氣動(dòng)潛孔錘在喀斯特地區(qū)的應(yīng)用

陳敏

[摘要]簡(jiǎn)述氣動(dòng)潛孔錘在貴州施秉縣喀斯特地貌缺水區(qū)的應(yīng)用，闡述氣動(dòng)潛孔錘的技術(shù)參數(shù)、優(yōu)缺點(diǎn)以及遇到的問(wèn)題和相關(guān)的處理辦法。

[關(guān)鍵詞]氣動(dòng)潛孔錘 參數(shù) 實(shí)際問(wèn)題與處理辦法

[中圖分類號(hào)] F407.1 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-8-459-1

1引言

廣西省三一○核地質(zhì)大隊(duì)于二○一四年參與了貴州省水利建設(shè)“三大會(huì)戰(zhàn)”地下水（機(jī)井）工程的施工，施工區(qū)域?yàn)榍瓥|南施秉縣，掌握該區(qū)域的含水巖性、結(jié)構(gòu)、巖溶發(fā)育情況、地下水位埋深，為施秉縣甘溪鄉(xiāng)、白跺鄉(xiāng)、楊柳鎮(zhèn)等地提供安全的人畜飲供水水源點(diǎn)。施秉縣屬于喀斯特地貌，地層以灰?guī)r與白云巖為主；根據(jù)甲方設(shè)計(jì)和該地區(qū)地勢(shì)起伏大，巖溶地貌發(fā)育，干旱缺水等特點(diǎn)，選用履帶式全液壓氣動(dòng)潛孔錘進(jìn)行施工。

2氣動(dòng)潛孔錘原理與特點(diǎn)

氣動(dòng)潛孔錘是將壓縮空氣既作為洗井介質(zhì)，又作為破碎巖石的能量；使用這種方法鉆進(jìn)時(shí)，用地面的鉆機(jī)通過(guò)鉆桿對(duì)孔底施加壓力和轉(zhuǎn)矩，而用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)潛孔錘（即沖擊器）對(duì)巖石進(jìn)行沖擊碎巖，實(shí)現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；同時(shí)利用壓縮空氣對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻，并將孔底巖屑向上排出地表[1]。其主要特點(diǎn)是：鉆進(jìn)硬巖效率高，鉆頭壽命長(zhǎng)，

回轉(zhuǎn)速度低，扭矩小、鉆壓小、并有防斜作用；因?yàn)槭且钥諝鉃榻橘|(zhì)的一種鉆進(jìn)方法，對(duì)含水層具有保護(hù)作用，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)壓鉆進(jìn)能有效的提高出水量；還能有效的解決在干旱缺水供水困難地區(qū)拉水打鉆成本高，效率低、施工時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題；履帶式能解決施工點(diǎn)與點(diǎn)之間的設(shè)備搬運(yùn)困難的問(wèn)題。

3工程概況

為盡快解決施秉縣周邊缺水干旱區(qū)的人畜供水問(wèn)題，我隊(duì)2014年5月22日進(jìn)場(chǎng)，2014年5月26日開(kāi)鉆，8月6日鉆井結(jié)束，歷時(shí)70天共成井12口，其中1口為干孔，總進(jìn)尺1824米，總出水量為：1670m3/d，解決當(dāng)?shù)厝彼珊祮?wèn)題，達(dá)到甲方的要求。

4鉆孔結(jié)構(gòu)

（1）開(kāi)孔口徑為Φ278mm，鉆進(jìn)至完整基巖3～5m下入Φ245mm固井管，并注入水泥漿進(jìn)行永久性止水固井，該地區(qū)入巖一般在22米左右。

（2）固井24小時(shí)后換徑用Φ224mm潛孔錘鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)至50米（安裝水泵段），下入Φ219mm口徑濾水管，以便后期安裝水泵抽水，具體要按含水層的實(shí)際深度來(lái)安裝。

（3）最后用Φ172潛孔錘鉆頭鉆進(jìn)至150米，做該機(jī)井的沉渣段。

5潛孔錘鉆機(jī)設(shè)備參數(shù)

鉆機(jī)型號(hào)是履帶式全液壓潛孔錘BDLD300型，可鉆深度300米，最大孔徑為320mm，工作風(fēng)壓1.05-2.46Mpa，回轉(zhuǎn)速度1-105rpm，回轉(zhuǎn)扭矩4.3KN，軸壓力40.82KN，配備鉆桿89×10×3000（mm）?？諌簷C(jī)是美國(guó)壽力1070XH型，排氣量30.3 m3/min，工作壓力2.41Mpa。

6潛孔錘技術(shù)參數(shù)[1-2]

潛孔鉆機(jī)技術(shù)的選擇是否合理，直接影響鉆機(jī)效率和經(jīng)濟(jì)效益，它主要包括鉆壓、轉(zhuǎn)速、供風(fēng)量和風(fēng)壓等。

