鉆進范文10篇

摘要：頁巖氣是指附存于富有機質(zhì)泥頁巖或高碳泥頁巖及其夾層中，由于有機質(zhì)的吸附作用，以吸附和游離狀態(tài)為主要存在方式的一種非常規(guī)天然氣。相對于常規(guī)天然氣，由于頁巖氣具有低孔低滲的特點，巖性致密，給頁巖氣的鉆探帶來了難度。為了解決頁巖氣井的鉆探中井壁的穩(wěn)定性差的問題，需采取相應的護壁技術，詳細介紹了鉆井液護壁技術、套管固井護壁技術和其他特種護壁技術。

關鍵詞：頁巖氣鉆探；護壁技術；鉆井液護壁技術；套管固井護壁技術

1概況

中國頁巖氣廣泛存在于海相及陸相沉積盆地中，含氣頁巖層段時代從古生界分布至新生界，儲集層地質(zhì)條件較為復雜。我國富有機質(zhì)頁巖TOC含量較北美低，海相頁巖熱演化程度普遍偏高，陸相頁巖則普遍偏低，且含氣量偏低，埋深偏大。地形多為山地、丘陵等復雜地表，構造復雜，受構造條件影響大，發(fā)育斷裂，保存條件較差。

2頁巖氣鉆井鉆進難度

頁巖氣儲層的頁理發(fā)育，具有層理和天然裂隙等薄弱面，非均質(zhì)性和各向異性強。泥頁巖中一般含有蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石等粘土礦物。粘土礦物含量越多，發(fā)生地層坍塌的可能性愈大。蒙托石吸水膨脹率高達90%~100%，而伊利石吸水膨脹率僅有2.5%，混層礦物吸水膨脹率按蒙脫石所占的比例多少而定，比例大者吸水膨脹較大。由于粘土礦物吸水膨脹產(chǎn)生的壓力，若不加以抑制，則會大大的超過巖石的膠結強度極限而引起井塌而帶來井壁穩(wěn)定性差的問題，為了解決頁巖氣井鉆探的井壁穩(wěn)定性差等問題，需采取科學合理的鉆進護壁解決措施，提高頁巖氣井鉆探的質(zhì)量。

摘要:煤礦開采工作并非其他工業(yè)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可比，開采過程中安全要求較高，一旦出現(xiàn)問題，不僅僅會損失物資財產(chǎn)，還會對施工人員、采礦人員的生命安全產(chǎn)生直接威脅。井下定向鉆進技術應用得好，能夠在很大程度上提高煤礦安全生產(chǎn)，因為煤礦井下定向鉆進技術對于煤礦的地質(zhì)勘探工作具有重要的支撐作用，能夠降低采礦風險。當然，應用井下定向鉆進技術時也不能對安全問題置之不理。

關鍵詞:煤礦;井下定向鉆進技術;礦井地質(zhì)勘探

近些年我國的煤礦井下綜合開采技術應用較好，提高了煤礦生產(chǎn)的安全性和采礦效率。井下煤層地質(zhì)構造對勘探的影響非常大，如果做不好這方面的工作，煤礦井下綜合開采技術就無法高效應用。在煤礦地質(zhì)勘探中，經(jīng)常使用地質(zhì)雷達等方法。應用這些方法可以精準掌握斷層、陷落柱等地質(zhì)構造，但是針對高于5m的斷層，這些方法無法有效應用，即便應用了，探測準確度也不是很理想。因此，煤礦井下定向鉆進技術對5m以下的斷層進行地質(zhì)勘探時，應用優(yōu)勢特別明顯，鉆孔軌跡可以有效控制。這一技術在使用過程中還存在一些問題，需要再具體應用時根據(jù)現(xiàn)場情況逐一解決。

1定向鉆進技術概述

1．1工作原理

煤礦生產(chǎn)中的井下定向鉆進技術是利用水力將礦渣排出洞穴之外，然后一邊鉆進一邊測量，是一種專門用于鉆孔的施工工藝。這種技術利用泥漿泵的壓力，將水輸送到鉆頭的底部，然后通過鉆頭和孔壁形成的空隙，用水力將礦渣排出，鉆頭轉(zhuǎn)動對煤層產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)切割的動力來源于孔底的螺桿馬達旋轉(zhuǎn)。在這個施工過程中，跟隨鉆頭隨時進行的測量系統(tǒng)能夠?qū)︺@頭底部的活動姿態(tài)參數(shù)進行及時測量、及時調(diào)整。施工人員設計好施工參數(shù)，鉆頭的角度能夠根據(jù)原先的預定設計，參考現(xiàn)實施工情況，進行角度、力度等方面的調(diào)整，直到達到預定的鉆孔軌跡為止。當然，定向鉆進技術也有一定的局限性，硬度系數(shù)高于5的穩(wěn)定煤層比較適用于此項技術。孔底螺桿馬達等器具是定向鉆進技術的主要工具，孔洞部位的監(jiān)視器完成實時測量工作，并控制螺桿馬達的鉆進方向，使鉆孔的變化軌跡與預定目標一致。

