潛孔錘鉆進(jìn)在復(fù)雜地層中應(yīng)用解讀

1、潛孔錘鉆進(jìn)在復(fù)雜地層中應(yīng)用蔣榮慶 殷琨 辜華良摘 要：在潛孔錘的結(jié)構(gòu)形式、鉆具匹配、鉆頭類型、鉆鑿工藝等方面 研究的基礎(chǔ)上，對(duì)潛孔錘套管隔離護(hù)孔法鉆進(jìn)；貫通式潛孔錘用于復(fù)雜 地層鉆進(jìn)；大直徑潛孔錘在孤石、漂石地層中鉆進(jìn)等實(shí)際應(yīng)用方法和效 果作了簡(jiǎn)明介紹。關(guān)鍵詞 ：貫通式潛孔錘 同步跟管 復(fù)雜地層DOWNHOLE HAMMER DRILLING IN COMPLEXFORMATIONJiang Rongqing,Yin Kun,Gu HualiangAbstract：On the basis of studying downhole drills structure,bit type and d

2、rilling technology,such technology as casing drilling with downhole drills,hollow-through downhole drills in complex formation,large diameter downhole drill in isolated big pepple formation are presented in this paper. Key words： hollow-through downhole drill,casing drilling ,complex formation所謂復(fù)雜地層

3、是指因受成因、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及風(fēng)化作用和地下水作用等 影響，使地層巖石節(jié)理、片理、裂隙發(fā)育；軟硬互層、破碎，膠結(jié)性、 穩(wěn)定性、強(qiáng)度等極差，或是遇水膨脹。在這類地層中施工，一旦被鉆孔 鉆穿后，其原來(lái)的相對(duì)穩(wěn)定或平衡狀態(tài)被破壞，使鉆孔孔壁失去約束而 產(chǎn)生不穩(wěn)定。常見(jiàn)現(xiàn)象是孔壁坍塌、掉塊、漏失、涌水、縮徑、超徑等。 在上列地層中鉆孔時(shí)孔壁不穩(wěn)定產(chǎn)生護(hù)壁困難；地質(zhì)巖心鉆探時(shí)巖心被 破碎、沖蝕、溶解，巖礦心采取又成為一個(gè)難題；在砂礫石層中含有孤 石、漂石，風(fēng)化層含有風(fēng)化球、風(fēng)化核，或巖石軟硬不均，鉆進(jìn)時(shí)不僅 效率低，而且很難按設(shè)計(jì)軌跡成孔，即防斜或提高鉆速又成為一突出問(wèn) 題。實(shí)踐表明，空氣潛孔錘鉆進(jìn)具有下列優(yōu)

4、點(diǎn)：1）鉆進(jìn)效率高。它比鉆探常用的水力沖擊器效率高 25 倍；比金剛 石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)高 310 倍。提高效率原因是單次沖擊功大，無(wú)液柱壓力； 排渣風(fēng)速高，孔底干凈，無(wú)二次破碎；改善了孔底碎巖條件；2）配用的柱齒硬質(zhì)合金鉆頭在堅(jiān)硬破碎巖石中鉆進(jìn)， 既有利于破巖， 又比金剛石鉆頭壽命高；3）鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速低，離心力小，鉆具對(duì)孔壁的撞擊機(jī)會(huì)小，又兼這種鉆 進(jìn)方法是以高頻對(duì)孔底沖擊， 減小了對(duì)破碎或傾斜地層產(chǎn)生孔斜的影響， 從而可提高鉆孔的垂直度，同時(shí)也可減少孔壁巖石坍塌；4）鉆進(jìn)比回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)所需要鉆壓和扭矩要小得多，這樣可減輕配套鉆 機(jī)設(shè)備重量和能力，為邊坡抗滑加固鉆進(jìn)在高空排架上作業(yè)創(chuàng)造了有利 施工條件；5）

