吳紅兵，曹雷強(qiáng)

（五礦礦業(yè)（邯鄲）礦山工程有限公司，河北 邯鄲 056000）

空氣潛孔錘鉆井以其高效、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著孔匯特點(diǎn)，備受業(yè)內(nèi)人士的青睞，國(guó)內(nèi)外已先后在水井、瓦斯排放、通風(fēng)、下料、礦山救援等行業(yè)開展了應(yīng)用。其工作原理是以壓縮空氣為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)沖擊器內(nèi)活塞的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)破碎巖石，破碎后的巖石在高壓風(fēng)的帶動(dòng)下脫離井底，加之機(jī)械回轉(zhuǎn)，形成圓狀井筒。對(duì)潛孔錘鉆進(jìn)、氣液混合驅(qū)動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)等各項(xiàng)鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)，潛孔錘結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的理論研究有了較大的突破。吳集下料孔技術(shù)要求高（直徑350mm，深度380m，垂直度要求在1%以內(nèi)），工期短[1]。地勘院曾經(jīng)在符山礦、西石門礦采用現(xiàn)有的磨盤式自行改裝組合潛孔錘鉆機(jī)進(jìn)行過(guò)成功的施工，雖然符山礦、西石門礦下料孔深度較淺（均在地下200m以內(nèi)），但也為吳集下料孔的施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 地質(zhì)概況

吳集下料孔在地下0～80m為松散巖組（IQ4、Q3、Q1+2）上部巖性為粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，工程地質(zhì)條件差，中部巖性為粘土、含鐵錳質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)致密，稍濕～堅(jiān)硬，以粘粒為主，約占65%以上，粉粒次之，占15%～25%，含砂粒約在15%以下，工程地質(zhì)條件好；下部巖性以粘土、粉質(zhì)粘土、砂土層，局部為細(xì)砂層、含礫砂土層、粘土、粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)較緊，粘塑性強(qiáng)，干時(shí)堅(jiān)硬，錘擊易碎，以粉粒為主，約占50%～60%，粘粒占20%～30%，含砂粒一般小于10%，孔隙密，透水性極差。而砂土層含砂量約50%，細(xì)砂層含粘土約10%～15%，含礫砂土層含礫15%～20%，含砂10%～15%，結(jié)構(gòu)松散，遇水易于流動(dòng)，易發(fā)生坍塌，工程地質(zhì)條件差甚至極差。地下80m～130m為古老變質(zhì)巖區(qū)風(fēng)化巖組位于下伏地層巖之下，呈現(xiàn)層狀分布，巖性受下伏地層巖性影響而變化，上部強(qiáng)風(fēng)化層巖石一般呈碎塊狀和短柱狀，局部呈砂狀或土狀，巖石蝕變強(qiáng)烈；下部為中等～弱風(fēng)化層，巖石以短柱狀為主，其次為碎塊狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，隨深度增加，風(fēng)化程度逐漸降低。該帶總體上工程地質(zhì)穩(wěn)定性差，巖石RQD值僅為35.40，尤其是強(qiáng)風(fēng)化巖易于產(chǎn)生不良工程地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)鉆井施工影響較大。

2 鉆井設(shè)備的選擇

鉆井設(shè)備的選擇應(yīng)首先滿足安全要求，其次應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，盡可能利用公司現(xiàn)有的設(shè)備，通過(guò)對(duì)比分析我們選用了spj-400水井鉆機(jī)。①動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤和泥漿泵及輔助用電共計(jì)67千瓦，空壓機(jī)采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。②回轉(zhuǎn)及提升系統(tǒng)單繩提升能力30千牛滿足施工需要，回轉(zhuǎn)速度通過(guò)改換電機(jī)控制在18r/min，確保潛孔錘每次敲擊新鮮面，最大限度減小重復(fù)破碎。③井架選用我單位現(xiàn)有的spj-600型號(hào)的水井配套井架，完全能夠滿足提升12米的鉆具和套管需要。④空壓機(jī)選用壽力1070的型號(hào)，排氣量為34 m3/min，額定排氣壓力24.1kg/cm2。⑤泡沫泵選用bw-150型號(hào)的泥漿泵，配套動(dòng)力5.5千瓦。

3 井徑結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)方法的選擇

對(duì)于第四系松散層采用牙輪鉆鉆進(jìn)，正循環(huán)泥漿護(hù)壁工藝。其鉆具組合為：φ426mm牙輪鉆頭+φ178mm鉆鋌×4根+φ89mm鉆桿+機(jī)上鉆桿。風(fēng)化帶及基巖采用潛孔錘空氣泡沫鉆井，其鉆具組合為：φ350mm潛孔鉆頭+φ178鉆鋌×4根（或?qū)蜚@具不低于8m）+φ89mm鉆桿+機(jī)上鉆桿。井徑結(jié)構(gòu)如下圖（示意）：