1項目概況

某水利樞紐中心，周邊區(qū)域范圍內(nèi)降水稀少、生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源長期短缺，已成為制約當?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的重要因素之一；該水利樞紐中心的建設，能夠為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與建設提供有效可靠的水資源支撐。建設期間對場地進行的地下水勘查項目中，通過采用先進的地下水勘查鉆探技術，先后施工完成了9眼80oITI～1000m深度范圍的水文地質(zhì)勘探孔，為掌握該區(qū)域地下水的情況獲得了重要原始實測資料。

2場地地質(zhì)條件

該施工場地周圍開闊平坦，海拔大致處于1300rn～1500m范圍內(nèi)，是典型的黃土塬區(qū)地貌。區(qū)域內(nèi)地層時代跨度相對廣泛，但主要以第四系、白堊系和寒武系分布最廣，具體如下。

1)寒武系：為淺紅色及紫紅色巖性的砂礫巖、石英砂巖，可見厚度約800m～1000rll。

2)白堊系：白堊系在整個場地范圍內(nèi)均有廣泛分布，以鮮紅色粗砂礫紅層和雜色巖石為主。

摘要：煤礦井下作業(yè)的實施中，為了可以針對較遠距離煤層進行實際走勢的探勘，同時探查出陷落柱和采空區(qū)等某些異常的地質(zhì)狀況，合理減少因地質(zhì)構造而導致的礦井生產(chǎn)安全問題，應對定向鉆進技術加以運用。該項技術擁有作業(yè)靈活、精度較高等特點，在煤礦井下地質(zhì)勘探工作的開展中，有著良好的應用。文章對定向鉆進技術做出概述，論述了礦井地質(zhì)勘探中該項技術的應用，以供參考。

關鍵詞：煤礦井；定向鉆進；地質(zhì)勘探

煤礦開采是一項較為特殊的工作，該項作業(yè)的施工和工作人員的生命安全之間存在高度的關聯(lián)性，如果作業(yè)中出現(xiàn)問題，不但會導致煤礦開采企業(yè)的經(jīng)濟效益受到一定的影響，還會威脅煤礦開采工人的安全。因此，加強煤礦開采中先進技術的應用是確保開采作業(yè)人員生命安全的基礎，而定向鉆進技術是一種比較先進的煤礦開采技術，可以為煤礦開采工作人員的安全提供保障，值得推廣應用。

1定向鉆進技術概述

定向鉆進技術屬于新型的煤礦開采技術，在礦井勘探工作的開展中具有較為廣泛的應用[1]。我國煤礦勘探工作的開展中，定向鉆進技術比較重要的應用便是針對抽采煤礦井下瓦斯等相關毒性氣體的防治，同時該項技術的應用可以有效確保煤礦井下勘探工作的有序推進，創(chuàng)造一個比較安全的作業(yè)施工環(huán)境，給煤礦井下開采工作的開展提供了有力保障。具體應用該項技術的過程中，通常是將相關的工藝設備、測量工具及其井下作業(yè)工具加以結合，借助對鉆孔運動軌跡不斷做出適當?shù)膭討B(tài)性調(diào)整，確保鉆頭可以順沿指定的方向到達預先設計的目標位置，從而有效提升實際工作開展的效率，縮減作業(yè)施工成本，獲取較為理想的效果，針對后續(xù)作業(yè)施工起到一定的參考與指導作用，從而明顯提高作業(yè)施工的安全性。相較于過往所采用的常規(guī)鉆探作業(yè)技術來講，定向鉆進技術在分支孔的施工中通常存在如下優(yōu)勢：①實施伴隨鉆探工作的開展進行勘探相關信息的計算與保存。②以較小的誤差計算并創(chuàng)建出地層結構中相應的三維坐標，然后應用定向分支技術對這一點的坐標進行計算，借助多個三維坐標的創(chuàng)建，整體的三維模型便得到了較為有效的創(chuàng)建，實現(xiàn)了針對這一區(qū)域地質(zhì)結構的勘探，產(chǎn)生的誤差比較小。③借助已經(jīng)完成作業(yè)施工的眾多地質(zhì)鉆孔和實揭煤層剖面的比較，探尋地質(zhì)鉆孔相應的偏斜規(guī)律，對其中的相關影響因素加以分析，利用實踐驗證的比較，可以更加準確地確立地質(zhì)鉆孔偏斜所具有的規(guī)律性。