5、鉆進(jìn)采用無(wú)液體循環(huán)干式作業(yè)，既不污染環(huán)境，又可防止邊坡大 巖塊滑動(dòng)。其缺點(diǎn)：1）由于動(dòng)力介質(zhì)和循環(huán)介質(zhì)采用的是壓縮空氣，對(duì)孔壁支擋平衡作 用差，護(hù)壁十分不利；2）鉆進(jìn)不能采用泥漿作循環(huán)介質(zhì)， 更無(wú)法用護(hù)壁處理劑及堵漏材料；3）破碎巖石是一種動(dòng)載沖擊，鉆頭在巖石上沖擊振動(dòng)，更容易使孔 壁或巖心產(chǎn)生振動(dòng)破碎，給護(hù)壁和采心工作帶來(lái)極為不利條件； 針對(duì)潛孔錘鉆進(jìn)上述缺點(diǎn)，多年來(lái)作者從潛孔錘結(jié)構(gòu)形式、鉆具匹 配、鉆頭類型、鉆鑿工藝方法等方面進(jìn)行了研究，使其適應(yīng)在復(fù)雜地層 中鉆進(jìn)?，F(xiàn)就已應(yīng)用的幾種技術(shù)措施加以介紹。1 套管隔離護(hù)孔法鉆進(jìn)1.1 異步跟管鉆進(jìn)法 （ 常規(guī)下套管方法 ） 先用潛孔錘破巖鉆進(jìn)，而

6、后下套管隔離，再換用小一級(jí)鉆具在套管 內(nèi)繼續(xù)鉆進(jìn)。這是鉆孔鉆進(jìn)常用的方法。施工時(shí)盡量提高鉆速，快速通 過(guò)破碎帶，其目的為了縮短外界因素 （沖洗液浸泡 ）作用時(shí)間，使孔壁能 在一定時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，這樣即可贏得一部分時(shí)間，然后再下套管隔離 護(hù)孔。作者于 1995 年在廣東某地進(jìn)行工程勘察時(shí)， 曾采用潛孔錘鉆進(jìn)。 勘 察港區(qū)系劈山填海建造，地層上部為拋填土石，中部為殘留淤泥質(zhì)土， 下部為陸相沉積巖 （圖 1） 。針對(duì)港區(qū)地層主要是拋填石堆積層，巖石破 碎堅(jiān)硬，采用 GC-110型潛孔錘配備 130 mm鉆頭，裸眼鉆進(jìn)一徑到底， 穿過(guò)淤泥質(zhì)土層后，即下 108 mm套管后進(jìn)行清孔、取原狀土并進(jìn)行標(biāo) 貫

7、試驗(yàn)。圖 1 鹽田港工程勘察地質(zhì)剖面圖1花崗巖； 2含泥砂硬拋石； 3淤泥質(zhì)土及淤泥；4亞砂土、亞粘土； 5海水鉆進(jìn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及對(duì)策： （1） 鉆進(jìn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)塌孔、掉塊現(xiàn)象。 故快速成孔，盡量一氣呵成，避免多次提鉆掃孔； （2）鉆進(jìn)深度達(dá)到海水 面以下時(shí)，回填土、砂與海水混合生成泥包，糊在鉆桿與鉆孔環(huán)狀間隙 中，使工作風(fēng)壓升高，排氣循環(huán)減弱或停止，導(dǎo)致潛孔錘工作效率下降 甚至不工作，鉆頭磨損嚴(yán)重，使進(jìn)尺緩慢和不進(jìn)尺。鉆進(jìn)中出現(xiàn)這些現(xiàn) 象后，向鉆桿內(nèi)灌注一定量泡沫劑 （ 實(shí)際用洗衣粉代替 ） 稀釋泥包，即可 排除故障，恢復(fù)正常工作。施工表明：在堆積層采用潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)效可達(dá) 15.6 m/h，

8、最高達(dá) 21 mh；潛孔錘柱齒鉆頭壽命可達(dá) 80 m只。雖然港區(qū)拋石堆積層密實(shí)度 較差，與海水相通，個(gè)別孔段存在空洞，但由于空氣潛孔錘鉆進(jìn)是低密 度介質(zhì)，對(duì)孔壁壓力小，鉆進(jìn)中避免了處理漏失所需時(shí)間和材料消耗； 拋石堆積層雖軟硬不均，但所有鉆孔未發(fā)生孔斜超差；勘察孔雖然地層 破碎、坍塌掉塊，極不穩(wěn)定，但由于潛孔錘鉆進(jìn)效率高，裸眼時(shí)間短， 都能一徑到底，只需下一層套管成孔，然后取樣或做標(biāo)貫試驗(yàn)，簡(jiǎn)化了 鉆孔結(jié)構(gòu)。1997年 1月3 月，作者采用潛孔錘在吉林省松花江上游水下復(fù)雜 地層中鉆鑿爆破孔，工程目的是將松花江底部卵礫石和基巖剝削至 5.5 m，形成江水自流到岸邊儲(chǔ)水池引水戽頭和埋設(shè)輸水管線基礎(chǔ)

