我國抗旱打井的若干技術(shù)問題

許劉萬，王艷麗，于保國

（1．中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所，河北 廊坊065000；2．河北省地礦局第四地質(zhì)大隊，河北 承德067000）

1 前言

干旱是我國的主要自然災(zāi)害之一。國家對水利建設(shè)的高度重視及投資力度的加大，對旱災(zāi)的抵御能力有了進(jìn)一步的提升，但總體來看抗旱能力仍然偏低。近年來，受全球氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會對用水量增加的影響，我國的干旱災(zāi)害范圍也在擴(kuò)大。從地下水開發(fā)利用反映的問題來看，由于大量集中開采淺層地下水資源，造成一系列生態(tài)環(huán)境問題，其表現(xiàn)為地下水污染，河道常年斷流，城市地面沉降，沿海海水入侵，地下水堿化，農(nóng)田鹽堿化，洼地干枯萎縮。另外，造成中國城市水資源缺乏原因是大中城市流動人口劇增，生活污水也相應(yīng)增多，供需矛盾突出。水資源時空分布極不平衡，每年夏季因天氣酷熱，自然會造成用水高峰期，一旦久旱無雨，使得可供水資源進(jìn)一步減少。供水設(shè)施建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不成比例，導(dǎo)致用水緊張。缺水不僅嚴(yán)重影響人民群眾的基本生存，而且是造成長期貧困的主要原因。

為解決全國抗旱問題，國務(wù)院總理溫家寶2011年11月2日主持召開國務(wù)院常務(wù)會議討論通過了《全國抗旱規(guī)劃》；為解決好我國嚴(yán)重缺水問題，許多專家積極獻(xiàn)計獻(xiàn)策，共同為開采地下水“把脈會診”，提高全社會對地下水循環(huán)規(guī)律的認(rèn)識，遵循地表水與地下水多次相互轉(zhuǎn)化、相互調(diào)劑的關(guān)系，提高水資源總利用率；始終貫徹“節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境”的基本國策，堅持在保護(hù)中開發(fā)，在開發(fā)中保護(hù)的總原則，堅持“開源和節(jié)流并舉、節(jié)約優(yōu)先、治污為本、高效利用”的總方針，加強用水的統(tǒng)籌規(guī)劃與管理。為搞好抗旱打井，我們從事鉆探技術(shù)研究的單位，應(yīng)該積極參與，促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化，包括研制不同類型的水井鉆機(jī)和配套新技術(shù)工藝方法，加強已有成果的綜合深入研究，堅持科研與生產(chǎn)之間的密切結(jié)合，優(yōu)質(zhì)高效地為施工單位服務(wù)，這對促進(jìn)干旱缺水地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有十分重要的意義。

2 如何開展抗旱打井工作

把抗旱作為水利工作的重中之重，把城鄉(xiāng)居民飲水安全作為抗旱救災(zāi)工作的重中之重，抗旱打井工作就要沖在前頭。從2006年四川、重慶的特大干旱，2010年的云南、貴州、廣西、四川和重慶的干旱，到2011年的云南、廣西、山東、河北的干旱，又到今年云南和部分省的干旱。這些時刻牽動著黨和國家對受災(zāi)地區(qū)人民的關(guān)懷，每年抗旱都充分體現(xiàn)了全國水利一家親，一方大旱，八方支援。開辟水源，打井調(diào)水。在每年抗旱保民生的關(guān)鍵時刻，中國地質(zhì)調(diào)查局始終走在前邊，為抗旱打井提供技術(shù)支持和資料服務(wù)。全面整理、分析和利用已有地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，迅速提供或編制受旱地區(qū)打井水文地質(zhì)圖，圈定打井范圍和層位，為抗旱打井提供技術(shù)指導(dǎo)。要想有把握的打井取水，首先就應(yīng)利用水文地質(zhì)資料，采用物探等途徑進(jìn)一步查清水文地質(zhì)條件和地下水資源確定好井位，方能要求打井隊伍嚴(yán)格把好鉆孔、下管、填礫、洗井、安裝五道關(guān)，保證成井質(zhì)量，力求打一眼，成一眼，搞好配套，發(fā)揮作用。

抗旱打井就是為干旱地區(qū)提供應(yīng)急的補充和調(diào)節(jié)水源。要建立完善的水井運行管理制度，應(yīng)急抗旱打井就是要突擊一個“快”，快速找到地下水、快速地最大限度地將地下水開采出來。

另外，要加大抗旱宣傳，提高群眾對旱情嚴(yán)峻性的認(rèn)識，提高群眾抗旱的緊迫性和主動性，推廣節(jié)水抗旱種植技術(shù)，努力減少水資源消耗，加大防治水污染力度。加強城鄉(xiāng)生活用水管理，有效利用雨洪資源，擴(kuò)大利用再生水。認(rèn)真貫徹好全國抗旱規(guī)劃，樹立全民節(jié)水意識，科學(xué)配置水資源，我們相信一定會取得抗旱減災(zāi)的勝利。