2礦井地質(zhì)勘探中煤礦井下定向鉆進技術的應用分析

1工程概況

為了重點查明左岸巖體內(nèi)斷層分布情況、壩基基本地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件，地質(zhì)工程師布置了與水平方向夾角為30°傾斜角、320°方位角的鉆孔，該孔設計孔深100m，終孔孔徑不小于91mm。鉆孔取芯要求為:弱風化帶巖體采取率達85%以上，微新巖體達90%以上。

2地質(zhì)條件

攀枝花銀江水電站左岸地層主要有下元古界變質(zhì)巖系，震旦系上統(tǒng)碳酸鹽巖二疊系下統(tǒng)陽新組碳酸鹽巖，上統(tǒng)峨眉山玄武巖，三迭系上統(tǒng)～白堊系的碎屑巖類，并有不同時期的巖漿巖廣泛出露。區(qū)內(nèi)侵入巖主要有晉寧期石英閃長巖、輝長巖、斜長花崗巖、閃長巖，華力西期正長巖、花崗巖、輝長巖等類型。下元古界構成本區(qū)基底，其它地層形成蓋層。第四系河流沖積、洪積在河床中廣泛分布，崩塌堆積和殘坡積零星分布山麓地帶。巖體裂隙發(fā)育，查閱相關區(qū)域地質(zhì)資料，取芯多為碎屑狀及小碎塊狀，區(qū)域內(nèi)的斷層對斜孔鉆探施工有一定的影響。