圖1 井徑結(jié)構(gòu)圖

4 現(xiàn)場(chǎng)施工當(dāng)中遇到的情況及解決辦法

（1）第四系松散層采用正循環(huán)牙輪鉆鉆進(jìn)，對(duì)我單位屬正常成熟施工工藝，進(jìn)展順利這里不再贅述。

（2）古老變質(zhì)巖區(qū)風(fēng)化巖組采用潛孔錘空氣泡沫鉆井，鉆進(jìn)效率高達(dá)10m/小時(shí)，進(jìn)入完整基巖后（約145m處）在成井側(cè)面發(fā)現(xiàn)一不明管狀金屬物，隨鉆孔加深而增加，（見(jiàn)井下視頻圖像：）繼而引起憋車，致使鉆桿敲擊風(fēng)化帶，產(chǎn)生掉塊，坍塌鉆進(jìn)困難強(qiáng)行鉆進(jìn)至155米后停止鉆進(jìn)，針對(duì)此采取注漿護(hù)壁（保護(hù)上部掉塊，坍塌層），待水泥凝固利用凝固后水泥和巖石硬度差異產(chǎn)生偏斜通過(guò)下部不明管狀金屬物。需漿液體積：

Vg=(R/2)2×л×H

R：鉆孔直徑；H：需充填段高度。

水泥選用標(biāo)號(hào)為425，按0.5:1水灰比配制漿液（為增加水泥的和易性加快凝固速度添加食鹽5%，三乙醇胺3‰）。需水泥量：

Wc=（dcVg）/(1+dcp)

Ww=pWc

Wc：水泥用量，公斤；Ww：水的用量，公斤；р：水灰比；dc：水泥比重通常為3；Vg：欲配漿液體積。

通過(guò)一天候凝，順利實(shí)現(xiàn)護(hù)壁偏斜等施工要求，鉆進(jìn)恢復(fù)正常。護(hù)壁后，重新施工。

（3）使用泡沫劑改善作業(yè)環(huán)境，提高工作效率。本次施工采用bw-150型號(hào)的泥漿泵注入泡沫，效果良好，施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度降至最低，鉆進(jìn)過(guò)程中排巖屑、潤(rùn)滑鉆具發(fā)揮了極好的作用。所用泡沫劑化學(xué)名稱為：炳十二烷硫酸鈉，粉末狀，加水稀釋（用量4‰），隨壓縮空氣注入沖擊器。

5 施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

①下鉆前應(yīng)對(duì)沖擊器進(jìn)行地面試驗(yàn)，確認(rèn)沖擊器工作正常后方可下鉆。②使用高垂直度鉆桿，減少鉆具單邊磨損。下鉆時(shí)速度不能過(guò)快，如果遇阻可人力轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，不能猛墩鉆頭和沖擊器。③下鉆接近孔底時(shí)先開風(fēng)，慢慢回轉(zhuǎn)下放鉆具，鉆進(jìn)正常后，應(yīng)輕壓鉆壓控制在15千牛。④嚴(yán)禁鉆具在不回轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行鉆進(jìn)，否則容易使井眼形成鍵槽，造成回轉(zhuǎn)阻力增大，扭斷鉆具或造成井斜。⑤鉆進(jìn)時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視空氣和巖屑上返情況，遇有坍塌和漏失地層，要及時(shí)加注泡沫劑，確保巖屑正常上返，以防埋鉆事故。如遇嚴(yán)重坍塌，則應(yīng)及時(shí)采取措施或更換為常規(guī)泥漿鉆進(jìn)工藝。⑥堅(jiān)硬巖層施工鉆頭外徑應(yīng)用耐磨焊條點(diǎn)焊，高度不超過(guò)合金柱高度，增強(qiáng)鉆頭保徑能力。

6 結(jié)語(yǔ)

①施工前認(rèn)真搜集資料，盡可能對(duì)施工地層多了解，針對(duì)不同地層選擇不同鉆鑿的方法。②施工籌備對(duì)工器具要精心選配，對(duì)易損工器具如錘頭，沖擊器等要備足備好。③備足打撈工具，鉆具有多少種規(guī)格就應(yīng)備多少種相應(yīng)規(guī)格的打撈工具，確保事故處理所用工具充足有效。④施工人員要有較強(qiáng)的責(zé)任心，進(jìn)行相關(guān)知識(shí)技能培訓(xùn)，嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，熟悉沖擊器組裝、拆卸要領(lǐng)，正確使用、組裝沖擊器、鉆頭。