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本文作者：李柏軍宗緒永作者單位：核工業(yè)二四〇研究所

鉆探施工工藝

1鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)地層情況，設(shè)計(jì)為三級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔使用φ110硬質(zhì)合金鉆頭單管鉆進(jìn)，開(kāi)孔鉆至完整基巖，再下入φ108孔口管到位，用泥土填實(shí)再用鋼夾板固定，之后使用φ91金剛石鉆頭單管鉆進(jìn)，鉆至巖層4m，下入φ89套管，鉆后更換S75金剛石繩索取心雙管鉆具進(jìn)入正常鉆進(jìn)。以鉆孔ZKⅡ－7－5為例，鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

2現(xiàn)場(chǎng)布置及設(shè)備安裝

現(xiàn)場(chǎng)布置：根據(jù)鉆機(jī)型號(hào)規(guī)定的地盤(pán)面積154m2（14m×11m），由于地形復(fù)雜地盤(pán)面積適當(dāng)縮小約為140m2，基臺(tái)木、循環(huán)系統(tǒng)布置如圖2、圖3所示。設(shè)備：XY－44鉆機(jī)，BW250／40泥漿泵，繩索取心絞車，30kW柴油機(jī)，64kW發(fā)電機(jī)組，擰管機(jī)等。設(shè)備安裝：平整基臺(tái)地基、鉆孔定位，安裝四角斜塔，鉆塔底座與鉆機(jī)采用重型工字鋼聯(lián)接以增強(qiáng)穩(wěn)定性。用水準(zhǔn)儀校正鉆機(jī)的周正水平，安裝天車時(shí)要求鋼絲繩與滑輪上提引器下垂、鉆機(jī)立軸中心、孔口中心在同一條鉛垂線上。鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)的鋼絲繩經(jīng)過(guò)天車輪和打撈器連接，并向下垂直孔口中心。循環(huán)槽、沉淀池、水池、泥漿泵、高壓管、機(jī)上鉆桿，形成完整的吸排水循環(huán)系統(tǒng)。柴油機(jī)做泥漿泵、發(fā)電機(jī)組、照明燈、絞車、電焊機(jī)、磨光機(jī)的動(dòng)力源?，F(xiàn)場(chǎng)使用380伏電源、絕緣銅芯電纜線，電源制控箱分配電源。

3金剛石鉆頭的選擇

該地區(qū)巖性主要有凝灰?guī)r、安山巖、粗面巖、流紋巖，適用金剛石鉆進(jìn)的可鉆性、研磨性等級(jí)及硬度如表1。選用φ75的孕鑲金剛石鉆頭，根據(jù)鉆遇巖性，巖石中硬—硬，堅(jiān)硬致密，中弱研磨性，鉆遇完整地層時(shí)金剛石鉆頭易拋光、打滑，鉆進(jìn)效率低，宜采用高強(qiáng)度，濃度低，胎體硬度HRC15～30的人造孕鑲金剛石鉆頭；鉆遇巖層松散、破碎，宜采用濃度高，胎體硬度HRC35～40的人造孕鑲金剛石鉆頭。

4鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)

壓力較普通雙管鉆頭大25％左右，轉(zhuǎn)速差不多，泵量泵壓都較普通雙管鉆進(jìn)時(shí)大些。（1）鉆壓正常鉆進(jìn)直徑75mm的孕鑲金剛石鉆頭，要求鉆頭壓力10～12kN，最大壓力15kN。根據(jù)稱重相應(yīng)控制加、減壓數(shù)量，以使孔底鉆壓與稱重表所示鉆壓一致。鉆孔的深度越大，鉆桿柱中間受到的扭矩越大，易折斷，鉆壓要隨孔的加深適當(dāng)減少。（2）轉(zhuǎn)速孕鑲金剛石鉆頭所用金剛石粒度很小，出刃量微小，主要靠轉(zhuǎn)速來(lái)獲取鉆進(jìn)效率，75mm孕鑲鉆頭轉(zhuǎn)速在400～850r／min，如果巖層較破碎、軟硬不均、孔壁不穩(wěn)定時(shí)宜選用下限轉(zhuǎn)速，鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)空間隙小、孔深不大時(shí)盡量選用高轉(zhuǎn)速，反之亦然。（3）沖洗液泵量孕鑲金剛石鉆頭唇面與巖面間只存在漫流區(qū)，主要靠多個(gè)水口循環(huán)，加之常以高轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，因此宜用較大的泵量，以防止發(fā)生燒鉆，泵量值40～60L／min為宜。為加強(qiáng)排粉能力、鉆頭冷卻效果，減少重復(fù)破碎，沖洗液要適中，采用水解聚丙烯酰胺，包裹、絮凝巖屑并增加泥漿粘度，用量0．05～0．1％，使用前將干粉溶成1％濃度的水溶液。采用含基礎(chǔ)油的乳化油類潤(rùn)滑劑，用量0．3～0．5％。

