房朝陽

(陜西工程勘察研究院 陜西省 西安市 710068)

鉆井法鑿井是利用鉆井機所配鉆頭刀具將巖石破碎，用泥漿護壁和排渣，將井筒全斷面一次鉆成，或?qū)⒕卜执螖U孔鉆成，再進行永久支護的一種機械化鑿井方法。國外從十九世紀開始采用鉆井法開鑿井筒已有百余年的歷史。我國于60年代末首次采用鉆井法鉆鑿煤礦立井井筒獲得成功，經(jīng)過廣大工程技術(shù)人員40余年地不懈努力，形成了設(shè)備國產(chǎn)化，效率高，污染少、偏斜率低的大口徑立井鉆井法施工技術(shù)。

一、 鉆井法鑿井施工設(shè)備的選擇

鉆井法鑿井適用于各種不同的工程地質(zhì)條件，不僅可用于松散、不穩(wěn)定的含水巖土層，也可用于鉆鑿穩(wěn)定、堅硬巖層的立井施工。我國目前生產(chǎn)的立井鉆井機主要分為二類，一類是傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤式鉆機；另一類是比較先進的液壓動力頭鉆機。

轉(zhuǎn)盤式鉆機的動力設(shè)備多數(shù)設(shè)置在地面。鉆井時由鉆臺上的轉(zhuǎn)盤帶動六方鉆桿旋轉(zhuǎn)，進而使鉆頭旋轉(zhuǎn)，鉆頭上裝有破碎巖石的刀具可進行旋轉(zhuǎn)破碎巖石。按不同的鉆井深度、直徑、轉(zhuǎn)盤扭矩及提升能力等技術(shù)指標，已定型生產(chǎn)的立井鉆井設(shè)備有ZZS-1、ND-1、SZ-9/700、AS-9/500、BZ-1、L40/1000和AD130/1000等型號產(chǎn)品可供施工單位選擇。

液壓動力頭立井鉆井機采用動力頭驅(qū)動鉆桿，替代轉(zhuǎn)盤驅(qū)動機構(gòu)。鉆具升降采用液壓缸代替卷揚機。升降平穩(wěn)、速度快，可進行減壓鉆進，調(diào)節(jié)方便。工作平臺采用油缸驅(qū)動推拉式封口平車，操作視線開闊，較之翻蓋式平臺更加便于操作?？蓪崿F(xiàn)快速裝拆鉆桿和鉆頭，是一種全液壓立井鉆井機械。以ZDZ4500型鉆井機為例，可施工直徑6.5米、深度400米的立井井筒。

根據(jù)實際地質(zhì)構(gòu)造、地層分布、巖層走向、傾角、完整程度、堅硬程度、地下水水文地質(zhì)條件、立井設(shè)計井徑、井深等技術(shù)參數(shù)，同時考慮現(xiàn)有鉆機設(shè)備技術(shù)性能和使用情況，綜合比較各種型號鉆井機優(yōu)缺點，合理確定立井施工采用的鉆井機型號。

二、 主要鉆井施工參數(shù)的選擇原則

根據(jù)地層的特點，制定施工組織設(shè)計和安全技術(shù)措施，合理確定鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩、泥漿沖洗液粘度、失水量、含砂量、泥皮厚度、PH值等鉆井工藝參數(shù)。施工過程中要根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時調(diào)整和完善相應(yīng)的鉆進參數(shù)，在保證安全的前提下，獲得較快的鉆進速度。

1、鉆壓、轉(zhuǎn)速的選擇

鉆壓是鉆進作業(yè)中的主要參數(shù)之一。根據(jù)地層巖石軟硬程度、可鉆性、鉆頭直徑等因素綜合確定。為保持立井井筒的垂直度，一般情況下鉆壓應(yīng)滿足下列要求：砂層≤300KN，粘土層≤400KN，泥巖≤350KN，砂巖≤700KN。

