巖土鉆掘工程的應(yīng)用范圍

1、巖土鉆掘工程的應(yīng)用范圍：普查找礦鉆探、礦產(chǎn)勘查鉆探、水文地質(zhì)和水井鉆、油氣田鉆探、 工程地質(zhì)勘察鉆、工程施工鉆、環(huán)境監(jiān)測(cè)、非開(kāi)挖地下管線施工技術(shù)、能源開(kāi)發(fā)資源勘探開(kāi) 發(fā)坑探工程、冰川鉆探。施工設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)：小型輕便化、大型多功能化、特殊專用化巖土鉆掘工程的工作對(duì)象是巖土。鉆探工程，鉆掘就是要鉆出一定大小直徑和深度的孔（井） 對(duì)于坑探工程，鉆掘巖土就是要掘出一定尺寸和深度的巷道、槽或淺井等巖石連接的薄弱面的存在一方面大大削弱巖石的堅(jiān)固性，另一方面又對(duì)爆破有害，降低了爆 破效果巖石可鉆性可理解為鉆進(jìn)過(guò)程中巖石抵抗破碎的強(qiáng)度。他表示巖石破碎的難易性。巖石的可鉆性分級(jí)：1.按實(shí)鉆法分級(jí)：在規(guī)定的設(shè)備

2、和技術(shù)條件下，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)鉆，已獲 得的純鉆進(jìn)速度作為巖石可鉆性的分級(jí)指標(biāo)?？摄@性級(jí)別越高，鉆進(jìn)時(shí)速度越低，可鉆性越 低，越難鉆。缺點(diǎn)：隨著技術(shù)水平和技術(shù)條件的改變，各類(lèi)巖石的實(shí)鉆指標(biāo)的絕對(duì)值和相對(duì) 關(guān)系都會(huì)發(fā)生變化。各地區(qū)礦區(qū)的巖面存在著差異，要找到在同深度并且和其他條件相同的 測(cè)試條件是較難實(shí)現(xiàn)的，因而影響其測(cè)試的科學(xué)性要組織較大的測(cè)試隊(duì)伍到各地各礦去測(cè)試， 因而該測(cè)試方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。2擺球硬度分析法：儀器簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，但要求巖樣兩端拋光 工序較為復(fù)雜3壓入硬度分級(jí)法:模擬了牙輪鉆進(jìn)時(shí)牙齒的碎巖方式4微鉆法5普氏分級(jí)法 6鑿碎比功法鉆探生產(chǎn)工序：準(zhǔn)備階段：籌備應(yīng)采用的設(shè)備和工具，然后搬運(yùn)和

3、安裝。鉆進(jìn)階段：包括鉆 進(jìn)、檢修、事故處理、聽(tīng)鉆等工作。結(jié)束階段：包括起拔套管、封孔、設(shè)備拆卸等工作 鉆探工程是按照一定要求和目的，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和工藝措施，以最優(yōu)方式鉆出一定孔徑和 深度的孔鉆孔的基本程序：破碎孔底巖石、提取巖心和巖粉、加固孔壁鉆孔結(jié)構(gòu)：鉆孔由開(kāi)孔至終孔，隨孔深口徑的變換。一般的，換徑次數(shù)越多，鉆孔結(jié)構(gòu)越復(fù) 雜。為獲得水文地質(zhì)資料而進(jìn)行的鉆探工作，稱為水文地質(zhì)鉆探，所形成的孔稱為水文地質(zhì)孔或 水文地質(zhì)勘探孔。為開(kāi)發(fā)地下水而進(jìn)行的鉆井工作，稱為水井鉆，所形成的井稱為供水井。 水文地質(zhì)孔、水文地質(zhì)勘探孔、探采結(jié)合井、水文地質(zhì)長(zhǎng)期觀測(cè)孔、供水井安裝井內(nèi)裝置的工作，稱為成井工藝。破壁