3 抗旱打井鉆機(jī)的選擇

目前國內(nèi)水井鉆機(jī)生產(chǎn)廠家較多，而且與小口徑地質(zhì)勘探鉆機(jī)從性能上比較還有明顯區(qū)別。首先要根據(jù)施工環(huán)境條件、施工方案來確定，選擇質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定、信譽好、售后服務(wù)快捷的品牌。從抗旱打井具體情況來說，一般孔深多在150～500m之間，孔徑450mm以內(nèi)，同時還要考慮下井管，安裝抽水設(shè)備的需要，能適合采用多種鉆進(jìn)工藝，回轉(zhuǎn)扭矩大，提升能力大，搬遷、移動性能好。從鉆機(jī)行業(yè)的分類來說比較明確，切記不要“一機(jī)多用”，如果超出鉆機(jī)自身的工作優(yōu)勢，去做不適應(yīng)的工作，只能損壞設(shè)備，增加不安全因素。

從近年來抗旱的地區(qū)來說，邊遠(yuǎn)山區(qū)較多，交通不太方便，散裝的轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)比較適合，部分地區(qū)也可適用車裝式、拖車式、履帶式的，這主要依據(jù)實際情況來定。對于有些機(jī)械式散裝鉆機(jī)，操作簡單，經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可使用；但對于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者全液壓動力頭鉆機(jī)，就需要進(jìn)行專門培訓(xùn)，否則工作不便，甚至損壞設(shè)備以及造成安全隱患。再是選擇鉆機(jī)還要考慮配件能否方便更換，價格的合理性、通用性、可替代性。如果配件很難更換，尤其易損件，造成的不便，耽誤生產(chǎn)，那就不合算了。當(dāng)然對于一個企業(yè)來說設(shè)計產(chǎn)品就應(yīng)全面考慮，對于用戶來講鉆機(jī)選購要事先了解清楚。這里還要說明的一個問題，對于有些單位或個人積極參加抗旱打井，也曾利用小口徑巖心鉆機(jī)去施工，忽視了抗旱打井快速成井的要求，使得高效鉆進(jìn)工藝實現(xiàn)困難。可見抗旱打井除對水井鉆機(jī)選擇有一個全面了解外，施工工藝配套技術(shù)也需知道，這樣才能很好的投入到抗旱打井工作中去。

4 抗旱打井主要采用的鉆進(jìn)技術(shù)

水作為人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，生態(tài)環(huán)境的重要因素。每年的旱災(zāi)導(dǎo)致災(zāi)區(qū)許多人畜飲水困難，糧食減產(chǎn)。所以統(tǒng)籌抗旱，水源和用水需求是抗旱救災(zāi)的關(guān)鍵，抗旱打井是解決這一問題最有效的途徑。傳統(tǒng)的水文水井鉆探技術(shù)以水或泥漿作為攜帶巖屑冷卻鉆頭和保護(hù)孔壁的鉆進(jìn)循環(huán)介質(zhì)，不僅鉆進(jìn)效率低、成本高、易堵塞含水層，影響出水量。加之旱區(qū)本身就受到缺水的困擾，如若再用水鉆進(jìn)無形中增加了旱區(qū)人民的困難。因此，提高鉆進(jìn)效率、降低施工成本、增加出水量，只有采用氣動潛孔錘高效鉆進(jìn)技術(shù)、復(fù)雜地層氣動潛孔錘跟管鉆進(jìn)技術(shù)以及基巖水井壓裂增水新技術(shù)。這些“節(jié)水型”鉆探技術(shù)確實在抗旱打井中發(fā)揮了極其重要的作用，深受旱區(qū)人民的歡迎。

近年來，抗旱實踐證明從部隊給水團(tuán)到相關(guān)單位等參加抗旱打井，基本上都是以多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)為主進(jìn)行施工，而且該工藝特別適合于干旱缺水地區(qū)。其優(yōu)越性為：提高了鉆進(jìn)效率，降低了鉆探成本，鉆進(jìn)中不會因缺水而停鉆，增加了純鉆進(jìn)時間，縮短了施工周期，見圖1～6。

圖1 SPC－600車裝轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)

圖2 履帶式全液壓動力頭鉆機(jī)

圖3 SPJ－400散裝轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)

圖4 SPC－300車裝轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)

把空氣作為鉆孔沖洗介質(zhì)使用，現(xiàn)在已成為鉆探施工應(yīng)用的熱門技術(shù)，不光在抗旱打井中取得了很好的效果，而且應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，得到了大家認(rèn)可。

圖5 SPJ－300散裝轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)

