河南省空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

黃彥彬，余立明，靳雙喜

（1.河南省地礦建設(shè)工程〈集團(tuán)〉有限公司，河南 鄭州450007;2.河南省地礦局水文二隊，河南 鄭州 450053）

河南省空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

黃彥彬1，余立明2，靳雙喜1

（1.河南省地礦建設(shè)工程〈集團(tuán)〉有限公司，河南 鄭州450007;2.河南省地礦局水文二隊，河南 鄭州 450053）

以詳實資料概要回顧了自20世紀(jì)80年代以來河南地質(zhì)勘探行業(yè)引進(jìn)、推廣應(yīng)用空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)并不斷發(fā)展的歷程及其成效。

空氣潛孔錘;地質(zhì)勘探;應(yīng)用;發(fā)展

1 概述

空氣潛孔錘鉆進(jìn)以其高效、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點倍受國際鉆探界的青睞，自20世紀(jì)60年代以來，已先后在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用。我國地礦部門于1978年開始進(jìn)行該項新技術(shù)在水文水井鉆探的應(yīng)用研究，80年代初，地礦部水文方法隊和山西水文一隊相繼開展了水文水井鉆探氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的研究與應(yīng)用工作，在河北保定、山西太原等地缺水山區(qū)的水井施工中成效顯著。

河南省最早于1986年由省地礦廳水文一隊開始研究、引進(jìn)空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)，并應(yīng)用于缺水山區(qū)的水文水井鉆探施工。隨著對該項技術(shù)研究的深入和設(shè)備發(fā)展的日趨成熟，目前在河南省已推廣應(yīng)用到探礦工程（巖土鉆掘）施工的各個領(lǐng)域，工藝技術(shù)方法實現(xiàn)了多樣化，各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)先進(jìn)，取得了十分顯著的社會和經(jīng)濟效益，極大推動了河南探礦工程技術(shù)進(jìn)步，為河南地勘行業(yè)經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

筆者通過總結(jié)和介紹河南省推廣應(yīng)用空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)歷程，旨在進(jìn)一步推動河南地質(zhì)科技進(jìn)步，著力提升探礦工程科技水平，促進(jìn)探礦工程高層次人才發(fā)展，帶動探礦專業(yè)技術(shù)隊伍整體水平提升，在當(dāng)前實現(xiàn)深部探礦突破戰(zhàn)略中，為河南找礦突破和跨越式發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

2 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

2.1 水文水井鉆探施工

河南省地礦局水文一隊最早于1986年開始進(jìn)行氣動潛孔錘鉆進(jìn)試驗的調(diào)研、立項和設(shè)備配套工作，1987年7月進(jìn)行水文水井生產(chǎn)性試驗研究工作，先后完成了“氣動潛孔錘鉆進(jìn)試驗”、“多工藝空氣鉆進(jìn)試驗”、“氣動貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝研究”等多項研究項目，推動了空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在河南地礦、煤田地質(zhì)勘探、水利打井系統(tǒng)等多行業(yè)、多單位的廣泛應(yīng)用。

2.2 金礦勘探

1990年，為解決河南嵩縣大張鄉(xiāng)范疙瘩金礦區(qū)復(fù)雜地層取心困難問題，長春地質(zhì)學(xué)院和河南地礦局地質(zhì)二隊聯(lián)合開展了GQ-100/44型貫通式潛孔錘反循環(huán)取心（樣）鉆進(jìn)試驗，解決了該礦區(qū)取心困難問題，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。目前吉林大學(xué)將該項技術(shù)在河南欒川縣南泥湖鉬礦勘探中推廣應(yīng)用，每年完成數(shù)千米工作量。