4、、換漿、探井一一安裝井管一一填礫一一止水一 洗井試抽井管包括井壁管、濾水管、沉淀管對(duì)井管的要求：井管應(yīng)圓、直、無(wú)彎曲；井管內(nèi)壁應(yīng)平滑、圓整；井管應(yīng)具有一定的抗彎、 抗拉、抗壓強(qiáng)度；應(yīng)具有較高的抗腐蝕能力；濾水管應(yīng)具有較大的孔隙率井壁管是保護(hù)非含水層孔段的井壁，防止坍塌堵塞井孔，同時(shí)又可隔離含有有害雜質(zhì)的水涌 入井中，以保證水井的水質(zhì)井管可分為金屬和非金屬濾水管種類(lèi)：骨架濾水管、纏絲濾水管、包網(wǎng)濾水管、礫石濾水管、貼礫濾水管止水：為了達(dá)到一定水文目的，在井孔中隔離個(gè)別巖層的工作稱為止水洗井：清楚井壁上的泥皮，并把滲入到含水層中的泥漿抽吸出來(lái)，恢復(fù)含水層的空隙，進(jìn)而 抽吸出含水層中的一部分細(xì)小顆粒

5、，擴(kuò)大含水層的孔隙而形成一個(gè)人工過(guò)濾層。這個(gè)高滲透 率的人工過(guò)濾層的形成叫做洗井。清孔有兩個(gè)目的，一是清除孔底的沉渣，提高樁端承載力；二是清除孔壁上的泥皮，提高樁 身摩擦力灌注混凝土作業(yè)步驟：灌注混凝土；提升導(dǎo)管；拆除導(dǎo)管；控制灌注標(biāo)高；拔出護(hù)筒 斷樁處理方法：當(dāng)斷樁位置較深、斷樁處承受的彎矩不大且斷處以上以灌注混凝土?xí)r，可用 壓漿方法處理；當(dāng)斷樁位置較深，斷樁處承受較大彎矩且斷處以上以灌注混凝土?xí)r，為了加 強(qiáng)其抗彎性能，沿樁身鉆的孔要大些，穿過(guò)斷處要深些；斷樁處靠近地面而斷樁后又停止灌 注混凝土，可視具體情況，用打入長(zhǎng)的鋼護(hù)筒或沉入導(dǎo)管等方法；補(bǔ)樁。爆擴(kuò)樁是用鉆機(jī)成孔，樁下端爆擴(kuò)成擴(kuò)大頭的就

6、地灌注混凝土的斷樁。油、氣井鉆井方法可分為轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井法和井底動(dòng)力鉆井法，后者又有渦輪鉆、螺桿鉆和電鉆之 分。轉(zhuǎn)盤(pán)鉆井法使用最廣，他的鉆井工藝與技術(shù)比較成熟。在軟地層中常用刮刀鉆頭全面鉆 進(jìn)，在中硬以上地層可以采用不同類(lèi)型的三牙輪鉆頭或金剛石鉆頭全面鉆進(jìn)，只有在含油地 層才取心鉆進(jìn)。固井包括下套管和注水泥兩項(xiàng)工作。在準(zhǔn)備固井井段，先下入按設(shè)計(jì)做好的套管柱，然后再 在套管與井壁之間注入一定高度的水泥漿，把井壁和套管間的環(huán)狀間隙嚴(yán)密封閉起來(lái)，做到 既不漏、不竄，隔絕油、氣、水層，又保護(hù)套管不斷、不裂和不變形?？犹焦こ蹋簽榱诉_(dá)到地質(zhì)勘探的目的一一了解巖性和地質(zhì)構(gòu)造、礦體的賦存情況，尋找有用 礦床而在地表

