繩索取心技術(shù)在巖土鉆探施工中的應(yīng)用

王圣勇

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊(duì)，山東 泰安 271000）

在實(shí)際鉆探過程中，由于施工區(qū)巖體和地層的復(fù)雜環(huán)境，以及不同的地質(zhì)條件，繩索取心鉆探技術(shù)取得的效果也有一定的差異。尤其是當(dāng)巖層條件比較復(fù)雜的時(shí)候，很可能在繩索取心鉆孔中出現(xiàn)鉆桿斷裂，卡鉆等事故，這將給鉆探施工帶來很大麻煩[1]。給整個(gè)鉆探施工帶來較大損失。因此，如何在復(fù)雜的地層條件下有效利用繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)在鉆探施工的實(shí)際過程中，結(jié)合鉆探現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，提高鉆探效率與鉆探質(zhì)量、安全，具有重要意義[2]。

1 繩索取心技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍

在我國(guó)，繩索取心鉆探技術(shù)的發(fā)展較晚，與一些先進(jìn)的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，繩索取心鉆探的綜合效率和使用壽命存在差異。然而，在眾多鉆探專家學(xué)者的不懈努力下，我國(guó)繩索取心鉆探技術(shù)取得了很大的進(jìn)步。繩索取心鉆探技術(shù)已廣泛應(yīng)用于巖礦勘探，工程地質(zhì)勘探，水文水資源工程地質(zhì)勘查等實(shí)際工程中。目前，我國(guó)繩索平均月效率可達(dá)600m～1000m，平均工作效率可達(dá)7m/h～10m/h。在正常情況下，鉆桿的綜合使用壽命超過20000m。然而，大量國(guó)內(nèi)鉆探的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)表明，使用繩索取心鉆探技術(shù)后，并非所有鉆探項(xiàng)目都能獲得滿意的效果。在巖石的鉆探中，應(yīng)該綜合考慮鉆探條件，比如鉆孔深度，鉆頭質(zhì)量水平和繩索取心鉆具及輔助設(shè)備等因素。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件以及投資成本，合理選擇鉆探技術(shù)。繩索取心技術(shù)，從理論上講適合各種巖層條件，應(yīng)用范圍比較廣泛。繩索取心技術(shù)適合于4級(jí)～9級(jí)巖層，鉆探效率及質(zhì)量、安全都有一定的保障。但是，就我國(guó)目前的鉆探施工技術(shù)水平來說，不建議采用繩索取心技術(shù)進(jìn)行10級(jí)～12級(jí)鑿巖施工。特別是當(dāng)巖層是非常堅(jiān)硬的巖層，如果采用繩索取心技術(shù)，密度大，顆粒細(xì)小，在上述巖層條件下，鉆頭打滑，鉆速效率也相對(duì)較低，不能充分發(fā)揮繩索取心鉆孔技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，造成鉆探效率、質(zhì)量下降。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，繩索取心技術(shù)既可以用于淺孔鉆探，也可以用于深孔巖石鉆探。一般情況下，在繩索取心技術(shù)工藝范圍內(nèi)，孔深越深，經(jīng)濟(jì)效益就越好。然而，在具體工程中，一定要選擇質(zhì)量較好的鉆頭及鉆具組合，保證鉆孔過程的穩(wěn)定、高效。如果鉆頭質(zhì)量有缺陷，就會(huì)造成鉆頭在施工過程中出現(xiàn)故障，就大大降低了繩索取心深孔鉆探的優(yōu)點(diǎn)和使用意義。

2 繩索取心工藝

（1）鉆進(jìn)參數(shù)。由于繩索取心具有取心和取心不提鉆的特點(diǎn)，所以其應(yīng)用范圍非常廣泛。但是，在實(shí)際的鉆探中，巖層的物理性質(zhì)有一定的變化，所以，相關(guān)操作人員注意具體實(shí)踐過程中的技能。如果巖層的性質(zhì)具有差異，那么鉆探工藝也應(yīng)隨之發(fā)生變化。所以，只有熟練掌握相關(guān)技術(shù)參數(shù)，才能得到更好的效果。

（2）鉆壓。①在鉆探過程中，Ф96mm鉆頭鉆進(jìn)一般保持在900kg～1400kg，直到該輪的最后10cm，鉆進(jìn)壓力基于正常鉆壓增加100kg～200kg。Ф76mm鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，一般鉆進(jìn)壓力700kg～900kg，根據(jù)具體施工情況進(jìn)行調(diào)整。在巖心鉆探中，如果鉆探壓力沒有得到很好的掌握，就會(huì)出現(xiàn)一系列問題，如進(jìn)尺慢、巖芯堵塞等，以及空磨鉆頭等問題。影響鉆頭使用壽命。②取心時(shí)，鉆壓適當(dāng)加壓100kg～200kg，鉆探壓力穩(wěn)定。切割巖心時(shí)，停止鉆進(jìn)并提起約5厘米，并轉(zhuǎn)動(dòng)3圈至5圈以扭斷巖心。