巖心采取

地質(zhì)鉆探施工中要求巖心采取率≥65％，巖礦心采取率≥85％，因此采取率的高低與鉆孔質(zhì)量休戚相關(guān)，每次下鉆前要對(duì)鉆具檢查：（1）外管總成的組裝及檢查，從彈檔頭到鉆頭連接進(jìn)行檢查，鉆頭及擴(kuò)孔器是否合適。（2）內(nèi)管總成的組裝及檢查，撈矛頭是否折彎和伸直要自如可靠，回管上下提拉要可靠，彈頭收縮和張開(kāi)要可靠、單動(dòng)機(jī)構(gòu)要靈活、各部件要擰緊、到位報(bào)信機(jī)構(gòu)調(diào)整要合適、內(nèi)管要平直、加注潤(rùn)滑油、卡簧與卡簧座的軸向及卡簧的彈性要合適。（3）打撈器組裝及檢查：打撈鉤松緊、縮、伸張要自如，與撈矛頭的配合尺寸要適合，軸承單動(dòng)性要好，繩索要夾牢。（4）內(nèi)外管總成裝備及調(diào)試：將內(nèi)外總成在地面放到外管總成內(nèi)測(cè)量軸向長(zhǎng)度，卡簧座下端離鉆頭內(nèi)臺(tái)階要有3～4mm間隙，彈頭擋頭與彈卡嵌要有2～3mm間隙。

鉆進(jìn)技術(shù)要素

升降鉆具不能太快，過(guò)快易使金剛石鉆頭受到?jīng)_擊而損壞，鉆桿與接手處由于壁薄易造成鉆桿折斷、拉斷。鉆具下到位后，開(kāi)泥漿泵送沖洗液排出巖粉，有沖洗液從孔內(nèi)返出時(shí)用小鉆壓、慢轉(zhuǎn)速掃孔，離合器離合要輕，過(guò)猛易造成鉆桿折斷、脫扣，鉆具到達(dá)孔底后采用正常鉆進(jìn)參數(shù)鉆進(jìn)。正常鉆進(jìn)時(shí)工作人員精神要高度集中，時(shí)刻注意進(jìn)尺快慢，觀察機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及傾聽(tīng)孔內(nèi)鉆進(jìn)聲音，如有異常及時(shí)采取相應(yīng)的措施。如進(jìn)尺過(guò)快，可減少鉆壓，適當(dāng)增加泵量；如進(jìn)尺過(guò)慢，可適當(dāng)加大鉆壓，提高鉆進(jìn)效率；如不進(jìn)尺，可通過(guò)稱重判斷鉆桿是否折斷，自重不變則可能是自卡，可采取提鉆或者對(duì)金剛石鉆頭拋光、打滑。鉆遇復(fù)雜地層應(yīng)注意以下幾項(xiàng)：（1）縮水、遇水膨脹的底層，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)增大卡簧座與鉆頭的間隙（大于0．3mm），低泵量、低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，以提高巖心采取率，保護(hù)孔壁，待穿過(guò)該底層后恢復(fù)正常鉆進(jìn)參數(shù)。（2）孔內(nèi)不進(jìn)尺，巖心堵塞，泵壓升高，此時(shí)需提鉆以防止巖心自磨或者提不起內(nèi)管。（3）如內(nèi)管堵死，可嘗試在鉆桿柱懸空狀態(tài)時(shí)重新高轉(zhuǎn)速送水回轉(zhuǎn)，將堵塞的巖心甩掉，或送水繼續(xù)鉆進(jìn)，將堵塞的巖心自磨掉。（4）打滑導(dǎo)致進(jìn)尺慢時(shí)，可投入一些碎石子，加快鉆頭金剛石顆粒的出露，從而加快進(jìn)尺。（5）地層破碎，沖洗液漏失的地層，可灌注水泥漿液或聚丙烯酰胺漿液。（6）地層破碎以致上部鉆孔坍塌的地層，可按二級(jí)鉆孔孔徑擴(kuò)孔，穿過(guò)坍塌地層后下套管護(hù)壁，擴(kuò)孔時(shí)泵量適當(dāng)加大將巖粉雖泥漿攜帶出地表。

事故預(yù)防和處理

（1）在升降鉆具過(guò)程中要預(yù)防跑管事故，可能造成鉆桿與接手形成喇叭口，鉆桿柱與孔壁摩擦阻力增大甚至造成鉆孔報(bào)廢。（2）不合理的鉆進(jìn)參數(shù)可以造成燒鉆，同時(shí)沖洗液采用低固相、低粘度、低失水性的泥漿。（3）在松散破碎地層要嚴(yán)格控制除砂，防止鉆桿內(nèi)壁形成泥皮而造成提不出內(nèi)管，如出現(xiàn)該事故可在鉆桿中加入柴油與機(jī)油的混合油。（4）鉆進(jìn)中難免遇到鉆桿或接手折斷，可有絲錐將鉆桿柱提出。（5）鉆遇卡鉆，可慢速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)上下串動(dòng)，以將掉塊磨損掉。

結(jié)論

鉆孔ZKⅢ－9－28、ZKⅢ－9－30、ZKⅡ－7－5金剛石繩索取心鉆進(jìn)的施工方法和經(jīng)驗(yàn)，充分顯示了金剛石繩索取心鉆進(jìn)方法的優(yōu)越性，工程質(zhì)量高，鉆進(jìn)效率高，鉆頭壽命高，事故率低，勞動(dòng)強(qiáng)度低，設(shè)備材料消耗小，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文根據(jù)該工程總結(jié)了一些施工工藝和經(jīng)驗(yàn)，繩索取心鉆進(jìn)工藝也將會(huì)在更多的地質(zhì)工作中得到廣泛應(yīng)用。