9、。 工程總長(zhǎng) 192 m，寬度分別在 82 m12 m，總孔數(shù) 845 個(gè)。由于江底面起伏不平， 水深變化較大。地層自上至下為夾有 25%30砂卵礫石層，粒徑平 均為 0.04 m0.3 m，最大 1 m以上；風(fēng)化玄武巖層，厚 0.5 m0.8 m， 裂隙發(fā)育、破碎；較完整基巖，墨綠色隱晶質(zhì)，可鉆性達(dá) 8 級(jí); 基巖 中夾有 0.8 m1.2 m裂隙、含有氣孔的破碎帶；破碎帶以下是堅(jiān)硬的玄 武巖地層 （圖 2）。圖 2 GC-100型潛孔錘施工設(shè)備及地層分布圖1副桅桿； 2主桅桿； 3送風(fēng)膠管； 4動(dòng)力頭； 5儲(chǔ)氣罐； 6鉆 桿；7空壓機(jī)； 8套管；9套管支撐架； 10潛孔錘；11江水；12

10、平臺(tái)架； 13鉆機(jī)基架； 14動(dòng)力； 15液壓馬達(dá)及操縱臺(tái)； 16斜支 撐拉手施工工藝方法：1）上部采用套管隔離護(hù)壁法該工程采用 GC-100（或 W-150型）潛孔錘用法蘭與 127 mm巖心管連 接（圖 3） 。送風(fēng)使?jié)摽族N沖擊再加鉆機(jī)加壓 ,直接將巖心管打入卵礫石 層，至不進(jìn)尺為止；然后再開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)邊回轉(zhuǎn)邊沖擊，至巖心管穩(wěn)固地坐 在風(fēng)化層基巖內(nèi)。此時(shí)巖心管下部不再返風(fēng)，江水中不見(jiàn)氣泡；若遇到 大卵礫石即巖心管未到基巖，這時(shí)將潛孔錘與巖心管法蘭卸開(kāi)，再將潛 孔錘換成小一級(jí)的 WC-85型潛孔錘（圖 4），在 127 mm巖心管內(nèi)鉆進(jìn)， 清除巖心并超前鉆進(jìn)，將大卵礫石打碎后，繼續(xù)進(jìn)行取心鉆進(jìn)，

11、直至巖 心管坐在穩(wěn)固基巖為止。將 127 mm巖心管留在孔內(nèi)作為套管。圖 3 卵礫石鉆進(jìn)工具示意圖1 73 mm鉆桿； 2異徑接頭； 3W-150沖擊器；4花鍵接頭；5法蘭盤(pán)； 6 127 mm巖心管； 7 130mm管靴圖 4 基巖鉆進(jìn)工具示意圖1 73 mm鉆桿； 2異徑接頭； 3WC-85沖擊器；4花鍵接頭； 5 100 球齒鉆頭（2） 基巖地層鉆進(jìn)套管固定后，采用 WC-85型潛孔錘配 110 mm柱齒鉆頭在套管內(nèi)鉆 進(jìn)，清除卵礫石層及巖心，操作時(shí)采用慢轉(zhuǎn)、輕壓、勤提動(dòng)、大風(fēng)量規(guī) 程，以免巖屑過(guò)大，夾在沖擊器和套管環(huán)狀間隙內(nèi)，造成卡鉆事故，或 帶動(dòng)套管拔起或破壞套管穩(wěn)固性。當(dāng)沖擊器超過(guò)