2.3 煤層氣施工

2003年以來，河南省煤田地質(zhì)局所屬河南豫中地質(zhì)勘察工程公司將氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于煤層氣抽采井施工，配備了數(shù)臺（套）大功率、高風(fēng)壓、大風(fēng)量空壓機、增壓機和先進(jìn)的進(jìn)口全液壓動力頭多功能車載鉆機，在河南安陽、焦作，沁水盆地（山西省的晉城、高平、長治、陽泉、沁水、陽城、安澤等市、縣），陜西榆林，安徽淮南等多處煤炭基地和煤層氣富集區(qū)，已完成1100余眼煤層氣井，其中230余眼采用氣動潛孔錘鉆進(jìn)完成，累計進(jìn)尺愈11萬余米。目前，該公司以其技術(shù)先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)高效和良好的市場信譽在國內(nèi)煤層氣井施工領(lǐng)域占有三分天下，為河南煤田地質(zhì)勘探經(jīng)濟發(fā)展注入了新的活力。

2.4 抗旱救災(zāi)工程

1992年3月，河南豫西遭遇嚴(yán)重旱情，在豫西三門峽地區(qū)的抗旱打井工程中，采用氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在嚴(yán)重的缺水山區(qū)高效、優(yōu)質(zhì)的完成抗旱井3眼，進(jìn)尺756 m，解決了當(dāng)?shù)夭糠秩罕姷娜诵笥盟畣栴}，受到了地礦部張文岳副部長、河南省地礦局和三門峽市政府主要領(lǐng)導(dǎo)的現(xiàn)場嘉獎。

2010年3月，河南省國土資源系統(tǒng)赴云南抗旱救災(zāi)工作中，采用氣動潛孔錘鉆進(jìn)工藝，26天內(nèi)突擊完成19眼抗旱井的施工任務(wù)，累計鉆探進(jìn)尺1261.70 m，平均時效15 m/h，累計出水量1878 m3/d，解決了3.756萬人的安全飲水問題，創(chuàng)該地區(qū)單位時間內(nèi)打井?dāng)?shù)量、鉆探進(jìn)尺、出水量之最，率先超額完成國土資源部下達(dá)的云南抗旱鉆井任務(wù)，受到了云南省政府、國土資源部的表彰和通令嘉獎。

2011年3月，在全國北方大面積的抗旱救災(zāi)中，河南省地礦局在河南滎陽、鞏義、博愛等地已完成鉆井6眼，約1700 m進(jìn)尺，鉆進(jìn)最大深度457 m、單井最大出水量45 m3/h，取得了良好的的階段性成果，目前該工程正在實施中。

2.5 國外供水井施工

1997年以來，為響應(yīng)聯(lián)合國的非洲經(jīng)濟技術(shù)援助計劃、解決非洲部分地區(qū)人畜用水問題，并為河南省地礦行業(yè)開辟國際工勘市場，河南省地礦集團(tuán)先后在非洲的加納、幾內(nèi)亞、塞內(nèi)加爾等非洲國家，采用氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)共完成城鎮(zhèn)及農(nóng)村人畜供水井工程施工項目近20余項，完成供水井施工近2000眼，鉆探工作量10萬余米，贏得了當(dāng)?shù)孛癖姷母叨荣潛P和國際社會的普遍認(rèn)可，為河南地礦開辟國際工勘市場做出了較大貢獻(xiàn)，也為當(dāng)前河南地礦在非洲國家實施走出去戰(zhàn)略的地質(zhì)找礦、資源開發(fā)計劃奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.6 地災(zāi)治理及工程施工

1995年以來，河南省地礦局探礦三隊采用氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)，完成了以“廈門惠陽大廈高邊坡治理”、“小浪底水庫進(jìn)水口邊坡錨索加固”為代表的10余項地災(zāi)治理及建設(shè)工程高邊坡支護(hù)加固施工項目，完成工作量約4萬余米。

3 多種工藝方法

3.1 干空氣鉆進(jìn)

試驗初期，采用國產(chǎn)W10/60型高壓空壓機雙臺并聯(lián)，完成基巖供水井9眼，在可鉆性為6～7級的地層條件下，完成試驗進(jìn)尺1725.39 m，平均時效5.83 m?，F(xiàn)已發(fā)展配套英格索蘭1070型空壓機單機或雙機并聯(lián)、采用高壓沖擊器，鉆進(jìn)最大孔徑250 mm，平均時效15 m，單回次最高時效40 m，單井最大出水量110 m3/h，鉆進(jìn)最大深度796.53 m，水下鉆進(jìn)最大深度275 m。