圖6 小口徑水井施工

在抗旱打井中，大部分單位使用了多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)，但也有些單位因為一次性投資大，未用此種技術(shù)。通過生產(chǎn)實際對比，用于不用差別很大。例如：2008年貴州省抗旱扶貧打井項目，為有把握的開展這一項目，還特意請勘探技術(shù)研究所作為鉆探技術(shù)支撐。針對本地區(qū)地層特點，首先確定了以氣動潛孔錘鉆進(jìn)為主，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)為輔的施工方法。共開動鉆機(jī)12臺，克服了頻現(xiàn)的孔內(nèi)裂隙、溶洞發(fā)育、坍塌、掉塊、埋鉆、卡鉆等事故，以及山區(qū)搬遷不便等諸多困難，總共完成了130多眼打井任務(wù)，孔深范圍150～200m，單孔最大出水量4000余m3／d，平均出水量1280余 m3／d，鉆進(jìn)效率比正循環(huán)泥漿鉆進(jìn)提高7～10倍。大大解決了畢節(jié)、銅仁等地區(qū)人畜吃水難問題。同時，勘探技術(shù)研究所為北京軍區(qū)給水工程團(tuán)赴云南抗旱打井，在應(yīng)用正循環(huán)氣動潛孔錘復(fù)雜地層施工困難的情況下，特意配套了反循環(huán)氣動潛孔錘鉆進(jìn)工藝，解決了施工過程中遇到的技術(shù)難題，具體配套見圖7、8。此外，還為蘭州軍區(qū)給水工程團(tuán)在河南洛陽、三門峽抗旱打井現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)。為更好地發(fā)揮空氣鉆進(jìn)技術(shù)在抗旱打井中的優(yōu)勢，勘探技術(shù)研究所還承辦了水文水井及多工藝空氣鉆進(jìn)技術(shù)培訓(xùn)交流會，見圖9。這一切都充分體現(xiàn)了勘探技術(shù)研究所領(lǐng)導(dǎo)對此項工作的高度重視，及作為抗旱打井技術(shù)支撐的重大作用。

各地抗旱打井所采用工藝方法有力地說明，在硬巖和礫巖中使用空氣鉆進(jìn)最好使用氣動潛孔錘鉆進(jìn)。有關(guān)鉆進(jìn)技術(shù)中，循環(huán)介質(zhì)對鉆速和鉆頭的影響見表1。

圖7 貴州省抗旱打井項目配套反循環(huán)鉆探器具

圖8 北京軍區(qū)給水團(tuán)云南抗旱打井配套反循環(huán)鉆探器具

圖9 水文水井及多工藝空氣鉆探技術(shù)培訓(xùn)交流會

圖10 多工藝空氣鉆探技術(shù)觀摩現(xiàn)場

5 結(jié)語

搞好抗旱打井，除要求各級政府和有關(guān)部門加強組織領(lǐng)導(dǎo)，完善投入機(jī)制，認(rèn)真落實各項政策措施外，還要充分挖掘現(xiàn)有各類水利工程的抗旱功能，強化應(yīng)急聯(lián)合調(diào)度，提高調(diào)控水平和整體抗旱能力。在打井方面具體體現(xiàn)在鉆探工藝和鉆探設(shè)備的合理配套。所以，開采地下水是解決旱情的重要應(yīng)急措施，打井找水由此成為抗旱大戰(zhàn)中重要的一項，許多單位紛紛組織打井隊伍赴旱災(zāi)地區(qū)承擔(dān)任務(wù)。匯聚起迎戰(zhàn)旱魔的力量，樹立起奪取抗旱最后勝利的信心。

從抗旱打井施工反映的問題看，一是交通條件惡劣；二是施工用水奇缺；三是大部分鉆機(jī)由于超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，急需維修保養(yǎng)，加上地域偏僻，鉆機(jī)零配件購置困難，影響正常施工；四是當(dāng)?shù)厣顥l件艱苦異常，條件差；五是必須重視安全。這些問題各施工單位在組織上做到了協(xié)調(diào)管理，分工明確；在技術(shù)上，優(yōu)先采用了氣動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)，成井速度快，出水量大。在整個抗旱過程中，由于工作成果突出，良好的團(tuán)隊精神，均得到了當(dāng)?shù)卣屠习傩盏母叨仍u價和肯定。

［1］ 陳鑫發(fā)，牛建設(shè)，王珍，張秋冬，張慶偉．空壓機(jī)在快速找水打井中的應(yīng)用［J］．探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，13（1）．

［2］ 地質(zhì)礦產(chǎn)部科學(xué)技術(shù)司．探礦工程科技進(jìn)步100例［M］．北京：地質(zhì)出版社，1998．

［3］ 耿瑞倫，陳星慶．多工藝空氣鉆探［M］．北京：地質(zhì)出版社，1994．

［4］ 黃晟輝，趙大軍，馬銀龍，于磊．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）．

［5］ 孫友宏，張祖培，劉寶昌．水井鉆井和成井新技術(shù)［M］．北京：地質(zhì)出版社，2004．

［6］ 趙賢豹，鐘華平，黃昌碩．南方地下水開發(fā)利用存在問題及對策［J］．地下水，2008，30（1）．

［7］ 中國地質(zhì)調(diào)查局．嚴(yán)重缺水地區(qū)地下水勘查論文集［M］．北京：地質(zhì)出版社，2003．