12、套管底端面 03m后，采用快速鉆進(jìn)。 再遇地層破碎、 裂隙、氣孔發(fā)育時(shí)，由于地層內(nèi)串氣、漏失，上返流速降低，為排除巖 屑，應(yīng)勤提動(dòng)鉆具強(qiáng)吹排粉，保證正常鉆進(jìn)。施工表明：氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)卵礫石層、堅(jiān)硬破碎、裂隙發(fā)育地層， 不僅鉆進(jìn)效率高，而且鉆頭壽命長(zhǎng)，使用壓氣作為沖洗介質(zhì)，解決了因 氣溫低（- 39）而管路凍結(jié)的問(wèn)題。 該項(xiàng)工程不僅總結(jié)出一套水下鉆進(jìn)經(jīng) 驗(yàn)。并取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1.2 潛孔錘同步跟管鉆進(jìn)法 即潛孔錘一邊鉆進(jìn)，套管一邊隨鉆頭下入孔內(nèi)。跟進(jìn)的套管具有穩(wěn) 定孔壁和保護(hù)孔口作用，而且鉆進(jìn)、排渣和護(hù)壁 3 個(gè)工序同時(shí)進(jìn)行，使 鉆孔工作得以順利進(jìn)行。這是一種既發(fā)揮潛孔錘碎巖效率高的

13、優(yōu)點(diǎn)，又 設(shè)法克服其護(hù)壁性能差而采取的一種工藝措施。目前已用于生產(chǎn)的有：瑞典的“ ODE”X 偏心擴(kuò)孔法、德國(guó)的“土星”和“海王星”雙回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) 法、美國(guó)英格索蘭公司的對(duì)心擴(kuò)孔法。作者為解決香港馬鞍山工程研制 了單偏心式和雙偏心式兩種偏心擴(kuò)孔鉆頭，其結(jié)構(gòu)如圖5，圖 6。圖 5 單偏心擴(kuò)孔鉆頭1切削齒底唇固定； 2銷； 3擋塊； 4鉆頭體圖 6 雙偏心擴(kuò)鉆頭1切削齒板； 2銷軸； 3定位銷； 4擋圈； 5鉆頭體KD-560520 型及 KS-560520 型兩種偏心擴(kuò)孔鉆頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加 工方便，經(jīng)生產(chǎn)性試驗(yàn)表明，偏心擴(kuò)孔鉆頭伸張及收縮動(dòng)作可靠，使用 壽命長(zhǎng)。2 貫通式潛孔錘應(yīng)用于復(fù)雜地層鉆進(jìn)為了實(shí)

14、現(xiàn)反循環(huán)連續(xù)取心 （樣）鉆進(jìn)，作者于 80年代末研制了 GQ-200 62、GQ-100/44型兩種貫通式潛孔錘。反循環(huán)連續(xù)取心 （樣） 貫通式潛 孔錘鉆進(jìn)是集潛孔錘鉆進(jìn)、反循環(huán)鉆進(jìn)、連續(xù)取心 （ 樣）鉆進(jìn)于一體，綜 合應(yīng)用了多種先進(jìn)鉆進(jìn)工藝。貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心 （ 樣） 鉆進(jìn)原理如圖 7。壓氣進(jìn)入雙通道水龍頭，經(jīng)主動(dòng)鉆桿及雙壁鉆桿到達(dá)潛孔錘，驅(qū)動(dòng)活塞，產(chǎn)生高頻沖 擊，鉆具仍由鉆機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)，使鉆頭既有沖擊又有回轉(zhuǎn)作用破碎巖石。 反循環(huán)專用柱齒鉆頭對(duì)孔底巖石呈環(huán)狀破碎，從而產(chǎn)生柱狀巖心。經(jīng)過(guò) 沖擊器工作后的壓氣由鉆頭底噴排氣孔噴出， 吹洗孔底巖屑并冷卻鉆頭， 再由鉆頭唇部導(dǎo)流作用將氣流引

