时对产物也有毒害作用 通用性差：某种试剂只能作用于某些特定类型的微生物细胞。 方法技术原理效果成本应用 化学法渗透冲击渗透压破坏细胞温和便宜 动物组织均质物或细胞 悬液 酶消化法 细胞壁被消化，使细 胞破碎 温和昂贵细菌或酵母
锚索跟管技术措施 潜孔锤跟管钻进技术是采用潜孔锤与跟管钻具同步进行钻进，在钻进同时把套管下到稳定地层，隔住地层中破碎、坍塌地段，有利用锚索制安、灌浆等技术方法，这是一种适用于复杂易坍塌地层行之有效的施工工法。 本文就我司在元磨高速公路第13合同段中边坡滑坡治理，对该工艺方法进行阐述。 一、工程概况 元江至磨黑高速公路第十三合同段K311+780~K312+014路段，位于阿墨江支流清水河左侧，处于构造剥蚀中山地貌区，切割深度大于500米。滑坡区地表覆盖第四系地层，下伏为侏罗系地层，第四系又可划分出人工弃填土地、滑坡堆积、残坡积等成因类型，具体描述如下： 1、填土：分布于公路、便道下边坡和临时建筑物周围，岩性为碎石、块石，其间为角砾、砂、粘土充填，松散，厚1~10m。 2、滑坡堆积：主要由含角砾亚粘土和强～弱风化泥岩、砂岩组成，局部有粘土地、碎石，厚7~35m。 3、残积层：分布于滑坡外围坡面，主要为灰紫、黄褐色含角砾亚粘土地，局部含砾石，厚1~11m。 4、侏罗系上统坝注路组：伏于第四系土层之下，岩性主要为紫红、紫灰色泥岩夹砂岩，节理裂隙发育，风化强烈。 对于该滑坡体，设计采取削坡减载、抗滑支挡、护坡锚固和排水等综合治理，其中预应力锚索孔深23~55m，设计抗拔力为875、1125KN。 二、锚索施工工艺及技术措施 (一) 施工工艺流程 定孔位搭建施工平台钻孔锚索制安灌浆施工地梁及张拉台张拉锁定 封锚 (二) 技术要点 各工序的施工工艺、技术要求如下： 1、搭建施工平台 按照设计要求的锚索间距并结合钻机起塔高度搭建平台。搭建管材采用Φ48钢管，用筘件相互连接，最后在平台上并排放置厚度5cm的木板，这样便形成了施工平台。 施工平台在成孔或灌浆后拆除。 2、钻孔
液动潜孔锤钻进技术及应用 中国地质调查局勘探技术研究所苏长寿 液动潜孔锤钻探是在回转钻探的基础上通过利用现场泥浆泵输出的冲洗液驱动液动潜孔锤（简称液动锤或冲击器）其内部的冲锤对钻头施加一定频率和能量的冲击功，加速碎岩，也就是钻头上带有冲击负荷的回转钻探。钻孔时液动锤安装在钻杆或岩心管与钻头（取心或全面钻进）之间，随钻孔之延深而潜入钻孔中对钻头施加冲击负荷，它是在冲击和回转的共同作用下碎岩，因此可大幅度提高硬岩钻进时效，减轻孔斜，降低成本，提高综合效益。 液动潜孔锤钻探是对现有回转钻探的重大改革，是继现代金刚石钻探之后的钻探新方法。它较好地利用了坚硬岩石脆性大而抗剪强度较低不耐冲击力的弱点，是解决坚硬岩层和某些复杂岩层钻探效率低钻孔质量差的有效钻探技术。 一、液动潜孔锤目前的研究水平和应用程度： 利用回转钻探时泥浆泵冲孔和冷却钻头剩余的液能驱动液动锤而实现液动冲击回转钻探的设想始于1887年，德国沃?布什曼发明的这种钻探法曾在英国获得专利，但直到上世纪60年代，此技术在美国和原苏联及东欧一些国家均尚处于实验阶段。美国60年代初潘美石油公司（Pan American pertroleum Co）曾
研制过两种尺寸的液动潜孔锤并作过一些试验；原苏联钻井技术研究所曾研制成BBO----5A型液动锤并用直径145mm的钻头在石油钻井中钻进到2200m，但结构中的弹簧易损坏需改进。地质钻探中前苏联在70年代发展较成熟的液动锤型号为Γ—7和Γ—9型，直径分别为56和76mm，80年代初还研制成两种直径分别为59和76mm的绳索取芯式液动锤，但我国当时缺乏具体资料，以后查知其结构特点均为正作用式；瑞典卢基公司的G-Drill-AB 分公司研制了一种叫Wassara的液动锤，所用的冲洗液经100μm过滤，直径为96mm的液动锤钻120mm孔，泵量在160—330L/min，泵的输出压力达18Mpa。可钻进40m。钻速提高2倍。对配套设备有比较苛刻要求。 我国是目前世界上开展液动锤技术研究和应用工作做得最好的国家之一。主要体现： 1、勘探技术研究所于1958年开始系统的专题研究，1961年列为原地质部重点项目，除去“文革”期间被迫中断外，一直坚持研究开发工作。同时，从上世纪70年代（1975年）左右原长春地质学院、辽宁地质局九队、原核工业部地质局等对此作了很多试验研究，但大规模的开发工作是从1978年实行改革开放之后才得以顺利进行。全国有近十个单位相继建立了冲击回转钻探试验室（台），并设立专题开展系统的研究开发。 经过数年的工作，至1983年左右原地质矿产部勘探技术研究所的正作用式YZ－54－Ⅱ型、原长春地质学院的射流式SC—
