梁坤祥，靳慧潔，祁春明

(1.河南省地礦建設(shè)工程〈集團(tuán)〉有限公司，河南鄭州 450007;2.河南省地礦局測(cè)繪隊(duì)，河南 鄭州 450006;3.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南鄭州 450053)

云南滇中紅層地區(qū)抗旱救災(zāi)水井鉆井方法探討與成效

梁坤祥1，靳慧潔2，祁春明3

(1.河南省地礦建設(shè)工程〈集團(tuán)〉有限公司，河南鄭州 450007;2.河南省地礦局測(cè)繪隊(duì)，河南 鄭州 450006;3.河南省地礦局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南鄭州 450053)

在2010年初的西南地區(qū)抗旱會(huì)戰(zhàn)水井施工中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐氖┕きh(huán)境和條件，針對(duì)滇中紅層采用不同的鉆探設(shè)備和鉆進(jìn)成井工藝，快速、有效地成井，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果和重大的社會(huì)效益。介紹了在該地區(qū)加快鉆井速度、提高成井質(zhì)量的工藝技術(shù)方法與施工經(jīng)驗(yàn)，供今后在類似條件下的鉆井工程借鑒。

抗旱救災(zāi);水井施工;滇中紅層;PVC井管;氣動(dòng)潛孔錘

2010年初，我國(guó)西南地區(qū)遭受?chē)?yán)重的旱災(zāi)，河南省地礦局響應(yīng)國(guó)土資源部號(hào)召，組織人力物力赴云南滇中楚雄地區(qū)大姚、姚安、華南和雙柏四縣開(kāi)展抗旱救災(zāi)水井工程施工，以解決當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)的人畜飲水問(wèn)題。全局共開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)19臺(tái)套，共成井80余口，累計(jì)進(jìn)尺5215.06 m，總出水量5850.05 m3/d，最大單井出水量達(dá)120 m3/d，惠及73個(gè)自然村(包括12所學(xué)校)，解決了約8.7萬(wàn)人和4.8萬(wàn)頭大牲畜的飲水問(wèn)題，緩解了當(dāng)?shù)氐娘嬎щy，受到當(dāng)?shù)卣腿罕姷母叨荣潛P(yáng)和國(guó)土資源部的嘉獎(jiǎng)，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果和重大的社會(huì)效益。

1 地層情況及主要技術(shù)要求

1.1 地層情況

工作區(qū)地層為揚(yáng)子地層區(qū)滇中分區(qū)，主要出露中生代三疊系、侏羅系和白堊系紅層，在山間盆地及河谷階地上，有新生代薄層沉積。

三疊系上部以灰黃、黃綠色泥巖、鈣質(zhì)泥巖為主，區(qū)內(nèi)出露面積較小。侏羅系屬有名的“滇中紅層”的下半部分，上段為灰質(zhì)泥巖夾多層泥灰?guī)r，下段為暗紫紅色塊狀泥巖，夾泥質(zhì)粉砂巖、黃褐色泥質(zhì)細(xì)砂巖及泥灰?guī)r。白堊系是有名的“滇中紅層”的上半部分，巖性以紫灰色砂巖、砂礫巖、紫紅色塊狀灰質(zhì)泥巖、紫紅色薄層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和灰紫色細(xì)粒含長(zhǎng)石石英砂巖不等厚互層。

由于區(qū)內(nèi)地層多以紅色砂巖、泥頁(yè)巖為主，地下水主要賦存于砂巖、泥頁(yè)巖的裂隙及泥灰?guī)r裂隙溶隙中，富水性較差。

1.2 供水井主要技術(shù)要求1.2.1 供水井類型及結(jié)構(gòu)

本次抗旱打井主要是為了解決當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)的人畜用水問(wèn)題，以小口徑淺井為主。井身結(jié)構(gòu)為:上部松散層鉆進(jìn)至進(jìn)入完整基巖面1.5 m，鉆孔孔徑150 mm，下入φ146 mm鋼質(zhì)保護(hù)管;下部基巖至終孔，鉆孔孔徑130 mm，下入φ110 mm的PVC井管及濾水管。濾水管要求孔眼直徑10～14 mm，孔眼壁光滑無(wú)缺口，孔眼間距100 mm，梅花形交錯(cuò)布設(shè)。

