空氣潛孔錘在水文水井鉆探中的應(yīng)用

吳昂昂

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327 地質(zhì)隊，安徽 合肥 230011）

結(jié)合以往勘探資料，該井田地質(zhì)性質(zhì)較全面。當(dāng)然，礦山鉆孔的施工坐標(biāo)是在現(xiàn)場實際測量后從礦山獲取的。技術(shù)質(zhì)量要求為：終孔、直縫焊管鉆孔后，潛孔錘鉆孔不需要任何填塞材料填塞縫隙間的墻壁；鉆孔結(jié)束后，送精密鉆爆藥，位移偏差不大于2.5m；焊接殼體箍，焊接肋條，為保障封閉性，工程及護壁管的使用、安裝一定適合質(zhì)量需求，本工程兩個瓦斯抽放孔構(gòu)造、房屋規(guī)范、質(zhì)量以及技術(shù)需求相等，施工工藝基本相同。為了滿足高準(zhǔn)確度礦山鉆探技術(shù)的需求，空氣潛孔錘鉆進技術(shù)在礦山鉆探的基本上，在國內(nèi)外取得了良好的應(yīng)用效果，發(fā)展了空氣潛孔錘鉆進技術(shù)。

1 基于空氣潛孔錘鉆進技術(shù)的礦山鉆探施工方法

在本文開發(fā)空氣潛孔錘鉆進技術(shù)的基礎(chǔ)上，在礦井掘進設(shè)計中，預(yù)先確定了空氣潛孔錘鉆進技術(shù)的設(shè)計原則。詳細(xì)分析了空氣潛孔錘鉆進技術(shù)在礦山鑿巖技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。空氣潛孔錘鉆進技術(shù)在礦山鉆進中的應(yīng)用，首先要有一定的資質(zhì)和合理的礦山鉆進結(jié)構(gòu)。鉆孔結(jié)構(gòu)不同，一般應(yīng)選用三種不同鉆孔類型的潛孔錘，并與地表硐室、技術(shù)硐室相結(jié)合，在井位開孔鉆進10層以下基巖位置或鉆孔安裝達到一定深度時，在鉆孔時充填地表硐室。當(dāng)?shù)V井埋深較大，易發(fā)生崩塌、漏礦、高壓、鹽漬等情況時，采用現(xiàn)有的技術(shù)，可以隔離外殼層，保護鉆孔，為了在開采過程中繼續(xù)影響上部復(fù)合模板對下部施工的影響，同時在鉆孔下部配備性能良好的沖洗液，針對深孔鉆削問題，基于空氣潛孔錘鉆進技術(shù)的鉆削結(jié)構(gòu)施工是該技術(shù)的重要因素，還是提升鉆削率度、下降鉆削成本的肯定性步驟。

2 水文水井鉆探工藝特點

2.1 成井周期短

不管是氣潛孔錘鉆還是氣舉反鉆，由于鉆進中減少了提鉆次數(shù)，相對增加了純鉆進時間，大大縮短了鉆孔單位的鉆井周期。這一方面可以在相同的生產(chǎn)周期內(nèi)完成更多的水井建設(shè)項目，大大增加市場份額，另一方面也良好地處理了同時率難點，使僅限的設(shè)備較大限度地施展其作用。

2.2 改善鉆孔定位

使用空氣潛孔錘鉆進技術(shù)“低壓、低速”和氣舉反循環(huán)的“孔底加壓、掛鉆”的特點，改善了鉆孔的側(cè)向定位。一般情況下，鉆孔傾角不大于0.5°/100 M，保證了鋪管止水工藝的順當(dāng)實行，因此也為轉(zhuǎn)變孔徑后安全有效地鉆進供應(yīng)了強有力的保障。

2.3 攤費用用低

當(dāng)時，因為實現(xiàn)井的時間短，損耗按比率直接減少，如人工工資、油耗、電力損耗等；此外，由于垂直度大，有些重復(fù)作業(yè)如傳統(tǒng)工藝鉆進后，在下入井前需要多次修孔、校驗等工作也大大減少。

2.4 鉆洗結(jié)合妙

在地下含水層鉆井過程中，尤其是氣舉反循環(huán)鉆井過程中，可以采用復(fù)合鉆井技術(shù)實現(xiàn)鉆、洗井的目的，在該工藝下，孔底部很整潔，簡直無二次破碎情況。該技術(shù)不但能夠減少牙輪鉆頭的損壞，還能可以有效地清除井眼巖石裂隙中因井底負(fù)壓而產(chǎn)生的殘留物。

2.5 施工用水少

該復(fù)合工藝以空氣為循環(huán)介質(zhì)，施工過程中僅需少量生產(chǎn)水，若采用空氣潛孔錘，生產(chǎn)泡沫液所需水量不超過2m3；若采用氣舉反循環(huán)，若水流量小，沉沒比不足，則只需將少量水吸入孔內(nèi)，便可生產(chǎn)大量泡沫液，因而可節(jié)省大量的水，在干燥缺水的施工現(xiàn)場具有獨特的優(yōu)勢。

