潘東懿,杜緒新

（1.山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊,山東 泰安 271000；2.濟南華玫礦業(yè)有限責任公司,山東 泰安 271613）

1 前言

山西省呂梁市交口縣是干旱少雨地區(qū)，地下水位埋藏深，水資源嚴重匱乏，嚴重影響了居民生活及工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)當?shù)貒乐厝彼淖匀画h(huán)境，選用了潛孔錘空氣鉆進技術(shù)，成功施工了3眼水源井，總供水量達到240m3/h,較好解決了煤電鋁工業(yè)園的工業(yè)用水和附近居民的生活用水問題。

2 工程地質(zhì)水文地質(zhì)概述及鉆探工藝選擇應(yīng)參考的主要影響因素

水源井施工對鉆探工藝的選擇要充分考慮安全、經(jīng)濟和工程質(zhì)量等幾個方面的影響因素。綜合論證，無論從施工安全，還是從經(jīng)濟方面考慮，仍采用以沖洗液為主的常規(guī)的水井鉆探工藝顯然是不明智的。因此選用以壓縮空氣為沖洗介質(zhì)的潛孔沖擊回轉(zhuǎn)鉆探工藝更能體現(xiàn)出在干旱少雨地區(qū)施工水源井的優(yōu)越性。

3 風動潛孔沖擊鉆探的技術(shù)特點

潛孔沖擊鉆探技術(shù)是使用壓縮氣體作為動力介質(zhì)進行沖擊回轉(zhuǎn)的一種鉆井方式。主要結(jié)構(gòu)是與鉆桿相連的鉆具底部的沖擊器和釬頭，沖擊器及釬頭部分總稱為潛孔錘。該方法可進行不取芯全面鉆進，也可進行取芯鉆進，但更常用的是不取芯鉆進。當鉆進中遇到潮濕層和含水層時，可以采取泡沫鉆進或霧化鉆進。硬巖和堅硬巖石脆性大，使用潛孔沖擊鉆進更為有效。

4 鉆探機具及鉆井技術(shù)參數(shù)優(yōu)化選擇

4.1 鉆探機具選配

針對水源地水源井設(shè)計和水文地質(zhì)工程地質(zhì)情況，配用如下設(shè)備和鉆探工具：沖擊器為J100B-0、J250B-0型和JWD－350 型。釬頭直徑分別為Φ250mm,Φ350mm,Φ400mm和Φ500mm。鉆機選用TSJ2000工程鉆機和C750-300S空壓機。

4.2 鉆井技術(shù)參數(shù)選擇

（1）鉆壓：風動沖擊潛孔鉆探技術(shù)原理是主要依靠釬頭作用在巖石上的沖擊動載，JWD－350 型沖擊器的鉆壓采用了9000-14500N，J100B-0沖擊器鉆進鉆壓為9000N左右，J250B-0沖擊器鉆進鉆壓控制在11000N左右。

（2）轉(zhuǎn)速：在雙池鎮(zhèn)煤電鋁工業(yè)園水源地水源井施工中，根據(jù)下奧陶系豹皮狀灰?guī)r的性質(zhì)、三種鉆孔孔徑以及使用三種沖擊器鉆進，WD350 型風動潛孔沖擊鉆進時，經(jīng)過試鉆選擇了最優(yōu)轉(zhuǎn)速控制在10～20r／min。

（3）供風量：使用108mm鉆桿，經(jīng)計算在Φ350mm孔徑鉆進中時，供風量為135.73m3/min；在Φ400mm孔徑鉆進中，供風量為153.71m3/min。

（4）風壓：不同結(jié)構(gòu)的潛孔錘在相同的風壓下，其鉆進速度不同，有的相差很多。風壓要隨鉆深、風阻的增加而增加，應(yīng)該根據(jù)實際情況及時調(diào)整，以穩(wěn)定鉆孔環(huán)隙的上返風速。風壓的變化與孔內(nèi)情況的關(guān)系及調(diào)節(jié)：當供風量不足時，不僅鉆進效率低，還要頻繁提動鉆具吹孔，減少了鉆頭在孔底的鉆進時間，增加了鉆進的輔助時間。在鉆進中遇到潮濕地層，將產(chǎn)生“泥領(lǐng)”或縮徑，氣壓會上升；遇到大裂隙、空洞或地層坍塌，孔徑擴大時，由于流速下降，鉆屑聚積，氣壓也會上升，此時應(yīng)立即處理，以免發(fā)生事故。