合肥学院Hefei University 生物分离工程课程综述 题目: 细胞破碎技术的研究与进展 系别: 专业: 学号: 姓名: 2013年4月1日
细胞破碎技术的研究与进展 摘要：本文主要概述细胞破碎方法中的高压匀浆法和珠磨法, 讨论了两种方法的特点及存在的问题, 并对它们进行了比较, 最后概括了细胞破碎技术的发展方向。 关键词：细胞破碎技术；高压匀浆法；珠磨法；发展方向 1引言： 自年代初重组技术得到广泛应用以来，生物技术发生了质的飞跃, 生物产品的数量越来越多，许多具有重大应用价值的产品应运而生，如具有显著医疗作用的胰岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一等, 它们的基因分别在宿主细胞如（大肠杆菌或酵母细胞）内克隆表达成为基因工程产物，从而提高了产量，降低了成本。很多基因工程产物都是胞内物质如上述药物经克隆表达后都属胞内物质，分离提取这类产物时，必须将细胞破壁，使产物得以释放，才能进一步提取。因此细胞破碎是提取胞内产物的关键性步骤，破碎技术的研究更加引起基因工程专家和生化工程学者的关注。 2 细胞破碎技术的概述： 细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质（产品）的基础。结合重组DNA 技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。目前已发展了多种细胞破碎方法，以便适应不同用途和不同类型的细胞壁破碎。破碎方法可规纳为机械法和非机械法两大类。细胞的机械破碎主要有高压匀浆法、珠磨法、撞击破碎法和超声波破碎法等方法，本文主要介绍高压匀浆法和珠磨法。 3 高压匀浆法： 高压匀浆法]1[是大规模破碎细胞的常用方法，高压匀浆器是该法所采用的设备，它由高 压泵和匀浆阀组成。它是利用高压迫使悬浮液通过针形阀，由于突然简压和高速冲击撞击造成细胞破裂，在高压匀浆器中，细胞经历了高速造成的剪切、碰撞和由高压到常压的突变，从而造成细胞壁的破坏，细胞膜随之破裂，胞内产物得到释放。 3.1破碎机理 同所有的机械破碎方式一样，高压匀浆法破碎细胞实质上是将细胞壁和膜撕裂，靠胞内的渗透压使其内含物全部释放出来。破碎的难易程度无疑由细胞壁的机械强度决定，而细胞壁的机械强度则由微生物的形态和生理状态决定。因此细胞的培养条件, 包括培养基限制型或
潜孔锤钻进在复杂地层中应用 蒋荣庆殷琨辜华良 摘要：在潜孔锤的结构形式、钻具匹配、钻头类型、钻凿工艺等方面研究的基础上，对潜孔锤套管隔离护孔法钻进；贯通式潜孔锤用于复杂地层钻进；大直径潜孔锤在孤石、漂石地层中钻进等实际应用方法和效果作了简明介绍。 关键词：贯通式潜孔锤同步跟管复杂地层 DOWNHOLE HAMMER DRILLING IN COMPLEX FORMATION Jiang Rongqing,Yin Kun,Gu Hualiang Abstract：On the basis of studying downhole drills' structure,bit type and drilling technology,such technology as casing drilling with downhole drills',hollow-through downhole drills in complex formation,large diameter downhole drill in isolated big pepple formation are presented in this paper. Key words：hollow-through downhole drill,casing drilling ,complex formation▲ 所谓复杂地层是指因受成因、构造运动及风化作用和地下水作用等影响，使地层岩石节理、片理、裂隙发育；软硬互层、破碎，胶结性、稳定性、强度等极差，或是遇水膨胀。