3鉆孔實施

3．1施工準備

本文作者：倪林祥

一、影響金剛石鉆頭充分發(fā)揮技術經(jīng)濟指標的因紊

1.鉆頭微燒引起拉槽,金剛石孕鑲鉆頭在鉆壓的作用下,以一定的線速度運動,‘可以簡單地把鉆頭和巖石視為一摩擦系統(tǒng),金剛石鉆頭胎體的溫升就是由于鉆頭端面在巖石表面作相對位移時,由摩擦功而引起的。因此,溫升的速度、高低與壓力、線速度成正比,和冷卻條件(包括鉆頭水馬力,水口數(shù)和胎體壁厚)成反比。孕鑲金剛石鉆頭出現(xiàn)拉槽,即形成“0”形圈(圖3)的原因是,當沖洗液流經(jīng)鉆頭內(nèi)徑,通過水口和金剛石出刃與巖石間的微隙通道,由于傳導和對流作用,將熱量帶走,在胎體壁內(nèi)外徑向產(chǎn)生溫度梯度(見圖2)。如圖2所示的相對高溫區(qū)的瞬時溫升達到金剛石石墨化的溫度時,便出現(xiàn)微燒現(xiàn)象。其表現(xiàn)是鉆頭端面發(fā)黑,或者粘著一層薄薄的巖粉。由現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),微燒現(xiàn)象多半出自地層軟硬變化,鉆壓忽大忽小,時效忽快忽慢,或者在硬巖層中強力鉆進,一般在進尺平穩(wěn)時很少發(fā)生。如果微燒現(xiàn)象不能及時發(fā)現(xiàn),并采取相應的技術措施,惡性循環(huán)的結果,必然導致“o”形圈的形成。但是,金剛石層消耗到一定程度后,出現(xiàn)“0”形圈則不在此列。2.鉆頭異常磨損(1)目前各廠出產(chǎn)的鉆頭,內(nèi)外徑公稱尺寸不一,其變化范圍在協(xié)38.5一協(xié)39.5之間,造成互換性差,尤其在硬巖層中鉆進,若有殘留巖心,用小內(nèi)徑鉆頭套掃;抑或在硬碎巖層中鉆進,巖心碎塊脫落,磨損內(nèi)徑邊緣,形成內(nèi)臺階(圖5)。(2)雙管接頭的補強合金鑲嵌不牢,落入孔底,抑或孔口管與裸孔連接處出現(xiàn)臺階,或孔壁“探頭石”未及時清理,每當下鉆時,碰撞胎體,造成崩落,磨損鉆頭外徑邊緣,形成外臺階(圖6)。偶爾亦出現(xiàn)拉槽現(xiàn)象(圖3)。(3)金剛石出露狀態(tài)不好,有殘留巖心,鉆具振動,造成鉆頭內(nèi)外徑邊緣磨損(圖7)與巖石接觸面積增加。況,或鉆桿連接處漏水,送入孔底沖洗液量不足,抑或短時間停泵,造成輕燒或嚴重燒鉆事故。4.鉆頭與巖心管絲扣加工精度不高,受扭力作用后,擰得太死,采用管鉗卸扣,或者把鋼體夾扁,抑或?qū)⑻ンw夾裂。5.鉆機按裝不牢,鉆具震動歷害,或者在硬巖層中鉆進,仍采用大泵量,產(chǎn)生脈動現(xiàn)象,破壞了鉆頭在孔底的正常工作條件。6.制造方面的原因。在操作過程中經(jīng)常出現(xiàn)的有以下幾方面:(1)在壓制成形的過程中,粉末中壓力分布是不均勻的。由于顆粒間彼此摩擦,相互楔住,以及一些使顆粒移動困難的因素,而使壓力在模具側壁方向的傳遞,比在壓制方向的傳遞要小得多,粉末與模壁間存在摩擦,會使胎體在高度上出現(xiàn)顯著的壓力降。沿中軸線產(chǎn)生壓力梯度,在低壓燒結條件下較為明顯。由于壓力分布不均勻,壓制密度亦不同,層間的硬度HRc則有差異。在實際操作中可以看到,前幾個回次高度磨耗較少,爾后消耗很快,也是其中因素之一(圖s)。(2)胎體未燒透,工藝不穩(wěn)定,沒有形成粉末冶金要求的假合金,或鋼體清洗不凈,造成胎體脫落或掉塊。(3)保徑天然金剛石或聚晶深入到孕鑲層中(圖ga、b)形成硬支點,或者內(nèi)外徑補強金剛石未緊貼周邊(圖10),造成鉆頭過早縮徑或擴徑。(4)表鑲鉆頭的金剛石包鑲不牢,嚴重脫粒,或孕鑲鉆頭金剛石濃度不勻,密集部分出現(xiàn)脫粒或剝離現(xiàn)象。7.表鑲鉆頭使用不合理,中一粗粒(2o一40粒/克拉)金剛石鉆頭一般只宜于在中硬以下的完整巖層中鉆進,當時效降低,金剛石磨純,基本不進尺,就應停用回收(占成本費50%)再用。但由于片面追求鉆頭進尺,在金剛石失去切削能力的情況下,仍采用強力鉆進,致使金剛石壓碎,降低其利用率。上面列舉的影響金剛石鉆頭技術經(jīng)濟指標的因素,是現(xiàn)場最常出現(xiàn)的,有的往往被人們所忽視。歸納起來可分為三方面:第一是地層因素,第二是操作因素(其中也包括管理因素);第三是制造因素。除地層因素之外,只要采取相應的技術措施,便可得瓢改善。下面就四個地質(zhì)隊所用的孕鑲鉆頭分別按非正常磨損(其中包括拉槽、異常磨損、燒鉆等)和正常磨損統(tǒng)計如下,進行分析,便可看出問題的嚴重性。表內(nèi)列舉的52個鉆頭,總進尺2936.22米。平均鉆頭進尺56.34米。其中正常磨損的鉆頭27個,占51.92%,進尺2330米,占79.3%,平均鉆頭進尺82.59米,非正常磨損鉆頭25個,占48.08%,進尺606.22米,占20.7%,平均鉆頭進尺24.08米。正常磨損的鉆頭進尺是非正常磨損的3.73倍。表中所列數(shù)據(jù)是由7一9級的片麻巖類和花崗巖類得到的。如果將非正常磨損的鉆頭平均進尺由24.08米提高到平均進尺56.34米,每米純鉆頭成本(按240元/個計算)由10元/米左右降到4,5元/米左右,經(jīng)濟效果將很顯著。由此可見,減少鉆頭非正常磨損,是當前提高金剛石鉆進技術經(jīng)濟指標的關鍵。