1.2.2 井深設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)井深50～80 m，實(shí)際成井深度視出水量大小決定。泥灰?guī)r、砂巖地層富水性較好，一般井深50～60 m;以泥巖為主的地層富水性差，成井深度一般70～80 m。

1.2.3 止水固井及抽水試驗(yàn)

含水層以上采用海帶止水，然后注入水灰比為0.4的水泥砂漿至地面進(jìn)行固井。抽水試驗(yàn)采用深井潛水泵，水量、水位觀測(cè)及試驗(yàn)記錄等滿足《供水管井技術(shù)規(guī)范》(GB 50296－99)。

1.2.4 孔斜要求

鉆孔孔斜≯1°/100 m。

1.2.5 其他

其他技術(shù)要求及質(zhì)量指標(biāo)執(zhí)行原地質(zhì)礦產(chǎn)部頒布的地質(zhì)勘探規(guī)程和相關(guān)技術(shù)要求。

1.3 施工條件

(1)地層條件復(fù)雜，基巖裂隙不發(fā)育，含水量偏小;

(2)井位均布設(shè)在丘陵山區(qū)的村莊、田間地頭，施工道路均為田間小路，設(shè)備、材料運(yùn)輸極為困難;

(3)干旱缺水，無(wú)供水水源。

2 工藝技術(shù)措施

2.1 設(shè)備選型

本項(xiàng)目我局共調(diào)集鉆機(jī)19臺(tái)，為適應(yīng)當(dāng)?shù)厥┕きh(huán)境和道路條件，便于設(shè)備搬遷和運(yùn)輸，選用的鉆機(jī)機(jī)型為:XY－2型13臺(tái)套，XY－3型3臺(tái)套，DPP－100型汽車(chē)鉆3臺(tái)套;BW250型泥漿泵17臺(tái)套;阿特拉斯XATS156型空壓機(jī)2臺(tái)。

2.2 鉆進(jìn)工藝措施

鉆進(jìn)工藝以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主，對(duì)具備道路交通和場(chǎng)地條件的鉆孔采用氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)。

2.2.1 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

(1)設(shè)備配套方式:選用XY－2型或XY－3型巖心鉆機(jī)，配用BW250型泥漿泵。

(2)開(kāi)孔采用φ150 mm的三翼硬質(zhì)合金或牙輪鉆頭清水自然造漿護(hù)壁鉆進(jìn)至完整基巖，下入φ146 mm保護(hù)管。

(3)下部基巖鉆進(jìn)中，根據(jù)紅層地區(qū)含水層埋藏淺，地層中泥巖所占比例較高的特點(diǎn)，為避免泥漿向裂隙滲透填充，有效保護(hù)泥巖地層的微小裂隙，增大出水量，采用清水護(hù)壁、金剛石或PDC鉆頭單管取心鉆進(jìn)，取得了良好的效果。如姚安縣漣水小學(xué)，其地層自上向下均為紫紅色泥巖，如按常規(guī)方法鉆進(jìn)，可能成為干孔，由于采取了清水取心鉆進(jìn)，出水量達(dá)到10 m3/d，解決了150名師生的生活用水問(wèn)題。

(4)鉆頭選型及主要規(guī)程參數(shù)。根據(jù)該區(qū)巖層條件和鉆孔情況，對(duì)不同鉆孔的鉆進(jìn)，分別選用胎體硬度為中軟(HRC30～35)的孕鑲金剛石鉆頭和PDC取心鉆頭。主要鉆進(jìn)規(guī)程:鉆壓8～10 kN，轉(zhuǎn)速350～400 r/min，全泵量。

