巖溶地區(qū)采用潛孔錘進(jìn)行水文水井鉆鑿

廣東省有色金屬地質(zhì)局九三五隊(duì) 廣東 惠州 516001

正文：

引言

惠州龍門地區(qū)，下伏石炭系地層，上部基巖為測(cè)水組砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖等地層，其地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水水量豐富，普遍存在土洞、巖溶（溶洞、溶溝、溶槽）等溶蝕現(xiàn)象，構(gòu)造裂隙發(fā)育。水文地質(zhì)鉆探的施工作業(yè)難度大，質(zhì)量及安全難以保障。通常水文地質(zhì)鉆探采用取芯鉆探。以探查地層巖性和結(jié)構(gòu)、含水層厚度、埋藏深度，研究含水層的孔隙、裂隙和地質(zhì)構(gòu)造等水文地質(zhì)條件。以及采取水樣鑒定水質(zhì)、測(cè)定水量和水溫等水文地質(zhì)參數(shù)。上世紀(jì)八十年代，風(fēng)動(dòng)潛孔錘已經(jīng)拓寬到地質(zhì)巖芯勘探領(lǐng)域，鉆鑿基巖水井，鉆速較常規(guī)鉆井鉆進(jìn)方法提高5～10倍。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)的驗(yàn)證，在巖溶地區(qū)，雖然水文地質(zhì)條件復(fù)雜，采用潛孔錘進(jìn)行水文水井的鉆鑿，也可取得良好的效果。

1 地層狀況

以惠州龍門地區(qū)為例，區(qū)域內(nèi)灰?guī)r地層大致分布有：①填土層（Qml），多為耕土，工程堆填土；②沖洪積層：主要有黏土、粉質(zhì)粘土，局部老河床部位有砂、礫等。粉質(zhì)粘土呈軟塑至可塑狀態(tài)，砂卵石層孔隙水豐富，滲透性好；③殘坡積層（Q）,由基巖風(fēng)化殘積而成，山地有坡積形成，一般為稍濕～飽和，可塑狀態(tài)；④基巖：石炭系灰?guī)r，構(gòu)造帶有大理巖化現(xiàn)象，局部地區(qū)灰?guī)r上部覆蓋有測(cè)水組砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖?；鶐r裂隙、巖溶發(fā)育，溶溝溶槽等溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。

2 地下水特征

按區(qū)域水文資料，含水層埋藏深度、水理性質(zhì)、水力特征和開采條件可分為淺層潛水～微壓水（埋深小于30m），中層承壓水（含水層埋深30～200m），深層承壓水（含水層埋深200～500m）和超深層承壓水（溫?zé)崴裆钜话愦笥?00m）。龍門地區(qū)地下水類型主要為第四系土層中的孔隙水及基巖裂隙水，主要賦存于第四系土層及基巖裂隙中。賦存于下伏溶洞、溶蝕裂隙及暗河中的巖溶裂隙水，連通性好，水量豐富。地下水主要靠大氣降水及附近河流、水塘補(bǔ)給，通過(guò)滲流排泄于附近地勢(shì)低洼的水塘及水溝，其次為向上的大氣蒸發(fā)。季節(jié)性水位變化明顯，常隨地表水的水位變化而變化。

3 水井結(jié)構(gòu)

以惠州龍門地區(qū)某鉆井成井項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為：開孔鉆孔孔徑Φ311mm，下Φ273mm 套管，深度至灰?guī)r中等風(fēng)化巖層，入巖深度2m，實(shí)際深度為39.5m。第二開換Φ203mm尺寸的鉆頭，下Φ194mm套管（壁厚6厘），深度至237m處，第三開換Φ168mm尺寸的鉆頭，裸眼鉆至深度301m處。

井管材料采用D40無(wú)縫鋼管，井管加工有公母絲扣，其端口平整，連接性能良好。管材質(zhì)量良好，無(wú)砂眼、裂紋滲漏。具有良好的強(qiáng)度，能承受地層和靜水側(cè)壓力及管身自重的拉壓力。在含水層段，井壁與井管之間充填礫石；非含水層段，采用水泥砂漿封堵。

