水文地質(zhì)鉆孔野外施工技術(shù)對策研究

周智慧

（廣西地礦建設(shè)集團(tuán)有限公司 530023）

水文地質(zhì)鉆孔野外施工技術(shù)對策研究

周智慧

（廣西地礦建設(shè)集團(tuán)有限公司 530023）

水文地質(zhì)鉆孔野外施工較之普通的勘察鉆探施工難度更大，在受嚴(yán)峻的野外施工環(huán)境限制，對水文地質(zhì)鉆孔施工技術(shù)的要求愈來愈嚴(yán)格。筆者根據(jù)自身在廣西境內(nèi)多年從事的水文地質(zhì)鉆孔施工，結(jié)合以往成功的鉆孔施工技術(shù)案例，本文從常見的水文地質(zhì)鉆孔野外施工技術(shù)、鉆頭鉆進(jìn)孔斜控制技術(shù)、鉆孔操作技術(shù)等幾個方面展開作簡述，供類似水文地質(zhì)鉆孔施工借鑒和參考，方便擬定合理科學(xué)的施工方案，綜合分析合理利用資源、節(jié)約施工成本，獲得安全、高質(zhì)量的施工成效。

水文地質(zhì)；鉆孔技術(shù)；野外

1 引言

水文地質(zhì)鉆孔即是為了掌握地下水水力學(xué)等參數(shù)，并采集土壤樣品，為物探測井、含水層試驗(yàn)提供設(shè)施，這些參數(shù)包括地下水位、含水層埋深、厚度、含水層介質(zhì)結(jié)構(gòu)等。

2 常見的水文地質(zhì)鉆孔野外施工技術(shù)

2.1 牙輪法施工技術(shù)

根據(jù)筆者多年在廣西野外鉆孔作業(yè)的工作經(jīng)歷，牙輪法施工也是較常用的水文地質(zhì)鉆孔技術(shù)之一。一般的牙輪鉆孔技術(shù)要求采用慢轉(zhuǎn)速、大鉆壓、大水量的方式鉆進(jìn)，直到鉆進(jìn)孔底。牙輪法就是運(yùn)用導(dǎo)向式牙輪鉆頭鉆進(jìn)擴(kuò)孔，把鉆具扶正器安置在擴(kuò)孔牙輪鉆頭上部，待擴(kuò)孔牙輪進(jìn)行水文地質(zhì)鉆孔時借助上面的扶正器，底部開始導(dǎo)向，這樣就可以確保牙輪鉆頭一直能按照預(yù)設(shè)的鉆孔軌跡開始工作。

2.2 野外鉆孔技術(shù)一般的工作流程

一般的水文地質(zhì)鉆孔都必須經(jīng)過以下流程：修筑鉆機(jī)平臺，安裝調(diào)試鉆機(jī)，鉆先導(dǎo)孔，下鎖口護(hù)壁鋼管，泥漿固壁、壓漿止水，洗孔，擴(kuò)孔，修孔，下全段護(hù)壁鋼管，封堵孔底管外間隙，注漿固管等。具體的流程如圖1。

圖1 鉆孔施工工業(yè)流程圖

3 鉆孔野外施工鉆頭鉆進(jìn)孔斜控制技術(shù)

水文地質(zhì)鉆孔一般都是在野外施工，施工過程中由于地質(zhì)條件不確定，因此在鉆孔過程中就無法準(zhǔn)確的把握孔斜，給施工帶來一定的復(fù)雜性。由此可見，鉆孔孔斜控制的恰當(dāng)與否直接關(guān)系到野外鉆孔的成敗。例如：常見的牙輪法鉆孔技術(shù)就十分注重孔斜控制。因此，在水文地質(zhì)鉆孔野外施工中需要特別注意以下環(huán)節(jié)：①定位環(huán)節(jié)，在修筑的鉆機(jī)平臺上安裝鉆機(jī)需要保證機(jī)身平整垂直，不能出現(xiàn)設(shè)備松動位移的現(xiàn)象，并且要做好機(jī)身的豎直、水平的測量工作。②換徑環(huán)節(jié)，在鉆具換徑時，需要在鉆具換徑的上部位加扶正器確保扶正鉆進(jìn)，而且在換徑鉆進(jìn)的初始階段轉(zhuǎn)速要維持慢速、輕壓、大水量的鉆進(jìn)，使得鉆具平穩(wěn)的鉆進(jìn)。接著，測斜糾偏，一般在面對嚴(yán)峻的野外工作環(huán)境時，鉆孔前進(jìn)過程中孔斜時不時會發(fā)生偏移，而一般在安裝完開孔護(hù)壁套管后，導(dǎo)向定位孔鉆進(jìn)行2～3m時需進(jìn)行一次孔斜測量，待孔斜穩(wěn)定之后，為保證及時糾正偏移孔斜，每鉆進(jìn)10m就要進(jìn)行一次孔斜測量。③導(dǎo)向，一般在鉆孔頭部都是要安裝鉆具扶正器的，使得鉆具在鉆進(jìn)過程中上部有扶正，下部有導(dǎo)向，可以很好的控制鉆頭按原小孔軌跡鉆進(jìn)。

4 水文地質(zhì)野外鉆孔施工技術(shù)

4.1 小孔徑探孔

利用潛孔錘鉆頭進(jìn)行探孔，因其全面鉆進(jìn)時壓力為130～160kN，利于小孔徑探孔鉆進(jìn)含礦含水層，軸壓主要用來抵消沖擊工作時的反沖擊力，使鉆頭與孔底巖石經(jīng)常保持接觸。每種潛孔錘都有相應(yīng)的軸壓力，而且有一合適的軸壓力區(qū)段，如果工作風(fēng)壓不同，它需要的軸壓力也不同，軸壓隨氣壓高而增大。正常工作時，最低軸壓為潛孔錘的活塞面積乘以空氣壓力。也可由操作者根據(jù)鉆頭類型，地質(zhì)情況和鉆孔效率隨時調(diào)整。