3.2 空氣泡沫鉆進(jìn)

在水文水井鉆探口徑大、空壓機供風(fēng)不足的情況下，1988年河南省地礦廳水文一隊開展了以空氣泡沫潛孔錘鉆進(jìn)為主要內(nèi)容的“多工藝空氣鉆進(jìn)試驗”項目，對空氣泡沫潛孔錘鉆進(jìn)的設(shè)備配套、泡沫材料選型、泡沫配方等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，分別采用了地礦部勘探技術(shù)研究所、長春地質(zhì)學(xué)院、成都地質(zhì)學(xué)院研制的 DF-1、CDT-812、ADF-1和ABS、十二烷基硫酸鈉等多種類型的泡沫材料，應(yīng)用中鉆進(jìn)最大孔徑250 mm，平均時效14.01 m。解決了干空段粉塵污染和潮濕層段巖粉糊鉆問題，提高了在潮濕層段的鉆進(jìn)效率。

3.3 空氣潛孔錘跟管鉆進(jìn)

1990年，河南省地礦局水文一隊為解決輝縣黃水河水文地質(zhì)勘察中卵石層鉆進(jìn)困難問題，采用無錫探礦廠生產(chǎn)的GDY-2型工程動力頭鉆機，配用自行研制的潛孔錘跟管鉆具進(jìn)行了跟管鉆進(jìn)探索性試驗并取得較好效果，完成了該項目的鉆探施工任務(wù)。

3.4 空氣潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)

1988年，河南省地礦廳水文一隊與長春地質(zhì)學(xué)院合作，在長春地質(zhì)學(xué)院研制的GQ-200型貫通式潛孔錘的基礎(chǔ)上，配用 SHB127/87雙壁鉆桿和W10/60型高壓空壓機進(jìn)行“氣動貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)工藝研究”項目，取得了平均時效3.72 m，單臺空壓機（供風(fēng)量10 m3/min）最高時效9.16 m，巖心（樣）采取率98%以上，巖心最大直徑62 mm，最大長度35 mm的技術(shù)效果。該項研究在國內(nèi)首次實現(xiàn)了氣動貫通式潛孔錘全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)，填補了國內(nèi)該項技術(shù)空白。

在GQ-200型貫通式潛孔錘全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)試驗基礎(chǔ)上，1990年，長春地質(zhì)學(xué)院和河南省地礦廳地質(zhì)二隊在河南嵩縣大張鄉(xiāng)范疙瘩金礦區(qū)復(fù)雜地層，聯(lián)合開展GQ-100/44型貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)試驗。該試驗配用一臺W10/60型空壓機和SDC-89/43外平卡槽式雙壁鉆桿，共完成9個鉆孔，進(jìn)尺1764.62 m;最大孔深259 m，水下鉆進(jìn)220 m;平均時效4.08 m，最高時效46 m;最大提鉆時間間隔86 m，鉆頭平均壽命75 m，最高壽命 124 m;巖心（樣）采取率100%，巖心最大直徑44 mm，最長102 mm。該項目取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果，大幅度提高了該礦區(qū)的勘探質(zhì)量和找礦成果，使該礦區(qū)的金礦儲量由原計劃的4 t提高到5 t。

2006年，河南豫中地質(zhì)勘察工程公司與吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院在山西潞安煤礦煤層氣工程孔施工中，聯(lián)合開展了大直徑鉆孔、多通道貫通式潛孔錘反循環(huán)應(yīng)用試驗，鉆孔直徑630 mm，孔深48 m，進(jìn)尺32 m，鉆進(jìn)效率3.0 m/h，較常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)效率0.13 m/h提高了23倍，試驗效果良好。