15、入鉆頭中心孔，然后通過(guò)雙壁鉆桿中心 通道，攜帶巖心 （樣） ，輸送到雙通道氣水龍頭的中心孔，經(jīng)鵝頸管、排 心（ 樣） 管進(jìn)入巖心 （樣）采集器。圖 7 貫通式氣動(dòng)潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取心 （ 樣） 鉆進(jìn)原理圖1排心 （樣）管； 2雙通道氣水龍頭； 3鵝頸彎管； 4進(jìn)氣膠管；5雙壁鉆桿；6逆止閥；7心管；8內(nèi)缸；9活塞；10襯套；11反循環(huán)專用鉆頭該鉆進(jìn)方法特點(diǎn)：主要是利用空氣潛孔錘碎巖效率高，反循環(huán)系統(tǒng) 沖洗液上返流速高，攜帶巖心 （ 樣）能力強(qiáng)，采用雙壁鉆桿既輸送壓氣又 兼有護(hù)壁作用，外環(huán)間隙無(wú)沖洗液介質(zhì)及排出物的沖蝕，對(duì)孔壁擾動(dòng)輕微，有效地把碎巖鉆進(jìn)和提取巖心 續(xù)作業(yè)系統(tǒng)，成為邊鉆進(jìn)、邊取心

16、的鉆探新工藝。（ 樣 ） 這兩項(xiàng)原來(lái)分割的工作統(tǒng)一為連 （ 樣 ） 、邊洗井 3 種作業(yè)程序同時(shí)進(jìn)行該成果已形成系列產(chǎn)品，其中 GQ-10044 型潛孔錘經(jīng)河南、寧夏、 安徽等地礦局生產(chǎn)性試驗(yàn)，共進(jìn)尺 2000余 m，最大孔深 2592 m，在堅(jiān) 硬破碎地層中平均時(shí)效 408 mh，臺(tái)月效率 106517 m，最大提鉆間 隔 86 m，與同礦區(qū)金剛石鉆進(jìn)相比，鉆進(jìn)效率提高 3 倍，臺(tái)月效率提高58倍，成本降低 58 倍。GQ-20062 型貫通式潛孔錘主要用于水文水井鉆探， 經(jīng)河南第一水 文隊(duì)使用，在可鉆性 7 級(jí)灰?guī)r地層時(shí)效達(dá) 916 m（僅配一臺(tái)風(fēng)量為 10 m3 min空壓機(jī)） ，反循環(huán)

17、取心率 100，一個(gè)柱齒鉆頭進(jìn)尺 1045 m基本 無(wú)磨損。該鉆具及鉆進(jìn)方法具有下列優(yōu)點(diǎn)：1）貫通式潛孔錘及雙壁鉆桿中空斷面作為反循環(huán)通道，因斷面小且 直徑不變，在有限供風(fēng)量條件下可增大上返風(fēng)速，提高排渣能力，避免 孔底巖石重復(fù)破碎，從而可提高鉆進(jìn)效率及潛孔錘使用深度；2）排渣效果不受鉆孔孔徑限制， 因而可以一徑成孔， 改變了過(guò)去“小 徑打、大徑擴(kuò)”的工藝，從而簡(jiǎn)化施工程序，提高效率，縮短工期；3）可與氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)潛孔錘破巖、泥漿反循環(huán) 護(hù)壁，可解決砂卵礫石、破碎坍塌地層、覆蓋地層鉆進(jìn)孔壁不穩(wěn)定的難 題；4）在破碎裂隙發(fā)育地層、漏失地層中由于反循環(huán)穩(wěn)定可靠，不僅可 保護(hù)孔壁，

18、巖礦心采取率達(dá) 100，而且塊度大、質(zhì)量好、判層正確及 時(shí)；在鉆進(jìn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)孔內(nèi)漏失或孔口不排渣不返風(fēng)，避免孔內(nèi)事 故發(fā)生；5）鉆進(jìn)過(guò)程即是洗井過(guò)程，不堵塞含水層，增大了水井出水量；6）鉆進(jìn)中孔口無(wú)任何返出物，無(wú)論干孔段、潮濕層或水下鉆進(jìn)，巖屑粉塵均由出渣管排出， 不產(chǎn)生粉塵污染和井噴危害， 改善了工作條件。3 大直徑潛孔錘在孤石、漂石地層中鉆進(jìn)隨機(jī)分布于淤泥質(zhì)粘土、流砂等軟層中未風(fēng)化的大孤石、漂石，由 于巖性堅(jiān)硬致密、表面光滑，可鉆性達(dá) 910級(jí)，單個(gè)直徑 05 m7 m 不等，是目前大直徑工程井施工中一大難題。主要問(wèn)題是巖石堅(jiān)硬鉆進(jìn) 效率極低，巖石表面光滑，鉆頭導(dǎo)正作用差，孔斜嚴(yán)重超差