在这类地层中施工，一旦被钻孔钻穿后，其原来的相对稳定或平衡状态被破坏，使钻孔孔壁失去约束而产生不稳定。常见现象是孔壁坍塌、掉块、漏失、涌水、缩径、超径等。在上列地层中钻孔时孔壁不稳定产生护壁困难；地质岩心钻探时岩心被破碎、冲蚀、溶解，岩矿心采取又成为一个难题；在砂砾石层中含有孤石、漂石，风化层含有风化球、风化核，或岩石软硬不均，钻进时不仅效率低，而且很难按设计轨迹成孔，即防斜或提高钻速又成为一突出问题。 实践表明，空气潜孔锤钻进具有下列优点： 1)钻进效率高。它比钻探常用的水力冲击器效率高2～5倍；比金刚石回转钻进高3～10倍。提高效率原因是单次冲击功大，无液柱压力；排渣风速高，孔底干净，无二次破碎；改善了孔底碎岩条件； 2)配用的柱齿硬质合金钻头在坚硬破碎岩石中钻进，既有利于破岩，又比金刚石钻头寿命高； 3)钻进转速低，离心力小，钻具对孔壁的撞击机会小，又兼这种钻进方法是以高频对孔底冲击，减小了对破碎或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，同时也可减少孔壁岩石坍塌； 4)钻进比回转钻进所需要钻压和扭矩要小得多，这样可减轻配套钻机设备重量和能力，为边坡抗滑加固钻进在高空排架上作业创造了有利施工条件；
第二章破碎工艺技术 第一节碎矿和磨矿的工艺特征 破碎物料是经常可以看到的现象，但选矿厂中的破碎工作必须分析以下事项，才能了解它的目的和工艺特点。 一、解离度和过粉碎 矿相鉴定的结果说明，绝大多数矿石中的有用矿物和脉石，都是紧密连生在一起的。如果不先将它们解离，任何选矿方法都不能富集它们。矿石破碎后，由于粒度变细了，并且不同矿物之间的交界面裂开了，本来连生在一起的各种矿物就有一定程度的分离。在破碎细了的矿石中，有些粒子只含一种矿物，叫单体解离粒；另外一些粒子还是几种矿物连生着的，叫连生粒。某矿物的解离度，就是该矿物的单体解离粒颗数，与含该矿物的连 生粒颗数及该矿物的单体解离粒颗数之和的比值，用百分率表示。选矿产物的检验指出，精矿品位低，尾矿品位高和中矿产率大，往往是解离度不够造成的。因此，碎矿和磨矿是选别前不可少的作业，它为选别作业准备有用矿物的解离度充分大的入选物料。就矿物的组织看，除了少数极粗粒嵌布的矿石，仅用碎矿即获得相当多的单体解离粒而外，一般都必须经过磨矿，才能得到充分高的解离度。碎矿的作用通常是为磨矿准备给料，磨矿是达到充分解离的最后工序。 磨矿产物过于粗，由于解离还不充分，选出的精矿品位及回收率都差。过细了也没有必要，甚而造成危害，因为破碎矿右会发生难以选别的微细粒子。如果这种微粒较多，使生产不利，那就是矿石被过度地粉碎了。过粉碎的危害是：难以控制的微细粒子多，精矿品位和回收率都差，机器的磨损增大，设备的处理能力降低，破碎矿石的无益的功率消耗增多。过粉碎的发生以磨矿过程为严重，但从碎矿起已有出现。因此，在开始破碎矿石时，就应当防止过粉碎，遵守“不作不必要的破碎”规则。处理脆性矿石的钨、锡矿重力选矿厂，更须重视此问题。发生过粉碎的原因，通常是： 1、磨细度超过最佳粒度。 2、所用设备与矿石性质不适应，易将它泥化。 3、操作条件不好。 4、碎矿与磨矿流程不合理。 对每一具体情况，须作全面考查，才能找准发生过粉碎的原因。 二、破碎比和分阶段破碎 在碎矿和磨矿过程中，原物料的粒度变细了。破碎比就是原物料粒度与产物粒度的比值，它表示经过破碎后，原物料的粒度减小的倍数。由于碎矿机和磨矿机的功率消耗与生产率都和破碎比有关，所以它是衡量碎矿和磨矿过程的数量指标。 破碎比的计算法有以下几种，各有一定的用途： 1、用物料在破碎前的最大粒度与破碎后的最大粒度的比值来确定。 式中i———破碎比； ———破碎前物料的最大块直径，毫米； ———破碎后物料的最大块直径，毫米。 最大块直径可由筛上累积重量百分率曲线找出。曲线中与5%或20%相对应的粒度