4.2 擴(kuò)孔

待上一步的小孔徑探孔完成之后，立即進(jìn)行水文地質(zhì)擴(kuò)孔，如利用氣動潛孔錘，其供風(fēng)量為21～25m3/min。潛孔錘之間的壓縮空氣在鉆進(jìn)的過程中能使活塞產(chǎn)生沖擊能，起到清除孔底部的巖屑，進(jìn)而冷卻鉆頭的功能。如果錘鉆擴(kuò)孔深度超過含礦含水層之后，在下管之前就需要用粘土或水泥將其封住。而鉆孔環(huán)狀空間的上返風(fēng)速一般都要高于巖屑的懸浮速度，這樣才能更有效的排除孔底的巖粉，一旦上返速度偏小會導(dǎo)致巖屑在上返過程中滑落，使孔底產(chǎn)生重復(fù)破碎。較之最優(yōu)氣流速度，鉆孔環(huán)狀間隙空間上返速度不應(yīng)小于15.24m/s，當(dāng)然如果想增加環(huán)狀空間內(nèi)的速度可以通過增大鉆環(huán)直徑或減少孔內(nèi)的環(huán)狀間隙來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然上返風(fēng)速偏大也是不好的，因?yàn)槠髸黾鱼@具與潛孔錘的接觸壓力增大磨損。

4.3 封孔

待鉆孔工作基本完成之后的程序就是封孔，該項(xiàng)步驟是為了防止鉆通的地下井被地下水灌滿或者是其它各含水層借助礦井聯(lián)通。一般運(yùn)用水泥封固各個孔眼。

4.4 鉆孔注水量操作方法

注水一把采用穩(wěn)定流方法，當(dāng)氣動潛孔錘進(jìn)行鉆進(jìn)工作時，需要以8～16L/min的量向孔內(nèi)噴射水霧，穩(wěn)定時間一般為4～8h，等待水量和水文達(dá)到穩(wěn)定。這樣做的原因有三方面：①用以降低空氣的濕度，冷卻鉆頭和對運(yùn)動機(jī)件進(jìn)行潤滑。②用以除塵，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)野外工作人員的身體健康。③起到預(yù)防作用，在水文地質(zhì)的鉆孔時侯難免會有地表水滲出，這樣會造成鉆頭黏糊，預(yù)先注水能預(yù)先形成氣泡攜帶潛水，防止糊鉆。

5 水文地質(zhì)野外鉆孔操作技術(shù)需注意事項(xiàng)

（1）廣西以多山著稱，野外鉆孔時，為確保觀察和作業(yè)的安全，潛孔錘鉆進(jìn)時機(jī)上留有的距離不能太大也不能太小，安置上鉆桿以后，保證潛孔錘和孔底留有0.50～1.0m的安全距離，主動鉆桿比一般鉆桿長1m以上，待接上主動鉆桿后，使得潛孔錘距孔底有一定的安全距離。

（2）加接鉆桿后，接上主動鉆桿要先送壓風(fēng)，壓風(fēng)送完之后再下降鉆具開始工作。

（3）操作中嚴(yán)禁鉆出“鍵槽孔”，要先確定潛孔錘已經(jīng)回轉(zhuǎn)再進(jìn)行沖擊鉆孔。如果設(shè)備因故障出現(xiàn)回轉(zhuǎn)停止時，要立即使?jié)摽族N盡快由沖擊工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為吹孔狀態(tài)，并馬上剎緊絞車制動或把鉆具提升一段距離。

（4）每一輪作業(yè)完工，應(yīng)強(qiáng)吹孔底幾分鐘，用來排除孔底積存的巖屑。

（5）潛孔錘入孔內(nèi)要保持離孔底0.3～0.5m得距離。孔內(nèi)如果留有水柱且較高的情況下，為防止憋風(fēng)，要立即把鉆具提離孔面。

（6）送風(fēng)時，可將風(fēng)向外分出部分，隨著孔內(nèi)有物體返出，才可慢慢將風(fēng)全部送入孔內(nèi)。

（7）加尺就是為了將孔內(nèi)巖粉吹凈，如果孔內(nèi)巖粉未盡不得停止加尺。

（8）如果鉆速需要下降20%左右的時候，就需要考慮把鉆頭進(jìn)行修磨下。

（9）潛孔錘在開孔前需要注油潤滑并進(jìn)行詳細(xì)的檢查，必要時還需要進(jìn)行試打。

6 結(jié)束語

根據(jù)以往的水文地質(zhì)的鉆孔野外施工的經(jīng)驗(yàn)可見，野外鉆孔技術(shù)對水文地質(zhì)的研究起著十分重要的輔助作用，在不同的野外環(huán)境下，根據(jù)地表的巖石具體分布情況因地制宜的采用不同的鉆孔技術(shù)，各項(xiàng)鉆孔技術(shù)的研究不僅僅可以更加深入探討自然界中地下水的各種變化和運(yùn)動的現(xiàn)象，還可以為各種鉆孔情況提供更加安全的防護(hù)措施，為消除各項(xiàng)工程危害只有妥善的做好防護(hù)措施，保證工程高質(zhì)量。

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[2]楊宗仁，張 鵬，張軍旗.大直徑超百米深鉆孔施工技術(shù)[J].工程勘察，2009（S2）：111～117.

[3]程宗芳.地浸工藝鉆孔中的施工技術(shù)[J].鈾礦冶，2003（02）：135～141.

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1004-7344（2016）18-0190-02

2016-6-10