19、，孔內(nèi)鉆具 與巖石摩擦導(dǎo)致鉆桿折斷和掉鉆頭事故 （圖 8） 。圖 8 鉆頭沿巖面下滑1鉆桿； 2籠式鉆頭； 3超前導(dǎo)向鉆頭采用潛孔錘在該類地層中鉆進(jìn)時(shí)，如要獲得理想效果，必須使破碎單位面積巖石上達(dá)到足夠沖擊功，因此隨著井徑增大，巖性變硬，必須 增大耗風(fēng)量， 所匹配的空壓機(jī)就得增多， 為節(jié)省能耗和減少一次性投資。 作者對(duì)潛孔錘與爆破方法相結(jié)合復(fù)合式鉆井工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，鉆進(jìn) 工藝過(guò)程有如下幾種。3.1 探孔預(yù)爆法 即在大井原位，用小直徑風(fēng)動(dòng)潛孔錘鉆鑿小孔，既是補(bǔ)充詳勘，探 明巖性及孤石、漂石分布情況，如遇到大孤石、漂石又可作為裝藥爆破 的炮眼，待大巖塊炸碎后再用大直徑潛孔錘直接鉆井。鉆進(jìn)工藝過(guò)

20、程見(jiàn) 圖 9 。探孔預(yù)爆法，在原巖中進(jìn)行預(yù)爆，裝藥量可大一些，爆破效果會(huì) 更好，也不需顧忌孔壁的坍塌問(wèn)題。此法在長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程一期 圍堰防滲墻施工中，共預(yù)爆 62 個(gè)孔，取得十分理想效果。圖 9 探孔預(yù)爆法工藝過(guò)程示意圖1小鉆孔； 2松軟地層； 3炸藥包； 4大孤石、 漂石；5基巖；6 炸碎后的大孤石、漂石； 7大直徑潛孔錘； 8潛孔錘鉆頭； a預(yù)鉆探 孔并裝藥； b炸碎后的大孤石、漂石； c用大直徑潛孔錘鉆孔3.2 筒狀鉆頭進(jìn)行環(huán)槽破碎巖石 +爆破 +反循環(huán)排渣 鉆進(jìn)工藝為：潛孔錘用筒狀鉆頭鉆進(jìn) , 形成巖心再?gòu)你@桿中下入炸藥 包（礫石彈炸碎炸裂巖心再送風(fēng)使?jié)摽族N工作由筒狀鉆頭頂部沖碎

21、 巖心再用泵吸反循環(huán)排屑 ） 。這樣反復(fù)鉆進(jìn)成孔，鉆進(jìn)工藝見(jiàn)圖 10。圖 10 沿孔沖擊成巖心爆破排渣鉆進(jìn)工藝圖1鉆桿； 2FGC-15型貫通式潛孔錘； 3筒狀鉆頭頂蓋硬質(zhì)合金；4礫石彈； 5碎塊； 6大漂石爆破方法很多，主要有打眼爆破及聚能爆破兩種，經(jīng)使用對(duì)比各存 在如下優(yōu)缺點(diǎn)：1)打眼爆破法即在鉆孔鉆進(jìn)遇到大孤石、 漂石時(shí)，再在巖塊上鉆一個(gè)或多個(gè)小孔， 在小孔內(nèi)裝藥爆破。這種方法對(duì)比探孔預(yù)爆法雖可節(jié)省鉆進(jìn)工作量，但 是在大孔內(nèi)鉆小孔必須先下小套管，同樣會(huì)產(chǎn)生鉆具偏斜，難于固定套 管等問(wèn)題。 在實(shí)踐中曾采用小口徑金剛石鉆頭鉆進(jìn)， 由于無(wú)法提高轉(zhuǎn)速， 結(jié)果不僅效率低，鉆頭壽命短，成本很高，而且