2.6 上返巖屑粒徑大

應(yīng)用氣舉反循環(huán)技術(shù)，具有上升速度快，潛伏期短，巖屑重復(fù)破碎少，顆粒尺寸大(一般為15-35 mm)等優(yōu)點。按鉆井時效，定點撈取巖屑樣本，整齊擺放，巖樣直觀，適合地質(zhì)層次的需求。

3 應(yīng)用實例

3.1 皖南山區(qū)某水井

（1）概況。皖南山區(qū)某水井，設(shè)計深度為700 米，建設(shè)單位對其進行了選址。近處找不到生產(chǎn)水源，若采用常規(guī)鉆井工藝，只能遠(yuǎn)距離取水，費時費力，建設(shè)費用昂貴。經(jīng)有關(guān)部門技術(shù)支撐，肯定使用氣潛孔錘以及氣舉反循環(huán)鉆孔結(jié)合工藝施工，完滿實現(xiàn)施工任務(wù)。

（2）施工方式。應(yīng)用350mm、300mm 空氣潛孔錘打技術(shù)，可打入62 米左右的護孔管。地下水上部的揭穿影響水位埋深忽然飆升到20 米，不適合空氣潛孔錘設(shè)計要求；下部應(yīng)用295 mm 和245 mm 牙輪鉆頭進行鉆孔。在鉆孔達到700 米之后，由于鉆孔考慮了勘探孔性質(zhì)，所以必須勘探深層。最終鉆井深度達到900米，并繼續(xù)采用反向氣舉鉆井技術(shù)。

（3）取得的成果。①空氣錘擊潛孔鉆井技術(shù)完美地處理了鉆井率度偏低（上部漂石、卵礫石層）的難題，均勻時效2.99m,較高時效4.74m。②氣舉反循環(huán)鉆進工藝完美地處理了大段泥灰?guī)r易崩塌、不便迅速經(jīng)過的難題，無因鉆進時間較長而產(chǎn)生崩塌，順當(dāng)?shù)叵戮＂蹚?fù)合鉆井技術(shù)取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)：鉆頭壽命188 m，平均升程56.65 m，最大升程145.14 m，平均時效2.18 M，最大時效6.00 m，巖屑粒度大，連續(xù)取樣，滿足地質(zhì)分層要求。

3.2 礦山實例分析

3.2.1 概況

為了進行試驗，選擇了一個在建礦井作為試驗對象，其結(jié)構(gòu)是巖石結(jié)構(gòu)的偏向156° ～186°，偏角在56° ～69°左右，沿線無斷層經(jīng)過。巖身的張拉作用相對較弱，巖層的中間層較差，存在薄層狀泥化現(xiàn)象。并且分別采用了傳統(tǒng)設(shè)計和本文提供的設(shè)計方案，并將傳統(tǒng)設(shè)計方案作為實驗控制組。在滿足礦山鉆探需求后，完善了施工工藝。在不打擾外界因素的前提下，應(yīng)用本文計劃的大直徑鉆孔的設(shè)計過程，記錄了四個檢測點的平穩(wěn)性，并將該檢測組定義為測試組。最后使用傳統(tǒng)的施工方式實行施工，記錄平穩(wěn)的庫容，并定義一個控制組。相比測試數(shù)據(jù)，評估各個施工工藝的施工質(zhì)量。

3.2.2 實驗成果研究與論斷

依據(jù)上述計劃的實驗步驟，收集4 組實驗數(shù)據(jù)，將兩種施工方式下的平穩(wěn)承重力實行相比，施工平穩(wěn)承重力相比成果，如下表1 表示。

表1 施工平穩(wěn)承重力相比成果

經(jīng)過表1 可結(jié)出如下的論斷：本文的設(shè)計明顯比對照組更耐用。實驗成果表現(xiàn)，該計劃方式的性能滿足計劃的總體需求，可普遍使用于礦山鉆探技術(shù)中。

4 空氣潛孔錘在水文水井鉆探施工中的經(jīng)驗總結(jié)

4.1 空氣潛孔錘在水文水井鉆探工藝應(yīng)用總結(jié)

（1）采用空氣泡沫鉆井技術(shù)，根據(jù)空氣壓縮機的排氣量和鉆孔直徑，向上推算空氣流速為1.8 m/s，遠(yuǎn)低于合理的15 m/s 速度，為提高排粉能力，采用十二烷基苯磺酸鈉(ABS)作為泡沫劑，添加量為溶液體積的0.5%, CMC 作為穩(wěn)泡劑。

（2）由于鉆孔直徑大，空氣流量小，采用氣泡鉆進工藝，巖屑排出困難。工程實踐中，充分利用多層灰?guī)r的孔縫，清除巖塵；若巖粉在孔內(nèi)有較多沉淀，則提出用潛孔錘、下入式撈砂管等方法進行打撈，即采用邊打邊撈的方法，一般是每鉆30～50 米左右，再下人撈砂管集中打撈。