7、或地下巖層中挖掘各種不同形狀的空間場(chǎng)所。鉆機(jī)基本組成部分：回轉(zhuǎn)裝置、調(diào)壓及給進(jìn)裝置、升降裝置、變速裝置、機(jī)架。傳動(dòng)系統(tǒng)任務(wù)a接通和切斷動(dòng)力b變速和變矩c分配動(dòng)力和改變旋轉(zhuǎn)方向d改變運(yùn)動(dòng)形式e 實(shí)現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)和過(guò)載保護(hù)f其他，比如驅(qū)動(dòng)儀表硬質(zhì)合金鉆進(jìn)是采用具有相當(dāng)硬度的硬質(zhì)合金做碎巖切削具的一種鉆進(jìn)方法。鋼粒鉆進(jìn)是用未鑲有切削具的鉆頭剛體壓住不與鉆頭鋼體鑲在一起。呈自由狀態(tài)、尺寸不大 的鋼粒，并帶動(dòng)它們?cè)诳椎追瓭L而破碎巖石的鉆進(jìn)方法。孕鑲鉆頭的胎體磨耗和金剛石磨耗狀態(tài)基本上有下屬三種a胎體與金剛石相應(yīng)地磨耗b胎體 磨耗過(guò)快使金剛石過(guò)早脫落或破裂c胎體磨耗過(guò)慢，致使金剛石不出刃。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)之所以能

8、夠提高鉆進(jìn)效率a沖擊載荷為接觸應(yīng)力，瞬間可達(dá)極高值b切削刃 具的磨損減少c在沖擊時(shí)加有一定軸向壓力，可改善沖擊功能的傳遞條件，增大了沖擊效果。 D高頻并連續(xù)給巖石施加沖擊荷載e在沖擊中又有連續(xù)不斷地回轉(zhuǎn)切削作用，改變了單沖擊 載荷的破巖方式，充分發(fā)揮了沖擊碎巖和切削碎巖的效果。鉆孔沖洗介質(zhì)的功用a冷卻鉆頭b清洗孔底c保護(hù)孔壁d潤(rùn)滑鉆具水化作用：由于電的作用使粘土顆粒吸附水，粘土顆粒因吸水而形成一層水化膜。失水量和造壁能：失水量和造壁能是泥漿最重要的性能之一。在鉆進(jìn)時(shí)，若泥漿液柱與地層 間有壓力差存在時(shí)，泥漿中的自由水逐漸脫離泥漿向孔壁巖層的孔隙中滲入，這個(gè)過(guò)程稱為 泥漿的失水。表示泥漿失水多少

9、的性能成為失水量。觸變性：泥漿靜止時(shí)，粘土顆粒兩端水化膜薄處粘結(jié)，而形成結(jié)構(gòu)，稠化成膠狀物質(zhì)。當(dāng)再 進(jìn)行攪拌或振蕩時(shí)，又恢復(fù)其原有的流動(dòng)性，這種性質(zhì)稱為泥漿的觸變性。30鉆探質(zhì)量包 括：巖礦心的采取、鉆孔彎曲、簡(jiǎn)易水文測(cè)量、孔深校正、原始報(bào)表和封孔。前兩項(xiàng)最重要。 對(duì)巖礦心質(zhì)量的要求:a巖礦心的采取率b完整性c純潔性d避免選擇性磨損鉆孔彎曲：在施工過(guò)程中，由于種種原因，鉆孔都要偏離設(shè)計(jì)的軸線，凡是鉆孔實(shí)際軸線偏 離了設(shè)計(jì)的鉆孔軸線者，均稱為鉆孔彎曲，簡(jiǎn)稱孔斜。復(fù)雜地層：由于地質(zhì)構(gòu)造的運(yùn)動(dòng)，地下水的溶蝕、沖刷以及由于巖石本身的特點(diǎn)而使其穩(wěn)定 性和完整性遭受破壞的地層。硬質(zhì)合金切削具主要受到的兩個(gè)