第二章细胞破碎和分离提取技术 2．1细胞破碎技术 许多生物产物特别是蛋白质、基因重组产品、胞内产品如：青霉素酰化酶，碱性磷酸酶等胞内酶，干扰素、胰岛素、生长激素等基因工程产物以及部分植物细胞产物等都是胞内物质，这类生物产物需要分离纯化的第一步是收集细胞及细胞破碎，使目标产物释放出来，然后进行分离纯化。如图所示： 图胞内产品的分离纯化过程 2．1．1细胞破碎方法及机理 破碎细胞的目的是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增大渗透性）或破碎、释放其中的目标产物，主要采用的方法有机械法和非机械法两大类，图1列出了一些主要方法： 破碎方法 固体剪切作用液体剪切作用干燥处理溶胞作用 珠磨法压榨法高压匀浆超声破碎酶溶法化学法物理法 撞击法 图1 细胞破碎方法分类 机械破碎中细胞所受的机械作用力主要有压缩力和剪切力，化学破碎则利用化学或生化试剂或酶改变细胞壁或细胞膜的结构，增大胞内物质的溶解速率，或完全溶解细胞壁，形成原生质体后，在渗透压作用下，使细胞膜破裂而释放胞内物质，各作用力细胞破碎机理如图2 2.1.2机械方法破碎 机械破碎处理量大，破碎速度较快，时间短，效率较高，是工业规模细胞破碎的重要手段，细胞受到挤压，剪切和撞击作用，易被破碎在许多情况下，细胞内含物全部释放出来，由于机械搅拌产生热量，破碎要采用冷却措施，机械破碎主要的方法有珠磨法、高压匀浆法、
撞击破碎法和超声波等方法。 2.1.2.1 珠磨法（Bead milling ） 珠磨法是一种有效的常用的机械破碎方法，珠磨机是珠磨法所采用的设备，其结构示意图3，细胞悬浮液与玻璃珠（或石英砂，或氧化铝）一起高速搅拌，研磨使细胞达到某种程度破碎，在珠磨机中，细胞的破碎是由剪切力层之间的碰撞和磨料的滚动而引起的。 珠磨法破碎细胞可采用间歇式连续操作，研究表明，两种情况下，细胞破碎动力学可近似表示为： t k l S 11 n ?=- 其中， t 在间歇操作时，为破碎操作时间，连续操作时为细胞悬浮液在破碎室内的平均停留时间，即R V t =，其中V 为悬浮液体积m 3，Q 为悬浮液流量m 3/S ，S 为破碎率，k 为破碎 速率常数，与许多因素有关。 珠磨法破碎受许多操作参数的影响，总结在表1中： 同一进料速度，细胞浓度越高，则破碎率越高，所需能耗越低；同时我们也能发现，破碎率越高所需能耗越大（同一悬浮液中）即破碎的能耗与破碎率成正比，提高破碎率，需要增加装珠量，或延长破碎时间，或提高转速，这些措施不仅导致电能消耗增加，且产生较多热量，引起浆液温度升高增加制冷量，因而总能量消耗增加。 珠磨法操作简便稳定，破碎率可控制，易放大，在实验室和工业规模上已得到应用，适用于绝大多数微生物细胞破碎，特别是对于有大量菌丝体的微生物和一些有亚细胞器（质地坚硬）的微生物细胞。 2.1.2.2高压匀浆法（high-pressure homogenization ） 高压匀浆法是大规模破碎细胞的常用方法，高压匀浆器是该法所采用的设备，它由高压泵和匀浆阀组成，结构简图见图5，它是利用高压迫使悬浮液通过针形阀，由于突然简压和高速冲击撞击造成细胞破裂，在高压匀浆器中，细胞经历了高速造成的剪切、碰撞和由高压到常压的突变，从而造成细胞壁的破坏，细胞膜随之破裂，胞内产物得到释放，高速匀浆破碎的动力学方程为： ()b a 1n P N k l ??= 其中S 为破碎率，且max R R R =；k 为破碎速度常数，p 为动力，且上述参数s,k,a,b,p 等随微 生物种类和培养条件的不同而有所差异。 影响高压匀浆破碎的因素主要有压力、温度和通过匀浆器阀的次数，图6是操作压力和循环次数对破碎的影响。由图可知，操作压力对细胞破碎的影响要比匀浆次数的影响大得多。从提高破碎效率的角度应选择尽可能高的压力；而从降低能耗及延长设备寿命的角度应避免很高的压力，因此，工业生产中常采用的压力为55－70Mpa 。 高压匀浆法操作参数少，且易于确定；且样品损失量少，在间歇处理少量样品方面效果好，在实验室和工业生产中都已得到应用，适用于酵母和大多数细胞的破碎。对于易造成堵塞的团状或丝状真菌以及一些易损伤匀浆阀，质地坚硬的亚细胞器一般不适用。