4 主要設(shè)備的優(yōu)化配置

4.1 空壓機

由初期采用國產(chǎn)高風(fēng)壓、低風(fēng)量、高耗能的W10/60型空壓機，逐步優(yōu)化配套了進(jìn)口智能型中高風(fēng)壓、大風(fēng)量、低能耗的英格索蘭（Ingersoll-Rand）系列750、1070型，阿特拉斯（Atlas-Copco）系列385型和高壓力增壓機，目前省內(nèi)約有近10臺（套）。

4.2 鉆機

根據(jù)鉆孔類型將單一采用SPC-300H型黃河鉆機推廣應(yīng)用到紅星400、SPJ-300、DPP-100、TSJ（石家莊煤機廠）水井系列等型號鉆機。2006年河南豫中地質(zhì)勘察工程公司又引進(jìn)了德國寶峨RB50型、美國雪姆T130XD型全液壓動力頭多功能車載鉆機，大幅度提高了空氣潛孔錘鉆進(jìn)設(shè)備的技術(shù)性能和適應(yīng)能力。

4.3 潛孔錘

根據(jù)不同孔深、孔徑和地層條件，采用了JG、DHD、TH、CZ等多種系列無閥式高壓潛孔錘，大幅度提高了鉆進(jìn)效率、水下鉆進(jìn)深度、沖擊器及鉆頭使用壽命等指標(biāo)。

5 取得的主要成就

5.1 拓展了應(yīng)用范圍

由單一水文水井空氣潛孔錘鉆進(jìn)拓展到金礦勘探、煤層氣施工、抗旱救災(zāi)、國外打井、地災(zāi)治理與建設(shè)工程施工等領(lǐng)域;由原來的干空氣潛孔錘鉆進(jìn)實現(xiàn)了空氣泡沫、跟管、全孔連續(xù)反循環(huán)取心（樣）等多種空氣鉆進(jìn)工藝。

5.2 獲得了高效的技術(shù)指標(biāo)

煤層氣施工綜合指標(biāo):鉆孔孔徑215 mm;最大孔深796.53 m;平均時效23 m，最高時效40 m。

水文水井鉆探綜合指標(biāo):最大孔徑250 mm;最大鉆進(jìn)孔深457 m;平均時效15 m、單回次最高時效37 m;水下鉆進(jìn)最大深度275 m;單井最大出水量110 m3/h。

氣動貫通式潛孔錘全孔反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆進(jìn)綜合指標(biāo):最大孔徑250 mm;最大鉆進(jìn)孔深259 m，水下鉆進(jìn)220 m;平均時效4.08 m，單回次最高時效46 m;最大提鉆時間間隔86 m，鉆頭平均壽命75 m，最高壽命124 m;巖心（樣）采取率100%，巖心最大直徑62 mm，最長102 mm。

5.3 優(yōu)化了設(shè)備配置

更新配套了英格索蘭（Ingersoll-Rand）、阿特拉斯（Atlas-Copco）系列中高壓、大風(fēng)量空壓機和高壓增壓機，進(jìn)口了德國寶峨RB50型、美國雪姆T130XD型多功能車載鉆機，大幅度提高了空氣潛孔錘鉆進(jìn)設(shè)備的技術(shù)性能和適應(yīng)能力。

5.4 社會經(jīng)濟效益顯著

在嚴(yán)重缺水山區(qū)找水打井和歷次抗旱救災(zāi)工作中成效顯著，解決了當(dāng)?shù)厝罕姷娜诵笥盟畣栴}，多次受到地礦部、國土資源部和地方政府的高度贊揚和通令嘉獎，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。

