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本文作者：李柏軍宗緒永作者單位：核工業(yè)二四〇研究所

鉆探施工工藝

1鉆孔結構

根據地層情況，設計為三級鉆孔結構，開孔使用φ110硬質合金鉆頭單管鉆進，開孔鉆至完整基巖，再下入φ108孔口管到位，用泥土填實再用鋼夾板固定，之后使用φ91金剛石鉆頭單管鉆進，鉆至巖層4m，下入φ89套管，鉆后更換S75金剛石繩索取心雙管鉆具進入正常鉆進。以鉆孔ZKⅡ－7－5為例，鉆孔結構示意圖如圖1。

2現場布置及設備安裝

現場布置：根據鉆機型號規(guī)定的地盤面積154m2（14m×11m），由于地形復雜地盤面積適當縮小約為140m2，基臺木、循環(huán)系統(tǒng)布置如圖2、圖3所示。設備：XY－44鉆機，BW250／40泥漿泵，繩索取心絞車，30kW柴油機，64kW發(fā)電機組，擰管機等。設備安裝：平整基臺地基、鉆孔定位，安裝四角斜塔，鉆塔底座與鉆機采用重型工字鋼聯(lián)接以增強穩(wěn)定性。用水準儀校正鉆機的周正水平，安裝天車時要求鋼絲繩與滑輪上提引器下垂、鉆機立軸中心、孔口中心在同一條鉛垂線上。鉆機卷揚的鋼絲繩經過天車輪和打撈器連接，并向下垂直孔口中心。循環(huán)槽、沉淀池、水池、泥漿泵、高壓管、機上鉆桿，形成完整的吸排水循環(huán)系統(tǒng)。柴油機做泥漿泵、發(fā)電機組、照明燈、絞車、電焊機、磨光機的動力源。現場使用380伏電源、絕緣銅芯電纜線，電源制控箱分配電源。

3金剛石鉆頭的選擇

該地區(qū)巖性主要有凝灰?guī)r、安山巖、粗面巖、流紋巖，適用金剛石鉆進的可鉆性、研磨性等級及硬度如表1。選用φ75的孕鑲金剛石鉆頭，根據鉆遇巖性，巖石中硬—硬，堅硬致密，中弱研磨性，鉆遇完整地層時金剛石鉆頭易拋光、打滑，鉆進效率低，宜采用高強度，濃度低，胎體硬度HRC15～30的人造孕鑲金剛石鉆頭；鉆遇巖層松散、破碎，宜采用濃度高，胎體硬度HRC35～40的人造孕鑲金剛石鉆頭。

4鉆進規(guī)程參數

壓力較普通雙管鉆頭大25％左右，轉速差不多，泵量泵壓都較普通雙管鉆進時大些。（1）鉆壓正常鉆進直徑75mm的孕鑲金剛石鉆頭，要求鉆頭壓力10～12kN，最大壓力15kN。根據稱重相應控制加、減壓數量，以使孔底鉆壓與稱重表所示鉆壓一致。鉆孔的深度越大，鉆桿柱中間受到的扭矩越大，易折斷，鉆壓要隨孔的加深適當減少。（2）轉速孕鑲金剛石鉆頭所用金剛石粒度很小，出刃量微小，主要靠轉速來獲取鉆進效率，75mm孕鑲鉆頭轉速在400～850r／min，如果巖層較破碎、軟硬不均、孔壁不穩(wěn)定時宜選用下限轉速，鉆孔結構簡單、環(huán)空間隙小、孔深不大時盡量選用高轉速，反之亦然。（3）沖洗液泵量孕鑲金剛石鉆頭唇面與巖面間只存在漫流區(qū)，主要靠多個水口循環(huán)，加之常以高轉速鉆進，因此宜用較大的泵量，以防止發(fā)生燒鉆，泵量值40～60L／min為宜。為加強排粉能力、鉆頭冷卻效果，減少重復破碎，沖洗液要適中，采用水解聚丙烯酰胺，包裹、絮凝巖屑并增加泥漿粘度，用量0．05～0．1％，使用前將干粉溶成1％濃度的水溶液。采用含基礎油的乳化油類潤滑劑，用量0．3～0．5％。