5 風動潛孔沖擊鉆探安全輔助技術(shù)應(yīng)用

（1）覆蓋層及風化基巖地層跟管鉆進。河卵石及灰?guī)r風化帶地層的特點是破碎易坍塌，潛孔錘在內(nèi)鉆進中孔壁坍塌、堵塞鉆頭氣路，造成沖擊器無法持續(xù)工作的現(xiàn)象非常嚴重。除了在較薄的黃土層內(nèi)人工開挖造孔外，在河卵石和風化帶內(nèi)鉆進時，使用了跟管鉆進技術(shù)。該技術(shù)與常規(guī)潛孔錘跟管鉆進使用潛孔錘同心跟管技術(shù)不同。本工程跟管鉆進時選擇的井壁管和鉆頭為分體但同心，即在鉆進中先把比井壁管小一級的潛孔錘鉆具下到孔內(nèi)，井壁管套在鉆桿上，井壁管在鉆進平臺上使用導向機構(gòu)固定，隨著潛孔錘鉆頭的延深，利用鉆頭的串動盡量擴大孔徑，通過專用的振動器的振動把井壁管慢慢沖擊進入鉆孔，利用導向機構(gòu)保證井壁管的垂直度。操作中潛孔錘鉆頭施工的先導孔的直徑和垂直度至關(guān)重要，必須保證把孔內(nèi)巖粉吹干凈，保證孔壁沒有坍塌和掉塊，沒有探頭石存在并保證鉆孔的鉛垂度，否則要采取措施及時處理。

（2）少量滲水的弱含水層內(nèi)的泡沫鉆進。主要是克服“泥領(lǐng)”糊鉆問題。在孔深315m處，遇到了弱含水層，由于孔內(nèi)有少量水存在，鉆進產(chǎn)生的巖粉和巖屑與水混合后，呈粘稠的混凝狀，聚積在鉆具周圍和粗徑鉆具上方的孔壁上，造成排屑困難甚至終止，鉆具回轉(zhuǎn)、提動困難，空壓機風壓急劇升高嚴重影響鉆進。改用了泡沫鉆進，選用了ADF-1型泡沫劑，即由泡沫灌注泵通過送風管路將泡沫劑溶液不斷地輸入孔內(nèi)。泡沫劑多用陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑或它們的復(fù)合劑配制的。經(jīng)現(xiàn)場總結(jié)，使用泡沫劑進行泡沫鉆進，操作工藝是：從孔口或通過鉆桿向孔中加入清水或泡沫劑溶液，然后送風并反復(fù)活動鉆具，稀釋并沖開泥領(lǐng)，將鉆屑吹出后再繼續(xù)鉆進。如鉆屑再積存，再加水或泡沫液吹孔。如此反復(fù)操作，應(yīng)特別注意處理方法，切忌強拉硬扭鉆具。

（3）破碎坍塌地層鉆進使用高壓旋噴工藝固結(jié)孔壁。受卵石層帷幕高壓旋噴造孔工藝啟示，在灰?guī)r內(nèi)破碎地層中鉆進，由于孔壁破碎失穩(wěn)掉塊較多，鉆頭反復(fù)處理效果不好，采用了高壓旋噴工藝進行了處理。就是用高壓注漿泵把地面配置好的含有速凝劑性質(zhì)的水泥漿經(jīng)鉆桿輸送到鉆桿下部的噴射器，水泥漿經(jīng)噴射器射孔高速高壓噴出后滲入到井壁巖塊空隙中，快速凝結(jié)，把孔壁的破碎巖塊固結(jié)起來，并達到一定初期強度。這種高壓噴射固結(jié)工藝有效的解決了井壁不穩(wěn)定坍塌掉塊的問題。使用的水泥漿主要是標號為32.5R的硫鋁酸鹽水泥漿，水泥漿密度控制在1.3～1.4g/cm3左右。

6 結(jié)語

風動潛孔沖擊鉆進是嚴重缺水地區(qū)水文水井鉆探的較好的鉆進方法，具有鉆速快、成井質(zhì)量高、鉆孔彎曲度小，相對成本較低的特點。

[1]潘光明.潛孔錘快速施工注漿堵水鉆孔工藝探討[J].山東煤炭科技,2006(06):52-54