朱何文

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430030）

繩索取心鉆探技術(shù)具有施工勞動強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、停鉆事故低、鉆孔質(zhì)量優(yōu)、設(shè)備材料消耗低等優(yōu)點(diǎn)，得到巖土地質(zhì)勘查及鉆探施工技術(shù)人員的廣泛親睞。繩索取心鉆探工藝是一種在鉆探施工鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆桿內(nèi)的巖心管裝滿巖心后，不需將孔內(nèi)鉆桿提升到鉆孔地表，而是借助巖心鉆探專用打撈器，從鉆桿內(nèi)把巖心管提取上地面的一種先進(jìn)巖土地質(zhì)鉆探工藝。在實際鉆探過程中，由于鉆探區(qū)巖土地質(zhì)、地層等環(huán)境較為復(fù)雜，且在不同地質(zhì)條件下，繩索取心鉆探技術(shù)所取得的鉆探效果也有很大差別，尤其是在復(fù)雜巖土地層條件下，采用繩索取心鉆探工藝時，如果在施工過程中出現(xiàn)斷鉆桿、脫扣等事故時，就會給鉆探施工帶來巨大麻煩，輕者可能導(dǎo)致鉆孔報廢、鉆探管材損失，嚴(yán)重時還可能引起整個鉆探施工進(jìn)度延誤、鉆探質(zhì)量降低等嚴(yán)重事故，給整個鉆探施工帶來巨大損失。因此，如何在復(fù)雜地層條件下，結(jié)合鉆探現(xiàn)場施工情況，將繩索取心鉆探技術(shù)工藝有效利用在鉆探施工實際過程中，有效提高鉆探施工效率和工程質(zhì)量具有非常大的工程實際意義，一直以來作為鉆探工作人員研究的一個重要課題[1]。

1 繩索取心技術(shù)實際施工應(yīng)用范圍

我國在繩索取心鉆探技術(shù)方面的研究起步較晚，在繩索取心鉆探綜合效率、使用壽命等方面，與國外一些先進(jìn)發(fā)達(dá)國家相比還存在一定差異。但在大量鉆探專家學(xué)者的共同努力下，我國繩索取心鉆探技術(shù)方面的研究和實際鉆探施工過程中均取得了令人滿意的成果。繩索取心鉆探技術(shù)工藝已在我國巖土地質(zhì)勘探、工程地質(zhì)勘察、以及水文水資源工程地質(zhì)勘測等實際工程中得到廣泛推廣應(yīng)用。目前，我國繩索取心鉆進(jìn)的平均臺月效率可以達(dá)到600m~1000m左右，平均工作效率可達(dá)7~10m/h，且在正常條件下鉆桿綜合使用壽命在2萬米以上。但從國內(nèi)大量鉆探實際施工經(jīng)驗表明，并不是所有鉆探工程采用繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)工藝后均能取得良好效果。對于一個具體的鉆探工程而言，應(yīng)充分考慮鉆探區(qū)域地層條件、鉆孔深度、鉆頭質(zhì)量水平、以及鉆探施工過程中繩索取心鉆具輔助配套設(shè)備等因素，并結(jié)合鉆探綜合投資成本，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面合理選擇鉆探技術(shù)手段。繩索取心技術(shù)工藝從理論上講適用于各種不同巖土地層條件下的鉆進(jìn)鉆探，從大量工程實際應(yīng)用效果數(shù)據(jù)分析來看，繩索取心技術(shù)工藝在6～9級中硬巖層中，其鉆探效率和工程質(zhì)量效果都很好。但就目前國內(nèi)的鉆探施工技術(shù)來看，對于10～12級的巖石鉆探施工而言，不宜采取繩索取心技術(shù)工藝，特別是當(dāng)鉆探巖土地層是組織密度較大、顆粒細(xì)小且無碾磨性的極堅硬性巖石地層時，如果采用繩索取心技術(shù)工藝，在上述巖石地層條件下，鉆頭磨損將較為嚴(yán)重，且鉆進(jìn)速度效率也比較低，不能充分發(fā)揮出繩索取心鉆探鉆進(jìn)技術(shù)工藝的優(yōu)勢，從而大大降低了實際施工綜合效率和質(zhì)量。從自我大量繩索取心鉆探技術(shù)實際施工經(jīng)驗來看，繩索取心技術(shù)工藝一般可以用在淺孔和深孔巖石鉆探工程中，通常在繩索取心技術(shù)工藝使用范圍內(nèi)，隨鉆進(jìn)深度的不斷加深其施工綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果就會越高，但在實際施工過程中，必須選用高質(zhì)量的鉆進(jìn)鉆頭，從而保證整個鉆探工程高效穩(wěn)定的進(jìn)行，如果鉆進(jìn)鉆頭使用壽命短，則在施工過程中就會經(jīng)常提鉆更換鉆頭，這樣就大大降低了繩索取心深孔鉆進(jìn)鉆探的優(yōu)勢和使用意義[2]。

2 復(fù)雜破碎地層的繩索取心鉆井施工要點(diǎn)

實際鉆探施工過程中經(jīng)常會在破碎地層上鉆井勘探，由于該類地層多數(shù)為淺層強(qiáng)風(fēng)化巖層，或深部地質(zhì)構(gòu)造破碎帶，在鉆探施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)巖心采樣質(zhì)量不高、巖心采樣困難、鉆孔孔壁滑動不穩(wěn)等問題，尤其是在實際鉆孔過程中經(jīng)常會出現(xiàn)鉆孔漏失、鉆孔涌水等復(fù)雜狀況，從而給巖土鉆探提出更高的要求，增加了實際施工難度。

2.1 淺層風(fēng)化巖土地層繩索取心鉆進(jìn)施工要點(diǎn)

