吳昂昂

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327 地質(zhì)隊(duì)，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(chǎng)實(shí)際測(cè)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(hù)壁管的使用、安裝一定適合質(zhì)量需求，本工程兩個(gè)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(jìn)技術(shù)在礦山鉆探的基本上，在國(guó)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(jìn)技術(shù)。

1 基于空氣潛孔錘鉆進(jìn)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(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，在礦井掘進(jìn)設(shè)計(jì)中，預(yù)先確定了空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的設(shè)計(jì)原則。詳細(xì)分析了空氣潛孔錘鉆進(jìn)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(jìn)技術(shù)在礦山鉆進(jìn)中的應(yīng)用，首先要有一定的資質(zhì)和合理的礦山鉆進(jìn)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(jìn)10層以下基巖位置或鉆孔安裝達(dá)到一定深度時(shí)，在鉆孔時(shí)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(shí)，采用現(xiàn)有的技術(shù)，可以隔離外殼層，保護(hù)鉆孔，為了在開采過程中繼續(xù)影響上部復(fù)合模板對(duì)下部施工的影響，同時(shí)在鉆孔下部配備性能良好的沖洗液，針對(duì)深孔鉆削問題，基于空氣潛孔錘鉆進(jìn)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(diǎn)

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(jìn)中減少了提鉆次數(shù)，相對(duì)增加了純鉆進(jìn)時(shí)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(xiàng)目，大大增加市場(chǎng)份額，另一方面也良好地處理了同時(shí)率難點(diǎn)，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(jìn)技術(shù)“低壓、低速”和氣舉反循環(huán)的“孔底加壓、掛鉆”的特點(diǎn)，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(shí)行，因此也為轉(zhuǎn)變孔徑后安全有效地鉆進(jìn)供應(yīng)了強(qiáng)有力的保障。

2.3 攤費(fèi)用用低

當(dāng)時(shí)，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)井的時(shí)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(jìn)后，在下入井前需要多次修孔、校驗(yàn)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(shí)現(xiàn)鉆、洗井的目的，在該工藝下，孔底部很整潔，簡(jiǎn)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(chǎng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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(diǎn)。按鉆井時(shí)效，定點(diǎn)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(shí)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(jì)深度為700 米，建設(shè)單位對(duì)其進(jìn)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，建設(shè)費(fèi)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(shí)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(hù)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(jì)要求；下部應(yīng)用295 mm 和245 mm 牙輪鉆頭進(jìn)行鉆孔。在鉆孔達(dá)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(dá)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(shí)效2.99m,較高時(shí)效4.74m。②氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)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(jìn)時(shí)間較長(zhǎng)而產(chǎn)生崩塌，順當(dāng)?shù)叵戮?。③?fù)合鉆井技術(shù)取得了較好的經(jīng)濟(jì)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(shí)效2.18 M，最大時(shí)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(shí)例分析

3.2.1 概況

為了進(jìn)行試驗(yàn)，選擇了一個(gè)在建礦井作為試驗(yàn)對(duì)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(duì)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(jì)和本文提供的設(shè)計(jì)方案，并將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作為實(shí)驗(yàn)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(jì)劃的大直徑鉆孔的設(shè)計(jì)過程，記錄了四個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的平穩(wěn)性，并將該檢測(cè)組定義為測(cè)試組。最后使用傳統(tǒng)的施工方式實(shí)行施工，記錄平穩(wěn)的庫(kù)容，并定義一個(gè)控制組。相比測(cè)試數(shù)據(jù)，評(píng)估各個(gè)施工工藝的施工質(zhì)量。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)成果研究與論斷

依據(jù)上述計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)步驟，收集4 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種施工方式下的平穩(wěn)承重力實(shí)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(jì)明顯比對(duì)照組更耐用。實(shí)驗(yàn)成果表現(xiàn)，該計(jì)劃方式的性能滿足計(jì)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(yàn)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(jī)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(jìn)工藝，巖屑排出困難。工程實(shí)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(jìn)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(jìn)入泥灰?guī)r時(shí)，由鉆頭周圍和粗徑鉆具上方的巖粉聚集形成“泥圈”，壓強(qiáng)從10 kg (空壓機(jī)最小輸出壓力)緩慢上升至20 kg 左右。這時(shí)，采用邊鉆邊提的方法，即每鉆一次約 lm處，當(dāng)壓力上升時(shí)，立即提出鉆具離開孔底，上下緩慢竄動(dòng)，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(shí)，盡可能在破碎層中多鉆進(jìn)一定深度，直至無法鉆進(jìn)時(shí)，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(jìn)。

（5）每鉆進(jìn)100 m 左右，應(yīng)對(duì)鉆具和潛孔錘進(jìn)行提鉆檢查，同時(shí)通過上下鉆具，對(duì)磨孔壁進(jìn)行吹掃和修理，防止長(zhǎng)時(shí)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(shí)，容易出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，因此，必須合理控制進(jìn)尺與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，并采用擴(kuò)孔器。本項(xiàng)目這兩個(gè)孔在施工過程中為了收集數(shù)據(jù)而未安裝擴(kuò)孔器，在修磨孔壁時(shí)也浪費(fèi)了一定的工時(shí)。

（7）潛孔錘鉆孔時(shí)，空氣壓縮機(jī)的壓力是整個(gè)壓縮空氣流動(dòng)通道內(nèi)各種壓力損失的總和，反映了各個(gè)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(diǎn)，密切觀察風(fēng)壓計(jì)的變化，才能掌握潛孔錘的工況和孔內(nèi)鉆進(jìn)情況。當(dāng)孔內(nèi)涌水量較大時(shí)，鉆進(jìn)效率顯著降低，當(dāng)孔內(nèi)水位達(dá)到100 米左右時(shí)，鉆進(jìn)效率顯著降低。

4.2 礦山鉆探施工操作要點(diǎn)

①進(jìn)入隧道前，必須調(diào)查場(chǎng)地是否平坦。便于移動(dòng)樁機(jī)，然后對(duì)局部易損件進(jìn)行裝藥，保證礦山鉆孔場(chǎng)地的穩(wěn)定，作業(yè)時(shí)不發(fā)生位置移動(dòng)。② 接收鉆孔測(cè)量把控點(diǎn)、基準(zhǔn)線、水平點(diǎn)等有關(guān)信息，與工作人員一起測(cè)量準(zhǔn)確度。設(shè)測(cè)點(diǎn)前，做好行業(yè)籌備工作，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行校正，制定鉆井施工方案。③ 安裝并測(cè)試內(nèi)置機(jī)器。鉆機(jī)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(duì)準(zhǔn)木樁位置，使立柱端部與立柱中心一致，使樁機(jī)平整，保證孔不移動(dòng)。④ 手動(dòng)。樁座就位后，將錘擊與樁位對(duì)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(duì)策。⑤ 清除孔時(shí)，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(jìn)孔內(nèi)擺放。派專人清理洞口，清除的巖屑是可以運(yùn)到外面的顆粒。⑥ 人工穿透堅(jiān)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(shí)，應(yīng)停止人工鉆孔，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，并進(jìn)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(jìn)施工工藝具備成井時(shí)間較短、成井品質(zhì)較好、施工節(jié)省水等特點(diǎn)，縱然早期投資大、技術(shù)水平較高，但面臨目前惡劣的市場(chǎng)競(jìng)斗，它已充足展示出其顯赫的競(jìng)斗力。該結(jié)合鉆進(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)加大，乃至危害施工期間中現(xiàn)場(chǎng)工作人員的人身安全。