巖溶地區采用潛孔錘進行水文水井鉆鑿

廣東省有色金屬地質局九三五隊 廣東 惠州 516001

正文：

引言

惠州龍門地區，下伏石炭系地層，上部基巖為測水組砂巖、炭質頁巖、泥質砂巖等地層，其地質條件復雜，地下水水量豐富，普遍存在土洞、巖溶（溶洞、溶溝、溶槽）等溶蝕現象，構造裂隙發育。水文地質鉆探的施工作業難度大，質量及安全難以保障。通常水文地質鉆探采用取芯鉆探。以探查地層巖性和結構、含水層厚度、埋藏深度，研究含水層的孔隙、裂隙和地質構造等水文地質條件。以及采取水樣鑒定水質、測定水量和水溫等水文地質參數。上世紀八十年代，風動潛孔錘已經拓寬到地質巖芯勘探領域，鉆鑿基巖水井，鉆速較常規鉆井鉆進方法提高5～10倍。經過現場生產試驗的驗證，在巖溶地區，雖然水文地質條件復雜，采用潛孔錘進行水文水井的鉆鑿，也可取得良好的效果。

1 地層狀況

以惠州龍門地區為例，區域內灰巖地層大致分布有：①填土層（Qml），多為耕土，工程堆填土；②沖洪積層：主要有黏土、粉質粘土，局部老河床部位有砂、礫等。粉質粘土呈軟塑至可塑狀態，砂卵石層孔隙水豐富，滲透性好；③殘坡積層（Q）,由基巖風化殘積而成，山地有坡積形成，一般為稍濕～飽和，可塑狀態；④基巖：石炭系灰巖，構造帶有大理巖化現象，局部地區灰巖上部覆蓋有測水組砂巖、粉砂巖、炭質頁巖。基巖裂隙、巖溶發育，溶溝溶槽等溶蝕現象嚴重。

2 地下水特征

按區域水文資料，含水層埋藏深度、水理性質、水力特征和開采條件可分為淺層潛水～微壓水（埋深小于30m），中層承壓水（含水層埋深30～200m），深層承壓水（含水層埋深200～500m）和超深層承壓水（溫熱水，埋深一般大于500m）。龍門地區地下水類型主要為第四系土層中的孔隙水及基巖裂隙水，主要賦存于第四系土層及基巖裂隙中。賦存于下伏溶洞、溶蝕裂隙及暗河中的巖溶裂隙水，連通性好，水量豐富。地下水主要靠大氣降水及附近河流、水塘補給，通過滲流排泄于附近地勢低洼的水塘及水溝，其次為向上的大氣蒸發。季節性水位變化明顯，常隨地表水的水位變化而變化。

3 水井結構

以惠州龍門地區某鉆井成井項目為例，該項目設計井身結構為：開孔鉆孔孔徑Φ311mm，下Φ273mm 套管，深度至灰巖中等風化巖層，入巖深度2m，實際深度為39.5m。第二開換Φ203mm尺寸的鉆頭，下Φ194mm套管（壁厚6厘），深度至237m處，第三開換Φ168mm尺寸的鉆頭，裸眼鉆至深度301m處。

井管材料采用D40無縫鋼管，井管加工有公母絲扣，其端口平整，連接性能良好。管材質量良好，無砂眼、裂紋滲漏。具有良好的強度，能承受地層和靜水側壓力及管身自重的拉壓力。在含水層段，井壁與井管之間充填礫石；非含水層段，采用水泥砂漿封堵。

4 鉆鑿工藝

4.1 示例項目投入設備參數

4.2 施工工藝流程：

平整場地---樁位測量---鉆機安裝、調試、就位---鉆進---洗井---抽水試驗—固井、成井

4.3 作業主要參數

使用潛孔錘鉆進，兩個主要參數是風量和風壓。正循環鉆進風量的選擇：

式中：Q正----空壓機供風量，m3/min;

ν---不同直徑巖屑的上返速度，一般取15～25m/s;

D---鉆孔直徑，m;

d外---鉆桿外徑，m;

K1、K2---鉆孔損耗系數、孔內有涌水時風量增加系數；

參照公式，示例項目上返風速取20m/s；鉆孔損耗系數取1.25；孔內涌水量增加系數取1.5。

4.4 操作要點

（1）施工前，平整場地，平出鉆機工作場地，設備、鉆桿材料等整齊擺放，安全圍護設施等。對局部軟弱部位換填，保證場地密實、穩固。做好井口地面固化，防止機油燈滲漏入井內，造成污染。

（2）設備吊裝由專人指揮，做到平穩，輕起輕放，非作業人員撤離現場。

（3）設備安裝就位后，保證樁尖與孔位中心對準，鉆機豎軸垂直，基地平穩。保證作業時鉆孔不發生偏移和傾斜。

（4）鉆孔過程中，控制好潛孔錘下沉的速度。以壓縮空氣作為循環及洗井的介質，每5米一段采取巖屑作為樣品保存。

（5）由現場工程師專人負責施工記錄。

4.5 環保措施

（1）施工期間，由于空壓機的噪音較大，應盡量減少廢氣、噪音的污染。根據現場周邊環境，在早晨、中午、夜間合理安排作業時間，減少對周邊的噪音干擾。

（2）孔口的巖屑及時安排人員清理，集中堆放或外運。

（3）所有機械設備采取措施，防止漏油污染。

5 綜合分析。

（1）巖溶地區地質條件復雜，鉆進過程產生的巖渣屑粒徑大，孔內堆積厚度大，易發生埋鉆、卡鉆事故。因此選用合適的鉆進工藝，包括正循環、反循環的不同的作業工藝，對解決鉆進過程中的易發事故，具有很好的解決問題能力。

（2）巖溶地區出水量大，涌水量的增加，一定程度上消耗了風壓，降低了鉆進效率。作業時，配置足夠的空氣動力設備是必不可少的。

（3）總體上，使用風動潛孔錘在巖溶地區開展水文地質鉆鑿，具有作業效率高，鉆孔口徑大，出水量大的特點。使用跟管鉆進方式，能有效的隔離不同含水層，在合適的層位進行取水，達到水質最優、取水量合理的目的。