在淺層強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖土地層鉆探繩索取心鉆進(jìn)施工過程中，應(yīng)首先結(jié)合鉆探所處實際位置，選配適合該地層的潤滑泥漿來對鉆孔孔壁進(jìn)行完善支護(hù)，并起到潤滑鉆具的效果；然后選用與該風(fēng)化巖土地層相匹配的鉆頭，在保證鉆探綜合施工質(zhì)量水平的前提下，有效提高鉆孔鉆進(jìn)速率；采用實際施工中容易操作的短鉆具（1.20~1.50m）,并按勤提多取的技術(shù)手段采取鉆桿內(nèi)部采樣巖心；對于風(fēng)化十分嚴(yán)重、怕沖蝕的巖土地層，應(yīng)采用底噴和內(nèi)超前鉆頭，并配合三重管來保護(hù)巖心管內(nèi)的巖心；在淺層風(fēng)化巖土層上進(jìn)行鉆進(jìn)取心時，不要操之過急，應(yīng)根據(jù)鉆進(jìn)相關(guān)施工操作工藝和現(xiàn)場施工組織設(shè)計要求，按照可靠穩(wěn)健、平穩(wěn)鉆進(jìn)原則，保證整個鉆探施工過程高效、高質(zhì)的進(jìn)行。

2.2 深部構(gòu)造破碎帶繩索取心鉆進(jìn)施工要點(diǎn)

深部構(gòu)造破碎帶受到鉆孔深度深、破碎程度不等、地層條件復(fù)雜、地下水以及低壓等因素的影響，往往成為實際鉆探鉆進(jìn)高效施工的瓶頸。從大量實際工作經(jīng)驗知，在此類地層條件下進(jìn)行繩索取心鉆進(jìn)施工時，除了按照上述淺層風(fēng)化巖土地層鉆進(jìn)中提到的各種保護(hù)措施和設(shè)備搭配外，在實際施工過程中還應(yīng)掌握以下幾個技術(shù)要點(diǎn):①鉆探實際操作過程中，一定要小心謹(jǐn)慎，并對所獲得的巖心進(jìn)行實時觀察分析，結(jié)合相應(yīng)知識和工作經(jīng)驗，準(zhǔn)確分析判斷鉆孔內(nèi)部情況，并制定相應(yīng)的防護(hù)預(yù)案。由于深部構(gòu)造破碎帶地下巖層十分復(fù)雜，切忌粗心大意、心不在焉，鉆探鉆進(jìn)施工過程中任何失誤性操作，均可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，給整個鉆孔施工帶來巨大損失；②鉆進(jìn)此類復(fù)雜地層時，實際施工過程中求穩(wěn)、求準(zhǔn)原則要求更高，且不能報任何僥幸心理，任何異常情況都需要經(jīng)過反復(fù)分析研究，順利獲得巖心就是整個鉆探施工過程最大的勝利；③當(dāng)鉆進(jìn)揭穿該類地層地質(zhì)條件后，必須在對所獲得的鉆探地層進(jìn)行必要的支護(hù)加固處理后，才能進(jìn)行更進(jìn)一步的地下工程施工。

3 繩索取心技術(shù)在工程應(yīng)用中的效果分析

3.1 提高巖心采樣效率、降低鉆探施工成本繩索取心技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在施工過程中不提鉆進(jìn)行巖心取樣，即當(dāng)巖心裝滿鉆桿巖心管時，無需將全套鉆桿提升的鉆孔地表，只需利用帶繩索的打撈器就可以將取心管從鉆桿中提出地表，從而減少了鉆進(jìn)提鉆次數(shù)，降低了施工人員鉆進(jìn)施工的綜合勞動強(qiáng)度，尤其是當(dāng)鉆探提升凈距離受到外部空間制約時，繩索取心技術(shù)的取心效率和質(zhì)量就更加有優(yōu)勢[3]。

3.2 提高巖心采樣率

在實際鉆探施工過程中，繩索取心技術(shù)施工鉆進(jìn)過程中，鉆桿只是外管單動，內(nèi)管相對靜止，這樣在鉆頭鉆進(jìn)過程中不僅可以避免外部沖洗液直接沖刷內(nèi)部采樣巖心，同時還可以避免鉆探設(shè)備機(jī)械力對巖心管內(nèi)部采樣巖心的外力破壞。據(jù)實際工作經(jīng)驗可知，采用繩索取心技術(shù)其巖心采取率通?？梢赃_(dá)到95%以上，從而大大提高了鉆探施工巖心采樣效率和施工質(zhì)量。

3.3 減少鉆孔內(nèi)部事故

由于繩索取心技術(shù)工藝配備了各種數(shù)字可視化實時監(jiān)控裝置，能夠根據(jù)鉆進(jìn)不同工況及時反饋相關(guān)數(shù)據(jù)信息和報警提示，從而可以為施工人員提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息，及時采取相應(yīng)技術(shù)措施，將鉆探過程中可能出現(xiàn)的故障排除在萌芽狀態(tài)。另外繩索取心技術(shù)的鉆桿和鉆具外徑間僅差2mm，這樣鉆桿可以起到全孔護(hù)壁的保護(hù)作用，從而避免或降低鉆桿鉆進(jìn)過程中可能出現(xiàn)的埋鉆、夾鉆、卡鉆等事故的發(fā)生，有效提高整個鉆進(jìn)施工綜合效率和質(zhì)量水平。

[1]孫建華,張永勤,趙海濤,等.復(fù)雜地層中深孔繩索取心鉆探技術(shù)研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2006,33(5):46-50.

[2]王禹,劉波,高洪志.油頁巖地層繩索取心鉆探?jīng)_洗液技術(shù)探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程), 2007,34(10):32-34.

[3]張偉.取心鉆進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究[D].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),2006.