（3）轉(zhuǎn)速。鉆探過程中，根據(jù)地層情況適當(dāng)掌握轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速對(duì)取心操作沒有太大的影響，為了確保安全有效，我們通常要求轉(zhuǎn)速應(yīng)平穩(wěn)，保持時(shí)效，防止發(fā)生事故。

（4）沖洗液泵量。在鉆探施工過程中，巖層結(jié)構(gòu)存在差異，所以對(duì)泥漿泵量有著嚴(yán)格的要求，泥漿泵量在繩索取心中是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。在一些特殊的巖層中，巖石脆而軟，易破碎，易被沖洗液沖刷，所以，在鉆進(jìn)取心過程中要控制泵量，不能太大，避免巖芯被沖刷。在取心過程中，盡量將泵量控制在較小的范圍內(nèi)，為了確保巖心的完整性，一般將泵量控制在52L/min。

（5）注意事項(xiàng)。在巖心鉆探中，利用繩索取心技術(shù)可以減少輔助時(shí)間，提高鉆探效率。然而該技術(shù)在實(shí)際巖土應(yīng)用中仍存在不足：與其他鉆探技術(shù)相比，繩索取心技術(shù)需要高質(zhì)量的鉆頭，增加成本投入；經(jīng)常進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)，保證繩索取心工作能夠順利開展。必須對(duì)其定期進(jìn)行維護(hù)，以便充分利用優(yōu)勢(shì)。

3 取心技術(shù)措施

（1）下鉆操作要求。①需要熟練職工操作鉆機(jī)。②下鉆前認(rèn)真檢查鉆具、鉆頭、卡簧、擴(kuò)孔器及卡簧底端與鉆頭的間隙。③下鉆要穩(wěn)，要慢，遇卡不要猛墩強(qiáng)拉。④下鉆遇阻要慢轉(zhuǎn)掃孔。⑤下鉆至換徑部位要慢，尤其是破碎地層要慢。⑥下鉆至離孔底0.5m左右，就要沖孔，慢轉(zhuǎn)掃孔到底。

（2）鉆進(jìn)要求。①一個(gè)鉆進(jìn)回次要有一個(gè)人操作，操作人員要注意力集中。②認(rèn)真觀察鉆速、孔口返漿情況、泵壓及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如有情況要及時(shí)排查。③巖層變化時(shí)，應(yīng)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，巖層由硬變軟時(shí)，進(jìn)尺速度過快，要適當(dāng)減小壓力；巖層由軟變硬時(shí)，不要盲目加壓。④應(yīng)有專人管理沖洗液，定時(shí)檢測(cè)沖洗液質(zhì)量，及時(shí)保養(yǎng)沖洗液，保證施工順利進(jìn)行。

（3）復(fù)雜地層鉆進(jìn)。①遇復(fù)雜地層時(shí)可采用超徑鉆頭，增加鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙。②復(fù)雜地層卡簧底端與鉆頭距離可以適當(dāng)調(diào)小。③控制回次進(jìn)尺長(zhǎng)度。④提鉆時(shí)采取回灌措施，提下鉆要慢。

4 繩索取心技術(shù)在工程應(yīng)用中的效果分析

（1）提高巖心采樣效率，降低鉆探施工成本。在巖土鉆探過程中，繩索取心技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不提鉆取心，簡(jiǎn)單的說就是，當(dāng)巖心充滿巖芯管時(shí)，不是全套鉆桿提出地表面，而是可以通過使用繩索裝置將內(nèi)管從鉆桿內(nèi)提出。從而減少了提下鉆的次數(shù)，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本，尤其是深孔鉆探更加有利于繩索取心技術(shù)的應(yīng)用。

（2）提高巖心采樣率。巖土工程使用繩索取心技術(shù)進(jìn)行鉆探的過程中，鉆具結(jié)構(gòu)只是外管單動(dòng)，內(nèi)管相對(duì)靜止，如此，在鉆頭鉆進(jìn)過程中可以避免外部沖洗液直接沖刷巖心，大大提高巖芯采取質(zhì)量。根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，采用繩索取心技術(shù)，巖心采取率一般可達(dá)95%以上，在很大程度上提高了鉆孔效率以及巖心的采取質(zhì)量。

（3）減少鉆孔內(nèi)部事故。在巖土繩索取心技術(shù)中，配置的有數(shù)字視覺實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置，能夠根據(jù)不同的工況做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息及報(bào)警提示，及時(shí)為工作人員提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)信息，繼而及時(shí)采取相關(guān)措施，解決鉆探中發(fā)生的故障問題。另一方面，鉆桿的外徑與孔壁間隙小，基本實(shí)現(xiàn)滿眼鉆進(jìn)，可以減少事故，降低施工成本，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鉆探質(zhì)量和安全。

5 結(jié)語(yǔ)

繩索取心技術(shù)是一種新型的鉆探技術(shù)，可以縮短輔助時(shí)間，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高臺(tái)月效率，從而提高鉆探效率。對(duì)沖洗液的質(zhì)量要求高。在未來的研究中，我們應(yīng)該專注于這項(xiàng)研究，并開發(fā)低成本，高鉆探效率的鉆探技術(shù)。