二、提高金剛石鉆進技術經(jīng)濟指標的途徑

提高金剛石鉆進技術經(jīng)濟指標涉及的范圍很廣,本文僅著重分析與鉆頭有關的問題。1.根據(jù)本礦區(qū)的巖性合理選擇鉆頭,目前有的地質(zhì)隊采用數(shù)理統(tǒng)計的辦法,以所鉆的巖層為基礎,按鉆頭技術參數(shù)(如金剛石品級、粒度、濃度、胎體硬度等),分別統(tǒng)計鉆頭進尺、時效、回次長度等,進行認真分析研究,然后確定鉆頭選型,并根據(jù)各類巖層的分布情況,有計劃地定購鉆頭,設專人管理、發(fā)放,不是泛泛地而是有針對性地制訂切實可靠的技術措施。遇到難于鉆進的巖層,請研究部門或制造廠協(xié)助解決。2.適當控制時效,這里所指的只限于在7一9級的中硬、中等研磨性的巖層中鉆進,其時效一般都比較高。如果仍盲目追求機械效率,必然要加大壓力,提高轉(zhuǎn)速,勢必造成巖粉過多,堵塞出露良好的金剛石出刃的通道,產(chǎn)生微燒,結果是“欲速則不達”,鉆頭壽命大大縮短了。至于時效應控制在什么范圍內(nèi),應以鉆頭進尺長、不輕燒、而又具有相當?shù)臅r效為限度,例如7一8級的片麻巖,一般控制在2.5一2.0米/時。因此,每次起下鉆仔細觀察鉆頭磨損情況,測量鉆頭高耗,這是非常重要的,只有這樣才能制訂合理的時效和高耗的控制范圍。統(tǒng)計一些長壽命的鉆頭發(fā)現(xiàn)一個很有趣的現(xiàn)象,高耗的增量與進尺增量之比的正切,在同類巖層中,近似于常數(shù)。如鉆頭技術參數(shù)為:金剛石品級一JR3,粒度60一80目,濃度100%,HRc42,鉆進參數(shù)為:壓力600一500公斤,轉(zhuǎn)速600一700轉(zhuǎn)/分,泵量50一3-升/分。在7一8級的石榴子透輝巖和花崗巖中鉆進,進尺219.79米,回次進尺5.11米,時效3.13米,當鉆到160米處,時效高達5.2米,逐步輕燒,影響鉆頭進尺。此外,還要強調(diào)一點,鉆頭經(jīng)濟效果的好壞,不只取決于鉆頭,而是以每米消耗的綜合成本來衡量的。在某些特殊需要的情況下,例如在漏失地層,潤滑劑耗量大,或孔斜嚴重的孔段,鉆桿磨損大,需要采用快速通過,在不引起微燒的前提下,而對總成本降低有利,那末提高鉆進效率,縱然鉆頭壽命有所縮短還是合算的。3.目前我國各廠家生產(chǎn)的鉆頭,在7一9級中等研磨性巖層中鉆進,取得了回次和鉆頭進尺都比較高的效果,適于繩索取心鉆進,應逐步推廣這一新技術。據(jù)北京101隊在片麻巖中采用繩索取心鉆進表明,平均鉆頭進尺為61.00米,每米成本為29.46元,普通雙管平均鉆頭進尺為23.70米,每米成本為43.76兀。4.為改善鉆頭在孔底的工作狀態(tài),即提高鉆頭在孔底的穩(wěn)定性,在巖心管的異徑接頭處和鉆桿的適當部位裝上穩(wěn)定器。5.功56孕鑲鉆頭的水口應不少于8個,亦可在胎體內(nèi)外徑(如表鑲鉆頭)加銑棱槽,其壁厚可縮小1毫米左右,這種結構的鉆頭較之于常規(guī)結構的鉆頭拉槽現(xiàn)象要少得多。6.國內(nèi)所采用的天然金剛石孕鑲料,多以不成晶形的低品級剛果型金剛石或回收后的金剛石碰碎而成,其中一部分呈片狀,它們在孕鑲層中切削能力較差,如果經(jīng)過予處理,嚴格分選,效果要好得多。鄭州廠的天然孕鑲鉆頭能取得較好的效果與此有關。此外對人造金剛石進行嚴格分選,物盡其用.確保鉆頭質(zhì)量是非常必要的。7.有的地質(zhì)隊根據(jù)不同巖層,定出鉆頭進尺,實行超產(chǎn)獎勵的經(jīng)濟管理辦法,提商了鉆頭壽命,降低了成本。這也說明,只要改進管理,金剛石鉆頭仍有潛力可挖。8.目前各地質(zhì)隊都保存有大量用過的金剛石鉆頭,其中大部分可回收表、孕鑲料或補強料。只要經(jīng)過回收處理,便可變座為用。