5.5 取得了豐碩的科研、學(xué)術(shù)成果

以“氣動潛孔錘鉆進(jìn)試驗”、“多工藝空氣鉆進(jìn)試驗”、“氣動貫通式?jīng)_擊器反循環(huán)鉆進(jìn)工藝研究”、“貫通式潛孔錘及反循環(huán)鉆進(jìn)研究與應(yīng)用”、“金礦復(fù)雜地層貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆探試驗研究”等多項成果，自1990年以來共獲得地礦部和河南省的多項科技進(jìn)步獎。其中“貫通式潛孔錘及反循環(huán)鉆進(jìn)研究與應(yīng)用”項目與長春地質(zhì)學(xué)院聯(lián)合于1992年獲地礦部科技進(jìn)步一等獎;“潛孔錘反循環(huán)鉆頭及鉆進(jìn)技術(shù)”項目與長春地質(zhì)學(xué)院聯(lián)合于1995年獲國家發(fā)明四等獎;“金礦復(fù)雜地層貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心（樣）鉆探試驗研究”項目1996年獲地礦部“八五”定向科研成果二等獎，其他為省部級科技進(jìn)步二、三等獎。在1996年的第三十屆國際地質(zhì)大會和《探礦工程》專業(yè)期刊為代表的各類專業(yè)學(xué)術(shù)會議和專業(yè)期刊上發(fā)表了多篇論文，取得了顯著的技術(shù)、學(xué)術(shù)成果。

6 結(jié)語

20世紀(jì)80年代以來，空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在河南省成功應(yīng)用于水文水井鉆探、金礦勘探、煤層氣施工、地質(zhì)災(zāi)害治理和建設(shè)工程施工等探礦工程、巖土鉆掘工程的各個鉆探施工領(lǐng)域，培養(yǎng)造就了一批高層次專業(yè)技術(shù)人才，極大地推進(jìn)了河南省探礦工程技術(shù)進(jìn)步，為河南省地質(zhì)勘探經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。值此“十二五”開局之年，謹(jǐn)以此文，期望進(jìn)一步推動河南省地質(zhì)科技進(jìn)步，努力提升全省探礦工程科技水平，促進(jìn)探礦工程高層次人才發(fā)展，帶動探礦專業(yè)技術(shù)隊伍整體水平提升，在當(dāng)前實現(xiàn)深部探礦突破戰(zhàn)略中，為河南省找礦突破和跨越式發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

［1］ 陳鑫發(fā)，牛建設(shè).空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在豫西抗旱找水打井施工中的應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（10）:37-39.

［2］ 黃晟輝，趙大軍，馬銀龍，等.氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在云南旱區(qū)找水工程中的應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2011，38（4）:28-30.

［3］ 劉家榮，王建華，王文斌，等.氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)若干問題［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，37（5）:40-44.

［4］ 許劉萬，劉智榮，趙明杰，等.多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)及其新進(jìn)展［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（10）:8-14.

［5］ 殷其雷，博坤，李忠.貫通式潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在復(fù)雜地層中的應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（5）:9-12.

Application Development and the Achievements of Air DTH Hammer Drilling Technology in Henan

HUANG Yanbin1，YU Li-ming2，JIN Shuang-xi1（1.Henan Geological ＆ Mineral Resources Construction Engineering〈Group〉Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450007，China;2.No.2 Hydrogeology and Engineering Geology Team，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Zhengzhou Henan 450053，China）

With the full and accurate records，the paper reviewed the course and development achievements of the introduction and application of air DTH hammer drilling in Henan geological exploration industry since 1980’s.

air DTH hammer;geological exploration;application;development

P634.5

A

1672-7428（2012）01-0037-03

2011-05-05;

2011-11-08

黃彥彬（1958-），男（漢族），湖北黃陂人，河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司福建辦事處主任、工程師，地質(zhì)專業(yè)，從事地質(zhì)工程施工管理工作，河南省鄭州市互助路25號;余立明（1965-），男（漢族），湖北武漢人，河南省地礦局水文二隊工程師，探礦工程專業(yè)，從事探礦工程技術(shù)與管理工作，河南省鄭州市南陽路56號地礦大廈;靳雙喜（1954-），男（漢族），河南?？h人，河南省地礦建設(shè)工程（集團(tuán)）有限公司副總工程師、教授級高級工程師，探礦工程專業(yè)，從事鉆探工藝技術(shù)研究及管理工作，jinsx2007@163.com。