22、實(shí)現(xiàn)上述鉆小孔時(shí)，必 須將孔中大直徑潛孔錘鉆具提出，增加了輔助時(shí)間。2) 聚能爆破法 利用藥柱一端孔穴來(lái)提高局部破壞作用效應(yīng)，稱為聚能爆破。影響 聚能爆破威力與下列因素有關(guān)： 炸藥性能； 藥柱下端藥型罩的材料、 形狀、錐角、壁厚等；炸高；藥柱包的殼體及幾何形狀。 圖 11 中(a) 是藥柱端部不帶錐形孔穴的罩，爆炸產(chǎn)物沿近似垂直于藥柱表面向四周 飛散，作用于底面上的僅僅是從藥柱一端飛散出的炸藥物，約等于藥柱 端面面積，所以在底端只炸出一個(gè)很淺的凹坑。圖 11中(b) 藥柱藥量雖 然比 (a) 藥包少，但由于在下端有一錐形孔， 爆破后在底部炸出一個(gè)較深 凹坑；圖11中(c) 是藥柱下端錐形孔穴表

23、面嵌裝一個(gè)金屬錐形襯套 (又稱 藥形罩 ) ，這種藥包爆炸后在底部炸出一個(gè)更深的凹坑。 實(shí)驗(yàn)表明： 不同 底部錐形罩破壞效果不同。大直徑工程井在硬巖、孤石、漂石中采用潛 孔錘及聚能爆破相結(jié)合復(fù)合式鉆進(jìn)工藝，既可提高鉆進(jìn)效率，又可克服 大孤石、漂石中容易導(dǎo)致孔斜。是一種工藝簡(jiǎn)單，安全易行，節(jié)省能源， 成本低的施工方法。圖 11 不同藥柱結(jié)構(gòu)的爆破效果1雷管； 2藥包； 3破碎穴； 4錐形罩； 5金屬錐形藥形罩； 6 爆破錐形孔4 結(jié)論隨著潛孔錘結(jié)構(gòu)形式、鉆具匹配、鉆頭類型、以及多種鉆進(jìn)工藝方 法的發(fā)展和完善。潛孔錘鉆進(jìn)將成為復(fù)雜地層鉆進(jìn)一項(xiàng)重要技術(shù)措施。作者簡(jiǎn)介：蔣榮慶 男，1932 年生?，F(xiàn)任

24、長(zhǎng)春科技大學(xué)勘探工程研究所 所長(zhǎng)、教授、博士導(dǎo) 師，國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)專家，曾任中 國(guó)巖石力學(xué)和工程學(xué)會(huì)巖石破碎專業(yè)委員會(huì)、 全國(guó)大口徑 工程井鉆進(jìn)技術(shù)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)。通訊地址：吉林省長(zhǎng)春市 長(zhǎng)春科技大學(xué)探工系 郵政編碼： 130026 作者單位：蔣榮慶 （ 長(zhǎng)春科技大學(xué) 長(zhǎng)春 130026）殷琨 （長(zhǎng)春科技大學(xué) 長(zhǎng)春 130026）辜華良 （長(zhǎng)春科技大學(xué) 長(zhǎng)春 130026）收稿日期： 1998-10-00王梅編輯復(fù)雜地層偏心跟管鉆進(jìn)技術(shù)及配套選擇在眾多的復(fù)雜地層鉆進(jìn)施工中， 塌孔、 埋鉆是施工人員經(jīng)常碰到且又十分頭疼的問(wèn)題。 采用 常規(guī)的鉆進(jìn)工藝方法很難保證鉆孔的質(zhì)量和施工效率。 潛孔沖擊跟管

25、鉆進(jìn)技術(shù)充分利用了風(fēng)動(dòng)潛 孔錘高效沖擊破碎巖石的優(yōu)勢(shì)， 在高效碎巖鉆進(jìn)的同時(shí)， 同時(shí)跟入套管保護(hù)鉆孔孔壁， 利用套管 的剛性導(dǎo)向作用，可以抑制鉆孔彎曲， 保證鉆孔的直線度。 目前已在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于堅(jiān)硬、 破 碎、松散等復(fù)雜地層的工程鉆孔施工中。 潛孔沖擊跟管鉆進(jìn)按其結(jié)構(gòu)型式主要分為二種類型： 偏 心式跟管鉆具及同心跟管鉆具。 二種結(jié)構(gòu)型式的跟管鉆具具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能， 其適 用范圍也有所區(qū)別。 同心跟管鉆具因其外鉆頭的壁厚較厚， 同樣孔徑施工， 沖擊功傳遞效果不如 偏心鉆具，只有在鉆孔直徑較大，選擇高風(fēng)壓沖擊器時(shí)， 效果才比較好， 但制造費(fèi)用比偏心鉆具 高的多。偏心式跟管鉆具不僅成