三、結束語

解決方案

想要利用和發(fā)揮繩索取心技術的優(yōu)勢，就必須將壓水試驗和繩索取心鉆進兩個工序進行整合。我院對此做了大量的研究，提出了不提大鉆壓水試驗方案［4］。基本思路是:充分利用繩索取心鉆桿內(nèi)徑大的特點，將栓塞通過鉆桿內(nèi)徑下入到試驗段，采用氣或水使栓塞膨脹從而封閉試驗段。操作方法是:鉆完一個試驗段(一般為5m)，取出巖心，然后將鉆桿提離孔底6m，將栓塞通過纜繩下入到試驗段上部，然后使栓塞膨脹，封閉鉆桿和孔壁，利用鉆桿作為過水通道進行壓水試驗。該方法的主要問題:一是沒有現(xiàn)成的栓塞可用，必須重新設計加工;二是提放、膨脹栓塞的纜線較多，操作方法上需要重點研究。栓塞是進行壓水試驗的關鍵設備，為此，研究設計加工了專用壓水試驗栓塞及附件。在研究專用栓塞之初，考慮的是利用水對栓塞進行膨脹，即液壓栓塞［5］(見圖1)，其優(yōu)點是膨脹介質(zhì)容易獲得，栓塞密封性能要求不是很高，膨脹過程中基本沒有壓縮，試段封閉比較穩(wěn)定可靠。但是在試制中發(fā)現(xiàn):在地下水位較深的鉆孔進行壓水試驗時，由于膨脹管路的水柱較高，而又沒有地下水位的抵消，栓塞很難卸壓恢復原狀，根據(jù)統(tǒng)計，當?shù)叵滤贿_到60m，栓塞很難恢復原狀了。當?shù)叵滤贿_到100m左右時，水壓式栓塞基本不能使用。因此放棄了液體而改用氣體作為栓塞的膨脹介質(zhì)，即氣壓栓塞［6，7］，見圖1。氣壓栓塞與液壓栓塞其結構是相同的，它們的主要區(qū)別在于:一是膨脹膠囊的介質(zhì)不同，液壓栓塞是用液體作為膠囊的膨脹介質(zhì)，而氣壓栓塞則是用氣體作為膠囊的膨脹介質(zhì);二是充填介質(zhì)的設備不同，液壓栓塞是用泵將液體壓入膠囊進行膨脹，氣壓栓塞的充氣設備則是氣瓶。氣壓栓塞的特點是充氣過程簡單，只需要打開氣瓶閥門，控制好壓力即可。卸壓過程基本不受地下水位的影響，栓塞可以快速復原。而且氣壓栓塞的適應范圍比水壓栓塞要寬，栓塞卸壓時間遠少于水壓栓塞。圖1液(氣)壓栓塞研制成功的專用壓水試驗栓塞結構為:栓塞膠囊分為兩段，上膠囊位于鉆頭內(nèi)臺階上部，膨脹后封閉鉆桿，下膠囊穿過鉆頭進入鉆孔壓水試段的封堵部位，膨脹后封閉壓水試段。該栓塞的結構和材質(zhì)安全、耐用，密封性好，膨脹與復原性好，不變形。試驗操作接近常規(guī)的試驗方法，地質(zhì)和操作人員均容易接受。研究了壓水測試儀壓力傳輸電纜和高強度充氣管組合的提升方法。這種方法可以將鉆孔壓水綜合測試儀壓力傳輸電纜，作為主要承重繩，高強度充氣管作為輔助承重繩，很好地解決了試驗時纜線纏繞問題。經(jīng)實踐檢驗，繩索取心鉆進技術結合專用栓塞和鉆孔壓水試驗綜合測試儀，進行水利水電工程鉆探、壓水試驗，取得了十分理想的效果。針對目前繩索取心鉆具不適應水利水電勘探需要的問題，可考慮從以下2個方面解決:(1)在現(xiàn)有鉆具的基礎上，研制一種適合水利水電勘探需求的鉆具，這可以從根本上解決鉆具規(guī)格不能滿足水利水電工程需求的問題;(2)在選用現(xiàn)有鉆具的基礎上，對鉆進規(guī)程進行深入研究，通過對鉆孔結構、鉆進方式、鉆壓、泵量等的選擇、調(diào)整，尋找最優(yōu)鉆進參數(shù)［8］。第一種方案涉及到管材規(guī)格的改變，投入成本非常高，沒有太大的現(xiàn)實意義。從應用角度一般應選擇第二種方案，通過對鉆進參數(shù)的優(yōu)化，在可接受范圍內(nèi)，提高機械鉆速，當然其機械鉆速和常規(guī)鉆探方法相比仍然會偏低。對繩索取心鉆進中沖洗液的問題，可從3個方面進行考慮:一是可以通過增大鉆頭外徑的方法予以解決，將96mm的外出刃增加到98mm;二是研究配制一種既滿足水利水電勘探水文地質(zhì)試驗要求，又具有良好的潤滑作用的沖洗液，可以解決該問題，但缺點是從沖洗液材料的選擇、配方以及地層的千變?nèi)f化等需要做大量的試驗，需花費大量的時間、人力和物力，實施起來難度大;第三種方案是從操作入手，如注意觀察鉆進時的回水、聲音、鉆機震動等情況，對不同情況和問題分別采取措施。如處理沉淀采用特制的沉淀打撈器，鉆至強漏失地層時，將小流量的鉆進回水從鉆桿邊緣注入孔內(nèi)，這種綜合的處理方法，通常能獲得較好的效果。