(5)在無(wú)供水條件的地區(qū)，且鉆孔下部局部漏水嚴(yán)重，無(wú)法保證正常鉆進(jìn)的條件下，根據(jù)鉆孔實(shí)際情況，采用“漸進(jìn)式施工法”施工，即采用人工每鉆進(jìn)一定時(shí)間向孔內(nèi)倒進(jìn)一桶水和間歇注水連續(xù)施工法，既節(jié)約了大量施工用水、預(yù)防了鉆進(jìn)燒鉆、保證了鉆孔安全，又節(jié)約了大量等待供水時(shí)間、提高了施工效率。該方法被其他抗旱施工單位進(jìn)行了普遍推廣。

2.2.2 氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)

(1)選用DPP－100型汽車(chē)鉆，配φ50 mm普通鉆桿;選用JG100型潛孔錘，其最大外徑91 mm，配用φ130 mm硬質(zhì)合金球齒鉆頭;空壓機(jī)額定工作壓力1.3 MPa，額定供風(fēng)量10 m3/min，額定功率90 kW。

(2)開(kāi)孔采用φ150 mm的三翼硬質(zhì)合金或牙輪鉆頭泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)至完整基巖，下入φ146 mm保護(hù)管。

(3)下部基巖干孔段采用φ130 mm球齒潛孔錘鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)中空壓機(jī)正常工作壓力穩(wěn)定在0.5 MPa，供風(fēng)量≮10 m3/min，空氣上返風(fēng)速≮15 m/s，滿足潛孔錘沖擊碎巖、清洗孔底、攜帶巖屑的需要。

(4)基巖潮濕層段含水量較小，巖粉漿粘貼孔壁和鉆桿壁上不易被排出，極易形成卡鉆事故，采取的措施是:每鉆進(jìn)3 m左右向孔內(nèi)加2～3桶水，啟動(dòng)空壓機(jī)向孔內(nèi)送風(fēng)后反復(fù)提拉鉆具，使之產(chǎn)生井噴將孔內(nèi)巖屑帶出地表，有效的清洗了孔底，提高了鉆進(jìn)效率。預(yù)防了孔內(nèi)糊、埋鉆事故的發(fā)生。

(5)基巖水下層段鉆進(jìn)時(shí)，巖屑隨水流同時(shí)返出地表。形成氣、液、固三相流，保證了孔底清潔。氣動(dòng)潛孔錘水下鉆進(jìn)的過(guò)程也既洗井的過(guò)程，有利于預(yù)防巖粉堵塞含水層通道、提高單井出水量。

2.3 成井工藝措施

2.3.1 管材選擇

按規(guī)定選用φ110 mm PVC供水管及濾水管一徑到底，管材壁厚≮4 mm，濾水管要求孔眼直徑12 mm，孔眼壁光滑無(wú)缺口，孔眼間距100 mm，梅花形交錯(cuò)布設(shè)。

2.3.2 下管方法

井管單根間連接采用同材質(zhì)接頭插接式膠粘連接，利用鉆機(jī)自身功能采用起吊法下管。

2.3.3 止水固井及抽水試驗(yàn)

含水層以上采用海帶止水，然后灌入水灰比為0.4的水泥砂漿至地面進(jìn)行固井;抽水試驗(yàn)采用深井潛水泵進(jìn)行;根據(jù)單井出水量因地制宜采用量桶法、堰板法計(jì)算單井出水量;采用電子水位計(jì)測(cè)量水位。

3 效果分析

(1)氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)效率高，成井質(zhì)量好，施工成本低。但設(shè)備笨重，拆裝、搬遷運(yùn)輸困難，在道路條件差的地區(qū)施工其優(yōu)勢(shì)發(fā)揮受到限制。

(2)氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝在完整基巖中和干孔段施工速度快，但遇到破碎、易坍塌的不穩(wěn)定地層或較濕潤(rùn)的泥巖層，鉆進(jìn)困難，施工速度慢且容易卡鉆。

(3)XY－2/3型等輕型巖心鉆機(jī)，其質(zhì)量輕，易拆裝，搬遷運(yùn)輸方便，不受交通條件的限制，在山區(qū)和交通條件差的地區(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)。但施工速度較慢，洗井費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)。