10、力的作用，軸向壓力和水平回轉(zhuǎn)力。當(dāng)軸向壓力達(dá)到一定 值后，切削具對(duì)巖石的單位壓力超過(guò)巖石的抗壓入巖石一定深度。同時(shí)，在回轉(zhuǎn)力的作用下， 切削具也向前推擠巖石。如果巖石較脆，則受力體被剪切推出；如果巖石是塑性的，則切削 具前部巖石被削去一層。切削具在軸向壓力和水平回轉(zhuǎn)力的雙重作用下，遂使孔底呈螺旋狀 不斷加深。直鑲，用于各種巖層 正斜鑲，用于軟巖，硬度小于5 負(fù)斜鑲，用于硬巖單顆鋼粒破碎巖石的機(jī)理：壓碎破碎，壓裂破碎常用的投砂方法：一次投砂法，結(jié)合投砂法，連續(xù)投砂法一次投砂：在回次鉆進(jìn)前將所需鋼粒量一次性投入孔內(nèi) 結(jié)合投砂法：又稱分批投砂法，在 回次鉆進(jìn)前先投入孔內(nèi)所需鋼粒的50%，所剩下的50

11、%鋼粒量分23次投入 連續(xù)投砂法： 是利用連續(xù)投砂器，在鉆進(jìn)過(guò)程中不斷送砂表鑲鉆頭上的金剛石對(duì)于球體壓入堅(jiān)硬脆性巖石的作用過(guò)程中，一般認(rèn)為主要破壞方式為壓 裂、壓碎加體積剪切，而切削破碎方法是次要的；對(duì)于塑性較大的中硬巖石，則主要以切削 方式破碎巖石，而以壓碎壓裂為輔。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的井底碎巖，三種力，回轉(zhuǎn)力，軸向靜壓力，沖擊力；巖石以沖擊剪切和回轉(zhuǎn) 切削方式破碎。在硬的、脆性的巖石中鉆進(jìn)，巖石破碎主要是沖擊力的結(jié)果，鉆具的回轉(zhuǎn)只是移動(dòng)切削具位 置；對(duì)于中硬、塑性較大的巖石，其破碎方式仍然是以回轉(zhuǎn)切削為主，沖擊作用是輔助的。 鉆頭切削具的磨損主要發(fā)生在回轉(zhuǎn)過(guò)程中。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)之所以能夠提高鉆進(jìn)效

12、率，原因有：1沖擊荷載為接觸應(yīng)力，瞬時(shí)可達(dá)到極高值，應(yīng)力比較集中；2切削刃具的磨損減少3在沖 擊時(shí)加有一定軸向壓力，可改善籌集功能的傳遞條件，增大沖擊效果。4高頻并連續(xù)地給巖 石施加沖擊荷載5在沖擊中又有連續(xù)不斷的回轉(zhuǎn)切削作用。鉆探質(zhì)量包括：巖礦心的采取、鉆孔彎曲、簡(jiǎn)易水文測(cè)量、孔深校正、原始報(bào)表、封孔。尤其以巖礦心的采取和鉆孔彎曲更重要。封孔：是鉆孔施工的最后一項(xiàng)工作。鉆孔終結(jié)后為了地質(zhì)因素（1）巖石的各向異性：垂直層理的鉆速大于順層理的鉆速，鉆孔得頂角和方位角都趨于垂 直巖層的層面方向。（2）巖層遇層角的影響：巖層的遇層角是指鉆孔的軸線與沿層面之間小于90度的夾角。鉆 孔穿過(guò)軟硬互層時(shí)，因軟硬巖石抵抗破碎的能力不同，使孔底產(chǎn)生不均勻破碎，造成鉆速差， 因而引起鉆孔頂角和方位角的變化。鉆孔偏斜的方向與頂角彎曲的強(qiáng)度取決于遇層角的的大 小和巖石的硬度差。差值越大，鉆孔彎曲強(qiáng)度越大。當(dāng)鉆頭由軟巖進(jìn)入硬巖，且遇層角小于 15到30度，互層的軟硬又相差較大時(shí)，順層溜的趨勢(shì)，反之有頂層進(jìn)的趨勢(shì)。當(dāng)鉆頭自硬 巖進(jìn)入軟巖中