巖心采取

地質鉆探施工中要求巖心采取率≥65％，巖礦心采取率≥85％，因此采取率的高低與鉆孔質量休戚相關，每次下鉆前要對鉆具檢查：（1）外管總成的組裝及檢查，從彈檔頭到鉆頭連接進行檢查，鉆頭及擴孔器是否合適。（2）內管總成的組裝及檢查，撈矛頭是否折彎和伸直要自如可靠，回管上下提拉要可靠，彈頭收縮和張開要可靠、單動機構要靈活、各部件要擰緊、到位報信機構調整要合適、內管要平直、加注潤滑油、卡簧與卡簧座的軸向及卡簧的彈性要合適。（3）打撈器組裝及檢查：打撈鉤松緊、縮、伸張要自如，與撈矛頭的配合尺寸要適合，軸承單動性要好，繩索要夾牢。（4）內外管總成裝備及調試：將內外總成在地面放到外管總成內測量軸向長度，卡簧座下端離鉆頭內臺階要有3～4mm間隙，彈頭擋頭與彈卡嵌要有2～3mm間隙。

鉆進技術要素

升降鉆具不能太快，過快易使金剛石鉆頭受到沖擊而損壞，鉆桿與接手處由于壁薄易造成鉆桿折斷、拉斷。鉆具下到位后，開泥漿泵送沖洗液排出巖粉，有沖洗液從孔內返出時用小鉆壓、慢轉速掃孔，離合器離合要輕，過猛易造成鉆桿折斷、脫扣，鉆具到達孔底后采用正常鉆進參數鉆進。正常鉆進時工作人員精神要高度集中，時刻注意進尺快慢，觀察機械運轉及傾聽孔內鉆進聲音，如有異常及時采取相應的措施。如進尺過快，可減少鉆壓，適當增加泵量；如進尺過慢，可適當加大鉆壓，提高鉆進效率；如不進尺，可通過稱重判斷鉆桿是否折斷，自重不變則可能是自卡，可采取提鉆或者對金剛石鉆頭拋光、打滑。鉆遇復雜地層應注意以下幾項：（1）縮水、遇水膨脹的底層，鉆進時應增大卡簧座與鉆頭的間隙（大于0．3mm），低泵量、低轉速鉆進，以提高巖心采取率，保護孔壁，待穿過該底層后恢復正常鉆進參數。（2）孔內不進尺，巖心堵塞，泵壓升高，此時需提鉆以防止巖心自磨或者提不起內管。（3）如內管堵死，可嘗試在鉆桿柱懸空狀態(tài)時重新高轉速送水回轉，將堵塞的巖心甩掉，或送水繼續(xù)鉆進，將堵塞的巖心自磨掉。（4）打滑導致進尺慢時，可投入一些碎石子，加快鉆頭金剛石顆粒的出露，從而加快進尺。（5）地層破碎，沖洗液漏失的地層，可灌注水泥漿液或聚丙烯酰胺漿液。（6）地層破碎以致上部鉆孔坍塌的地層，可按二級鉆孔孔徑擴孔，穿過坍塌地層后下套管護壁，擴孔時泵量適當加大將巖粉雖泥漿攜帶出地表。

事故預防和處理

（1）在升降鉆具過程中要預防跑管事故，可能造成鉆桿與接手形成喇叭口，鉆桿柱與孔壁摩擦阻力增大甚至造成鉆孔報廢。（2）不合理的鉆進參數可以造成燒鉆，同時沖洗液采用低固相、低粘度、低失水性的泥漿。（3）在松散破碎地層要嚴格控制除砂，防止鉆桿內壁形成泥皮而造成提不出內管，如出現該事故可在鉆桿中加入柴油與機油的混合油。（4）鉆進中難免遇到鉆桿或接手折斷，可有絲錐將鉆桿柱提出。（5）鉆遇卡鉆，可慢速轉動同時上下串動，以將掉塊磨損掉。

結論

鉆孔ZKⅢ－9－28、ZKⅢ－9－30、ZKⅡ－7－5金剛石繩索取心鉆進的施工方法和經驗，充分顯示了金剛石繩索取心鉆進方法的優(yōu)越性，工程質量高，鉆進效率高，鉆頭壽命高，事故率低，勞動強度低，設備材料消耗小，取得了良好的經濟效益。本文根據該工程總結了一些施工工藝和經驗，繩索取心鉆進工藝也將會在更多的地質工作中得到廣泛應用。