(4)常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)對(duì)地層條件的適應(yīng)性強(qiáng)，可有效預(yù)防各類孔內(nèi)事故?？蓪?shí)現(xiàn)和完成多種工藝要求和技術(shù)措施。

(5)采用的漸進(jìn)式施工法，既節(jié)約了大量施工用水、預(yù)防了鉆進(jìn)燒鉆、保證了鉆孔安全，又節(jié)約了大量等待供水時(shí)間、提高了施工綜合效率。在嚴(yán)重缺水山區(qū)的小口徑鉆探施工中具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用性。

(6)專用PVC井管具有質(zhì)量輕、使用壽命長(zhǎng)(耐腐蝕)、下管工藝簡(jiǎn)單快捷、成本低等優(yōu)勢(shì)，在水文水井淺井施工中具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

我局在云南滇中紅層區(qū)的抗旱救災(zāi)水井工程施工中，在地層條件復(fù)雜的缺水地區(qū)，施工點(diǎn)高度分散，交通、施工、生活和施工供水條件差的情況下，應(yīng)用不同的鉆進(jìn)成井工藝，圓滿的完成了本次抗旱救災(zāi)任務(wù)，受到當(dāng)?shù)卣腿罕姷母叨荣潛P(yáng)及國(guó)土資源部的通令嘉獎(jiǎng)，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果和重大的社會(huì)效益。成功的加快鉆井速度、提高成井質(zhì)量的工藝技術(shù)方法與施工經(jīng)驗(yàn)，可供今后在類似條件下的鉆井工程借鑒。

［1］劉三意，等.我國(guó)鉆掘設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)及幾種最新機(jī)型［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(6).

［2］許劉萬(wàn)，等.中國(guó)水文水井鉆探技術(shù)及裝備應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(1).

［3］孫丙倫.應(yīng)用氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝成功解決鉆井施工疑難問(wèn)題［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2007，34(6).

［4］Civil Engineering Standard Method of Measurement(3rdEdition)［M］.British Library Cataloguing in Publication Data，1991.

Study on Water Well Drilling Method for Drought Resistance in Red Layer Region of Central Yunnan and the Effect

LIANG Kun-xiang1，JIN Hui-jie2，QI Chun-ming3(1.Henan Geological＆ Mineral Resources Construction Engineering〈Group〉Co.Ltd，Zhengzhou Henan 450007，China;2.Surveying Team，Henan Geo-exploration ＆ Mineral Development Bureau，Zhengzhou Henan 450006，China;3.Henan Geo-exploration ＆ Mineral Development Bureau，Second Team of Hydrogeology and Engineering Geology，Zhengzhou Henan 450053，China)

Based on the construction environment and the conditions，according to the characteristics of red layer of central Yunnan，different drilling equipments and well completion technologies were adopted in the southwest drought resistance at the beginning of 2010.Favorable technically economic effect and important social benefit were gained by fast and effective well completion，drinking water crisis was solved for local people and domestic animals.This article describes the technology methods and construction experience of improving well quality and drilling speed in the red layer of central Yunnan，such experience can be used as reference to the future drilling projects with the similar conditions.

drought resistance;water well construction;red layer of central Yunnan;PVC well pipe;pneumatic DTH hammer

P634. 5;TU991.12

A

1672－7428(2011)10－0034－03

2011－02－18

梁坤祥(1962－)，男(漢族)，河南禹州人，河南省地礦建設(shè)工程(集團(tuán))有限公司副總工程師、高級(jí)工程師，水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)，從事水文地質(zhì)、巖土工程及地質(zhì)災(zāi)害勘察治理工作，河南省鄭州市互助路25號(hào)，geo_water@163.com;靳慧潔(1981－)，女(漢族)，河南浚縣人，河南省地礦局測(cè)繪隊(duì)助理工程師，地質(zhì)工程專業(yè)，從事地質(zhì)勘察、地質(zhì)環(huán)境防治工程研究與施工工作，河南省鄭州市文化宮路31號(hào)。