（1）潛孔錘破碎巖石主要是靠沖擊力完成，鉆進(jìn)效率的高低主要取決于沖擊力的大小和沖擊頻率的多少，而鉆壓是保證沖擊功率并發(fā)揮作用的鋪助力。潛孔全面鉆進(jìn)，一般認(rèn)為單位直徑的壓力值在30～90kg/cm。

（2）轉(zhuǎn)速的高低主要和沖擊器的沖擊頻率，規(guī)格大小以及鉆巖的物理機(jī)械性質(zhì)有關(guān)。一般直徑在 200mm左右的鉆孔，軟巖層 30-50r/min、中硬地層 20-40r/min、硬巖層10-30r/min。

（3）供風(fēng)量要根據(jù)所選潛孔錘的性能和鉆孔深度及直徑合理確定，達(dá)到潛孔錘既能正常工作，又能排除孔底巖粉[3]。

Q≥VK60（D-d）π/4

Q-供氣量，m3/min；

D-孔徑，m；

d-鉆桿直徑，m；

V-上返風(fēng)速，一般取V≥15m/s；K-系數(shù)，一般取1.3左右。

（4）風(fēng)壓是與潛孔錘的沖擊頻率和沖擊力有密切關(guān)系。研究資料表明，在潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)，除正常工作所需風(fēng)壓外，還要加上克服水位以下的水柱壓力及孔深時(shí)沿程壓降。一般情況下，低壓潛孔錘所需風(fēng)壓為0.5Mpa～0.7Mpa，高壓潛孔錘所需風(fēng)壓為0.8Mpa～1.5Mpa。

7實(shí)際施工遇到的問(wèn)題和解決辦法

ZK-201號(hào)鉆孔施工點(diǎn)在施秉縣白跺鄉(xiāng)，鉆孔坐標(biāo)N：27°16′24″ E：108°13′26″ Z：965m，該區(qū)域地下裂隙發(fā)育較多，地層破碎，在鉆進(jìn)施工至103米處出現(xiàn)了壓縮的空氣往鉆孔周邊的裂隙跑，巖屑排不出去，如增加風(fēng)壓孔壁會(huì)出現(xiàn)掉塊的現(xiàn)象，使得鉆具回轉(zhuǎn)、提動(dòng)困難，根據(jù)實(shí)際情況我們采用了CDT-813泡沫劑，將配好的泡沫溶劑通過(guò)風(fēng)管送入孔內(nèi)，進(jìn)行泡沫鉆進(jìn)，實(shí)際使用后得出結(jié)論：泡沫鉆進(jìn)不僅助排渣能力強(qiáng)還有一定的護(hù)壁堵漏的作用，還可以降低巖屑沉降速度，避免埋鉆的發(fā)生。通過(guò)泡沫鉆進(jìn)，該孔終孔深度為150.5米，順利完成施工。

另一個(gè)鉆孔ZK3-01在施秉縣甘溪鄉(xiāng)，鉆孔坐標(biāo)N：27°04′28.5″E：108°16′00″ Z：694m，該鉆孔鉆進(jìn)至90米位置遇到15米厚的松散強(qiáng)風(fēng)化白云巖，出現(xiàn)排渣多，提上鉆具放不下，孔壁坍塌的現(xiàn)象；開(kāi)始采用灌水泥將巖石固結(jié)的辦法，但因孔較深，風(fēng)化巖層較厚沒(méi)有成功；后來(lái)采取了先用Φ224mm鉆頭從50米擴(kuò)孔至100米，下入2節(jié)長(zhǎng)9米厚6mmΦ168的鐵管，把風(fēng)化層隔開(kāi)，然后用Φ155潛孔錘鉆頭鉆進(jìn)至孔底。

8結(jié)束語(yǔ)

空氣潛孔錘鉆在該地區(qū)的應(yīng)用確實(shí)解決了缺水、搬家難問(wèn)題，成孔率快速而且高效，降低了施工成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。但它也有不足之處：其穩(wěn)定性較差，沖擊器沖力大，鉆機(jī)震動(dòng)力大，對(duì)孔壁震動(dòng)較大，容易破壞孔壁的穩(wěn)定性，特別是干孔；在實(shí)際施工中操作不當(dāng)容易造成井孔偏離；巖層井孔易卡鉆頭；沖擊器潛孔鉆頭易脫落；巖粉易阻塞泉水孔，會(huì)有一少部分巖層粉在風(fēng)壓的作用下向井孔四周擴(kuò)散阻塞出水孔，水流不出來(lái)，影響機(jī)井的涌水量；遇到破碎地層處理的方法較少，較難鉆進(jìn)。這對(duì)空氣潛孔錘的發(fā)展和應(yīng)用帶來(lái)了一定的制約，所以不同的區(qū)域不同的地層要選擇合適的設(shè)備與工藝，才能實(shí)現(xiàn)成本最小化效益最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]耿瑞倫 陳星慶. 《多工藝空氣鉆探》. 地質(zhì)出版社 . 1995年10月.

[2]杜祥麟等 《潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)》. 地質(zhì)出版社. 1988年10月.

[3]巖土工程施工技術(shù)[M]. 成都理工大學(xué). 2004.