4 鉆鑿工藝

4.1 示例項(xiàng)目投入設(shè)備參數(shù)

4.2 施工工藝流程：

平整場(chǎng)地---樁位測(cè)量---鉆機(jī)安裝、調(diào)試、就位---鉆進(jìn)---洗井---抽水試驗(yàn)—固井、成井

4.3 作業(yè)主要參數(shù)

使用潛孔錘鉆進(jìn)，兩個(gè)主要參數(shù)是風(fēng)量和風(fēng)壓。正循環(huán)鉆進(jìn)風(fēng)量的選擇：

式中：Q正----空壓機(jī)供風(fēng)量，m3/min;

ν---不同直徑巖屑的上返速度，一般取15～25m/s;

D---鉆孔直徑，m;

d外---鉆桿外徑，m;

K1、K2---鉆孔損耗系數(shù)、孔內(nèi)有涌水時(shí)風(fēng)量增加系數(shù)；

參照公式，示例項(xiàng)目上返風(fēng)速取20m/s；鉆孔損耗系數(shù)取1.25；孔內(nèi)涌水量增加系數(shù)取1.5。

4.4 操作要點(diǎn)

（1）施工前，平整場(chǎng)地，平出鉆機(jī)工作場(chǎng)地，設(shè)備、鉆桿材料等整齊擺放，安全圍護(hù)設(shè)施等。對(duì)局部軟弱部位換填，保證場(chǎng)地密實(shí)、穩(wěn)固。做好井口地面固化，防止機(jī)油燈滲漏入井內(nèi)，造成污染。

（2）設(shè)備吊裝由專人指揮，做到平穩(wěn)，輕起輕放，非作業(yè)人員撤離現(xiàn)場(chǎng)。

（3）設(shè)備安裝就位后，保證樁尖與孔位中心對(duì)準(zhǔn)，鉆機(jī)豎軸垂直，基地平穩(wěn)。保證作業(yè)時(shí)鉆孔不發(fā)生偏移和傾斜。

（4）鉆孔過(guò)程中，控制好潛孔錘下沉的速度。以壓縮空氣作為循環(huán)及洗井的介質(zhì)，每5米一段采取巖屑作為樣品保存。

（5）由現(xiàn)場(chǎng)工程師專人負(fù)責(zé)施工記錄。

4.5 環(huán)保措施

（1）施工期間，由于空壓機(jī)的噪音較大，應(yīng)盡量減少?gòu)U氣、噪音的污染。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境，在早晨、中午、夜間合理安排作業(yè)時(shí)間，減少對(duì)周邊的噪音干擾。

（2）孔口的巖屑及時(shí)安排人員清理，集中堆放或外運(yùn)。

（3）所有機(jī)械設(shè)備采取措施，防止漏油污染。

5 綜合分析。

（1）巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，鉆進(jìn)過(guò)程產(chǎn)生的巖渣屑粒徑大，孔內(nèi)堆積厚度大，易發(fā)生埋鉆、卡鉆事故。因此選用合適的鉆進(jìn)工藝，包括正循環(huán)、反循環(huán)的不同的作業(yè)工藝，對(duì)解決鉆進(jìn)過(guò)程中的易發(fā)事故，具有很好的解決問(wèn)題能力。

（2）巖溶地區(qū)出水量大，涌水量的增加，一定程度上消耗了風(fēng)壓，降低了鉆進(jìn)效率。作業(yè)時(shí)，配置足夠的空氣動(dòng)力設(shè)備是必不可少的。

（3）總體上，使用風(fēng)動(dòng)潛孔錘在巖溶地區(qū)開展水文地質(zhì)鉆鑿，具有作業(yè)效率高，鉆孔口徑大，出水量大的特點(diǎn)。使用跟管鉆進(jìn)方式，能有效的隔離不同含水層，在合適的層位進(jìn)行取水，達(dá)到水質(zhì)最優(yōu)、取水量合理的目的。