26、孔直徑大，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，使用方便，因此得到了 更廣泛的應(yīng)用。偏心跟管鉆具的工作原理鉆進(jìn)時(shí)，偏心跟管鉆具通過(guò)套管內(nèi)孔中進(jìn)入套管靴位置，當(dāng)鉆具正轉(zhuǎn)時(shí)，偏心鉆頭在孔底 摩擦力的作用下順著回轉(zhuǎn)方向偏心張開(kāi)， 在潛孔錘驅(qū)動(dòng)下鉆頭鉆出比套管外徑大的鉆孔， 同時(shí)偏 心鉆具的導(dǎo)正器臺(tái)肩驅(qū)動(dòng)套管靴， 使套管與鉆孔同步跟進(jìn)， 使之保護(hù)鉆孔。 鉆孔達(dá)到預(yù)定深度后， 使鉆具反向旋轉(zhuǎn)一定角度，偏心鉆頭收攏，然后從套管中提出。原理圖如下：偏心跟管鉆具鉆進(jìn)時(shí)破碎巖石及驅(qū)動(dòng)套管跟進(jìn)的能量主要來(lái)源于潛孔沖擊器輸出的沖擊功， 此外鉆機(jī)回轉(zhuǎn)帶動(dòng)偏心跟管鉆頭對(duì)孔底巖石形成輔助性切削及擠擴(kuò)效應(yīng)。 要獲得良好的 跟管鉆進(jìn)效果

27、，必需使鉆機(jī)、空壓機(jī)設(shè)備的輸出性能以及潛孔沖擊器性能與跟管鉆具加以匹配， 并且根據(jù)地層情況制訂出合適的鉆進(jìn)施工工藝。鉆進(jìn)設(shè)備的配套根據(jù)沖擊器的碎巖特點(diǎn)，鉆機(jī)設(shè)備應(yīng)滿足低速大扭矩的需要，一般選擇動(dòng)力頭式錨固鉆機(jī) 較好； 空壓機(jī)性能首先要滿足潛孔沖擊器所需的風(fēng)壓和風(fēng)量的需要， 并且根據(jù)地層的漏失程度及 含水情況， 在條件允許的情況下， 盡量選擇能力較大的空壓機(jī)； 潛孔沖擊器應(yīng)具備優(yōu)良的沖擊功 和沖擊頻率輸出性能，并且要與跟管鉆具、套管材料的強(qiáng)度相匹配。跟管鉆進(jìn)操作要點(diǎn)在復(fù)雜地層進(jìn)行跟管鉆進(jìn)施工時(shí)， 選擇的鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)以低轉(zhuǎn)速、 低給進(jìn)壓力、 高上返風(fēng)速為 原則，施工操作過(guò)程中應(yīng)根據(jù)所鉆進(jìn)地層中巖石的

28、硬度、 松散程度、 含水量等因素控制鉆進(jìn)速度， 當(dāng)鉆遇到特別松散或較大裂隙的地層時(shí)，尤其要降低給進(jìn)速度和給進(jìn)壓力，反復(fù)進(jìn)行排渣清孔。 在具體的施工操作中還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：鉆具下孔前應(yīng)檢查潛孔沖擊器、跟管鉆具、套管及套管靴連接是否牢固，偏心鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng) 是否靈活，通風(fēng)是否順暢。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意觀察套管的跟進(jìn)情況及孔內(nèi)排粉情況， 每鉆進(jìn) 0.3 0.4 米應(yīng)強(qiáng)吹孔排 粉，以保持孔內(nèi)清潔。吹孔時(shí)，中心鉆具向上提動(dòng)距離應(yīng)嚴(yán)加控制以能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力吹孔排粉為限， 禁止在鉆進(jìn)過(guò)程中強(qiáng)力起拔中心鉆具。鉆進(jìn)結(jié)束或需要更換中心鉆具時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行清孔，將孔底殘?jiān)当M，然后停止回轉(zhuǎn)，把 中心鉆具緩緩向上提動(dòng)， 提升力的大小以剛好能提動(dòng)中心鉆具為合適，