轉(zhuǎn)速一般以控制鉆頭外沿切線速度為原則，可按鉆頭外沿切線線速度0.9 m/s ～1.3m/s確定。

2、泥漿性能參數(shù)的選擇

鉆頭破碎下來的巖石碎屑必須及時通過泥漿循環(huán)從工作面清除，使鉆頭上的刀具始終直接作用在未被破碎的巖石面上，提高鉆井效率。泥漿的另一個重要作用就是護壁,一方面平衡地層壓力，另一方面形成泥皮，堵塞裂隙，防止片幫。為了利用泥漿有效地洗井護壁，要求泥漿有較好的穩(wěn)定性、不易沉淀、失水量較少、能夠形成薄而堅韌的泥皮，同時要具有良好的流動性和便于凈化的性能。

造漿材料主要有黏土和各種化學處理劑。黏土應(yīng)選擇可塑性好，含砂量少的高嶺土、膨潤土、紅土、膠泥等。處理劑起調(diào)整泥漿性能的作用，防止鉆井中縮徑、坍塌、泥包鉆頭等。一般使用的化學處理劑有純堿（Na2CO3）、火堿（NaOH）、羧甲基纖維素（CMC）、聚丙烯酰胺（PAM）等。一般情況下要求新配制泥漿的性能參數(shù)為：密度（1.15～1.25g/cm3）、粘度（22～30s）、失水量（18～22ml/30min）、泥皮厚度（≤3mm）、PH值（7～8）、含砂量（≤3%）。

三、 沉井和壁后充填

鉆井法施工的立井井筒，多采用管柱形預(yù)制鋼筋混凝土井壁，井壁在地面制作。待井筒鉆完后提出鉆頭，用起重大鉤將帶底的預(yù)制井壁懸浮在井內(nèi)泥漿中，利用其自重和注入井壁內(nèi)的水重緩慢下沉。同時，在井口不斷接長預(yù)制管柱井壁。接長井壁時，要注意測量，以保證井筒的垂直度。在預(yù)制井壁下沉的同時，要及時排除泥漿，以免泥漿外溢。為了防止片幫，泥漿面不得低于鎖口以下1米。

當井壁下沉到距離設(shè)計深度1～2米時，應(yīng)停止下沉，調(diào)整井壁的垂直度滿足要求后，再下沉到底，并及時進行壁后充填注漿。

四、 泥漿固化處理及環(huán)境保護

廢泥漿是一種含黏土顆粒、鉆屑、各種化學處理劑的流體物質(zhì)。在實際工作中首先應(yīng)將從井底返出并攜帶大量鉆屑的泥漿經(jīng)過旋流除砂器進行初步機械分離。鉆屑運至指定地點存放，或進行下一步處理。泥漿流回沉淀池循環(huán)利用。其次，通過添加化學處理劑并采用機械將鉆屑強制固結(jié)，固結(jié)后的鉆屑就地填埋。污水流入污水池，再次處理回收利用或達標排放，從而達到減量化、無害化處理的目的，保證環(huán)境不受污染。

五、 結(jié)語

鉆井法鉆鑿立井適用范圍大，機械化程度高，勞動強度低，安全可靠，質(zhì)量好。隨著技術(shù)裝備能力的不斷提高，應(yīng)用范圍將進一步擴大，以適應(yīng)更復(fù)雜的地質(zhì)條件、更大直徑、更大深度的立井施工需求。要安全、高效、高質(zhì)量地完成鉆井任務(wù)，首先要根據(jù)地層地質(zhì)條件選用適用的機械設(shè)備。第二根據(jù)地層情況及井筒直徑等條件選用合理的鉆進參數(shù)。第三做好沉井井壁安裝和壁后注漿工作。第四采取綜合處理措施，處理好鉆井過程中產(chǎn)生的廢漿，達到保護環(huán)境的目的。

[1]朱效中。鉆井法施工大口徑鋼壁立井施工工藝[J]探礦工程（巖土鉆掘工程）。2013.02

[2]吳剛、趙文平。孫莊鐵礦立井鉆井法鑿井施工技術(shù)[J]建井技術(shù)第33卷。第3期.2012.06

[3]張永成、劉志強。鉆井法鑿井技術(shù)的發(fā)展與展望[J]建井技術(shù)第24卷。第2期.2003.04