應用實例

某水利樞紐工程壩段區(qū)位于華北地層區(qū)，陜甘寧蒙盆地地層分區(qū)。出露基巖為中生界三疊系二馬營組上段和銅川組下段，為一套陸相碎屑巖系，分布于整個壩址區(qū)的河谷及岸坡上，出露厚度約180～220m，最大揭露厚400m左右，巖相變化較大。壩址區(qū)基巖巖性可概括為鈣質(zhì)(長石)砂巖類、泥質(zhì)、鈣泥質(zhì)粉砂巖及少量(砂質(zhì))粘土巖3大類。壩區(qū)內(nèi)軟弱夾層(泥化夾層)普遍存在，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)13層，其厚度及性狀不穩(wěn)定，連續(xù)性較差，厚度一般為0.5～2.0cm，夾泥成分一般為粘土巖，少數(shù)為礫巖，但其礦物成分仍為粘土礦物，結構類型分泥夾碎屑型、碎屑夾泥型、全泥型3種，是主要工程地質(zhì)問題之一。由于軟弱夾層的存在對工程建設的造價和工程的安全性有重大影響，為查明其分布特征，地質(zhì)人員對鉆孔的要求為:終孔孔徑≮75mm;清水鉆進;按規(guī)定進行壓水試驗;要求強～弱風化巖石巖心采取率≮95%，微～新巖石巖心采取率≮8%;為了保證不漏失泥化夾層，鉆進回次應控制在0.5～1m。對上述要求，如果采用傳統(tǒng)的取心鉆進方法必須頻繁的提鉆，再加上每5m做一次壓水試驗也要提鉆，其勞動強度之大、鉆進效率之低、鉆探成本之高是不言而喻的。為滿足地質(zhì)要求，降低勞動強度和成本，從2010年6月～2011年7月，在該工程區(qū)內(nèi)，應用繩索取心鉆進技術結合不提大鉆壓水試驗方法和先進的壓水試驗綜合測試儀、應用特制的沉淀打撈器和自行摸索的操作方法，共完成了800多米鉆孔及相應的壓水試驗。在同工區(qū)相同地質(zhì)條件鉆孔中，對4個繩索取心鉆孔(S96的鉆具，金剛石鉆頭)和5個普通鉆孔(75mm雙管鉆具，金剛石鉆頭)的鉆進效率進行了統(tǒng)計對比，其結果見表1.由表1可知，繩索取心鉆進的平均效率為11.27m/d，普通鉆進的鉆進效率為9.83m/d，繩索取心的鉆進效率比普通鉆進高約14.6%。隨著孔深的增加其效率增加更明顯。繩索取心可以隨時提取巖心，能夠嚴格按照0.5m回次提鉆，并且一旦鉆進出現(xiàn)異常，可迅速撈取巖心，減少巖心的對磨，提高巖心的采取率。通過現(xiàn)場統(tǒng)計分析，繩索取心的巖心采取率比普通雙管鉆進要高1%～2%，泥化夾層采取率相比更高。圖2為繩索取心鉆進取出的巖心。圖2繩索取心鉆進取出的巖心在采取繩索取心鉆進加不提大鉆壓水試驗方法后，很好地解決了壓水試驗問題，避免了頻繁地起下鉆，極大地減輕了勞動強度。實踐表明，繩索取心鉆進取心質(zhì)量好，成本較低，鉆進效率高，勞動強度低;壓水試驗栓塞密封性能好，不提大鉆壓水試驗技術完全能夠滿足試驗要求，操作方便;針對沖洗液問題采取的措施能夠發(fā)揮良好的效果。