（3）鉆孔進入泥灰?guī)r時，由鉆頭周圍和粗徑鉆具上方的巖粉聚集形成“泥圈”，壓強從10 kg (空壓機最小輸出壓力)緩慢上升至20 kg 左右。這時，采用邊鉆邊提的方法，即每鉆一次約 lm處，當(dāng)壓力上升時，立即提出鉆具離開孔底，上下緩慢竄動，待壓力降至最低值(10 kg)后，再繼續(xù)下鉆，反復(fù)后可穿過泥巖。

（4）當(dāng)鉆孔遇到破碎層，且不是含水層時，盡可能在破碎層中多鉆進一定深度，直至無法鉆進時，提出鉆具，灌注水泥漿，待水泥滲入裂隙中將破巖固結(jié)后，再用潛孔錘將鉆孔滲透，繼續(xù)以原孔徑鉆進。

（5）每鉆進100 m 左右，應(yīng)對鉆具和潛孔錘進行提鉆檢查，同時通過上下鉆具，對磨孔壁進行吹掃和修理，防止長時間不提鉆，遇到縮徑地層不提鉆的現(xiàn)象。

（6）由于潛孔錘頭的結(jié)構(gòu)和工作原理，決定了鉆孔孔壁不平整，特別是當(dāng)鉆速快、轉(zhuǎn)速高時，容易出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，因此，必須合理控制進尺與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，并采用擴孔器。本項目這兩個孔在施工過程中為了收集數(shù)據(jù)而未安裝擴孔器，在修磨孔壁時也浪費了一定的工時。

（7）潛孔錘鉆孔時，空氣壓縮機的壓力是整個壓縮空氣流動通道內(nèi)各種壓力損失的總和，反映了各個循環(huán)環(huán)節(jié)的工作狀況，如果想給潛孔錘增加風(fēng)壓，就必須增加風(fēng)壓。同樣由于這一點，密切觀察風(fēng)壓計的變化，才能掌握潛孔錘的工況和孔內(nèi)鉆進情況。當(dāng)孔內(nèi)涌水量較大時，鉆進效率顯著降低，當(dāng)孔內(nèi)水位達到100 米左右時，鉆進效率顯著降低。

4.2 礦山鉆探施工操作要點

①進入隧道前，必須調(diào)查場地是否平坦。便于移動樁機，然后對局部易損件進行裝藥，保證礦山鉆孔場地的穩(wěn)定，作業(yè)時不發(fā)生位置移動。② 接收鉆孔測量把控點、基準(zhǔn)線、水平點等有關(guān)信息，與工作人員一起測量準(zhǔn)確度。設(shè)測點前，做好行業(yè)籌備工作，對機械設(shè)備進行校正，制定鉆井施工方案。③ 安裝并測試內(nèi)置機器。鉆機就位后，用液壓系統(tǒng)將水平儀調(diào)整到水平尺。設(shè)備就位后，將鉆頭對準(zhǔn)木樁位置，使立柱端部與立柱中心一致，使樁機平整，保證孔不移動。④ 手動。樁座就位后，將錘擊與樁位對齊，調(diào)整垂直度。在拔孔過程中，控制錘的沉降速度，檢查鉆頭是否扭曲，了解異常狀況的因素，快速采取對策。⑤ 清除孔時，要使用空氣潛孔錘發(fā)生的壓縮空氣用為清洗介質(zhì)，將錘擊零碎的巖屑帶進孔內(nèi)擺放。派專人清理洞口，清除的巖屑是可以運到外面的顆粒。⑥ 人工穿透堅硬礦層，人工認(rèn)真察看鉆孔速度和孔隙巖屑釋放量，按施工需求，按人工深度把控人工標(biāo)高方位。當(dāng)人工施加預(yù)應(yīng)力時，應(yīng)停止人工鉆孔，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，并進行錘擊和旋轉(zhuǎn)，使洞內(nèi)巖屑順利排出。

5 結(jié)語

空氣潛孔錘以及氣舉反循環(huán)結(jié)合鉆進施工工藝具備成井時間較短、成井品質(zhì)較好、施工節(jié)省水等特點，縱然早期投資大、技術(shù)水平較高，但面臨目前惡劣的市場競斗，它已充足展示出其顯赫的競斗力。該結(jié)合鉆進工藝不僅僅適合應(yīng)用作水文水井鉆探，而且還適合應(yīng)用于空氣潛孔錘鉆進工藝：用作某種不允許用水施工的工程孔中，比如正在開挖的煤礦井眼、通氣孔、電纜孔、送料孔等；用作已明確地層巖性不需取心的鉆孔，可較大提升工作率度，減少工期，如灌漿孔施工等；用作巖土工程整頓中的滑坡段的錨固孔施工，假如使用水鉆工藝鉆孔，可能影響滑坡復(fù)蘇或運動加大，乃至危害施工期間中現(xiàn)場工作人員的人身安全。