結論及建議

水利水電勘探有自己獨有的特點，國土資源、冶金、煤炭等鉆探行業(yè)的技術、設備相對先進很多，但由于工作環(huán)境不同，勘探要達到的目的不同，并不能直接移植到水利水電勘探中來，需要認真思索解決。繩索取心鉆進技術在水利水電勘探中的研究，經(jīng)實踐檢驗取得了良好的鉆進效果。特別是自行研制設計完成的不提大鉆壓水試驗方法，將壓水試驗和繩索取心鉆進技術很好地結合起來，很好地解決了繩索取心鉆進難以適應水利水電勘探的主要技術難題，為繩索取心鉆進技術在水利水電勘探中的推廣應用掃除了障礙。

地質(zhì)的鉆探施工，對于鉆探設備、鉆探工藝、鉆探規(guī)程和參數(shù)、人員操作方式等等都有不同于淺孔施工的要求。

1工程地質(zhì)鉆探的特點及適用條件

在工程地質(zhì)勘察中，鉆探是最基本最常用的勘探手段。不同類型的建筑物，不同的勘察階段，不同的工程地質(zhì)條件下，凡是布置勘探工作的地段，一般均需采用鉆探方法。與地質(zhì)找礦鉆探相比，工程地質(zhì)鉆探的特點是：

(1)勘探工程鉆孔布置，不光要考慮自然地質(zhì)條件，還需結合工程類型及特點。如水壩一般應順壩軸線布孔，工業(yè)與民用建筑則需按建筑物的輪廓線布孔等。

(2)鉆進深度一般不大，除了大型水利工程，深埋隧道以及為了解專門的地質(zhì)問題(如控測深巖溶)外，孔深均為十余米至數(shù)十米，所以經(jīng)常采用簡易鉆探法和輕便鉆機。

(3)鉆孔多具綜合性目的，1個鉆孔除了需查明地層巖性、地質(zhì)結構和水文地質(zhì)條件外，還要作各種試驗、取樣、長期觀測。有些試驗往往與鉆進同時進行，所以進尺較慢。

目前我國地質(zhì)勘查鉆機普遍采用定量泵與普通液壓閥組成的液壓系統(tǒng)，鉆進功能單一，不適應復雜地層鉆進工藝要求。JDD一100型地質(zhì)勘查鉆機由液壓驅(qū)動，具有回轉(zhuǎn)、振動、沖擊、靜壓多種鉆進功能，還可隨鉆測量地層電阻率、孔隙度等地質(zhì)參數(shù)。鉆機如圖1所示。

1城市地質(zhì)勘查鉆機鉆進性能要求

1．1優(yōu)化鉆進

鉆進過程中，各種地層有不同的最優(yōu)鉆進規(guī)程參數(shù)與之對應。鉆壓、轉(zhuǎn)速需穩(wěn)定保持在最優(yōu)鉆進規(guī)程參數(shù)附近，避免過大的波動。鉆機始終以最優(yōu)規(guī)程參數(shù)鉆進，提高鉆進效率。

1．2精確鉆進

地質(zhì)勘查鉆孔深度較淺，但地層復雜多樣。一次鉆進可遇到多種地層，鉆機須根據(jù)不同地層，及時、準確地調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，使鉆進規(guī)程參數(shù)與地層相適應。

摘要：為保障胡底煤業(yè)3#松軟破碎煤層中長鉆孔的順利實施，通過理論分析空氣鉆進原理和鉆進工藝參數(shù)，對鉆進工藝中鉆壓、轉(zhuǎn)速和供風參數(shù)進行詳細分析，確定長鉆孔施工采用ZDY4000L型鉆機，并對配套鉆具及設備進行選型，設計長鉆孔施工工藝流程。根據(jù)中風壓空氣鉆進工藝在1309工作面煤巷掘進面順層鉆孔中的應用效果可知，中風壓空氣鉆進技術在松軟破碎煤層中進行長鉆孔施工時，鉆進效率及成孔率均較高，鉆孔效率顯著。

關鍵詞：長鉆孔；空氣鉆進；松軟破碎煤層

1工程概況

胡底煤業(yè)主采3#和9#煤層，3號煤層厚度5.20~5.91m，平均5.67m，煤層傾角3°~10°，平均6°，煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，屬松軟破碎煤層。礦井為高瓦斯高突出礦井，3#煤層原始瓦斯壓力3.83MPa，原始瓦斯含量25m3/t。開采3#煤層時，需大量施工瓦斯抽采鉆孔，其中條帶抽采鉆孔和工作面順層鉆孔長度均較長，屬于長鉆孔。為保障長鉆孔的施工質(zhì)量及效率，需進行松軟破碎圍巖長鉆孔施工工藝的研究分析。

2空氣鉆進原理及工藝參數(shù)分析

2.1空氣鉆進原理