陳鑫發(fā)，牛建設(shè)，王珍，張秋冬，張慶偉

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，河南 鄭州450053）

1 引言

2010年3月及2011年2月連續(xù)兩年，我隊(duì)在云南省楚雄市抗旱找水打井及在豫西山區(qū)抗旱找水打井項(xiàng)目中，根據(jù)云南省楚雄市南華、姚安、雙柏地層以及豫西西部山區(qū)、基巖地區(qū)缺水的特點(diǎn)，利用現(xiàn)有便利的水井施工設(shè)備，根據(jù)其成井孔深不同，云南省楚雄市多為40～70m深的生活用水井，在云南省楚雄市南華、姚安、雙柏配備一臺(tái)VHP－300E型中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)；而在豫西西部山區(qū)，因成井孔深多為300～400m，果斷的購置配備一套英格索蘭大型高風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)（XHP－1070WCAT型（進(jìn)口）螺桿式空壓機(jī)），合理采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)，在云南省楚雄、豫西地區(qū)基巖中找水打井取得了較好的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、鉆井技術(shù)工藝方面取得很大的突破。

使用螺桿式空壓機(jī)、在云南省楚雄空氣潛孔錘鉆進(jìn)完成找水打井22眼，進(jìn)尺1428．06m，單孔涌水量達(dá)到36～120m3／日（因在云南楚雄成井管材采用PVC給水塑料管、管徑為110mm）。而在豫西地區(qū)因應(yīng)用的是大型高風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)及空氣潛孔錘鉆進(jìn)，完成找水打井4眼，進(jìn)尺1362．08m，單孔涌水量達(dá)到240～960m3／日，從兩年的抗旱快速找水打井施工項(xiàng)目實(shí)踐看，大大提高鉆速，效率是正常循環(huán)鉆進(jìn)近百倍，如楚雄市南華縣紅土門村50m深的水井用時(shí)不到5小時(shí)成井出水，出水量為80m3／日，完全滿足全村近800人的生活用水。在滎陽市崔廟鎮(zhèn)鄭崗村（井位編號(hào)：HNGT59）井深356．01m純鉆進(jìn)72小時(shí)終孔成井出水，最高機(jī)械鉆進(jìn)15．80m／h，平均機(jī)械鉆速4．95m，最高臺(tái)班效率41．50m／臺(tái)班的好成績(jī)，在同樣的找水打井施工中具有施工成井周期短，生產(chǎn)用水少，材料消耗少，攤銷費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于其它水井鉆探施工工藝和方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，地下出水量大?。ㄓ袥]有水）比較直觀地的反映出來。因此，我們較快、圓滿地解決了當(dāng)?shù)厝罕姵运y的實(shí)際問題。

2 地層特點(diǎn)、概況

云南楚雄市南華、姚安、雙柏地層特點(diǎn)多為風(fēng)化的紅泥巖在層地質(zhì)條件不穩(wěn)定，易垮塌，上部0～20m左右地方，易縮徑、井壁坍塌等，采用開孔Ф245mm牙輪鉆頭，鉆至較穩(wěn)定地層，下入Ф219mm保護(hù)管護(hù)壁，20m以下的主要為泥巖、砂巖，地層比較穩(wěn)定，保護(hù)管護(hù)壁下入深度一般在20米左右。然后采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)。

豫西山區(qū)覆蓋層極為復(fù)雜，多為堆積物地層，卵、礫、漂石、砂礫碎石層，基巖裂隙，基巖構(gòu)造破碎帶等多層。一般覆蓋層厚度為9～28m，基巖地層多為片巖，片麻巖，片麻狀花崗巖，巖石級(jí)別為5～8級(jí)，鉆孔主要布置在斷裂破碎帶和風(fēng)化殼裂隙層中，靜止水位在90～198m之間。動(dòng)水位在140～238m之間。

3 設(shè)備選型、配備

連續(xù)兩年在不同地區(qū)，根據(jù)地層不同的特點(diǎn)，我們選擇了不同設(shè)備快速找水打井。

（1）云南楚雄市地區(qū)選用DPP－4E型車裝巖心鉆機(jī)2臺(tái)（豫西山區(qū)選用SPC－600型紅星水文水井鉆機(jī)1臺(tái)）。

（2）云南楚雄市地區(qū)選用VHP－300E型中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)1臺(tái)（豫西山區(qū)選用XHP－1070WCAT型高風(fēng)壓空氣縮壓機(jī)（螺桿式空壓機(jī)）1臺(tái)）。

（3）云南楚雄市地區(qū)選用W－150型氣動(dòng)潛孔錘2套、配備Ф165mm潛孔錘鉆頭 （豫西山區(qū)選用DHD360型氣動(dòng)潛孔錘2套，配備Ф165mm、Ф203mm潛孔錘鉆頭，CF－8型氣動(dòng)潛孔錘2套、配備Ф235mm、Ф250mm潛孔錘鉆頭）。

（4）云南楚雄市地區(qū)選用Ф50mm鉆桿（豫西山區(qū)選用Ф89mm鉆桿）。

（5）云南楚雄市地區(qū)選用100W－75／5型井用潛水電泵1套（豫西山區(qū)選用150QJ5－300／42（專用）井用潛水電泵1套）。

4 施工工藝方法

4．1 鉆孔結(jié)構(gòu)

兩地區(qū)均采用了開孔口徑Ф245mm牙輪鉆頭，地表覆蓋層用牙輪鉆開孔，覆蓋層部位護(hù)壁用Ф219 mm套管。云南楚雄市地區(qū)終孔口徑Ф165mm，孔深40～70m，而豫西山區(qū)基巖部位開孔Ф203mm，終孔口徑Ф165mm，孔深295～365m。

4．2 成井工藝

采用Ф245mm牙輪鉆頭正常施工鉆進(jìn)，鉆穿覆蓋層，下入Ф219mm套管護(hù)壁，使之居中落在基巖中300～500mm，套管外用粘土圍填封死，以防漏氣。云南楚雄市地區(qū)利用 W－150型氣動(dòng)潛孔錘，Ф165mm潛孔鉆頭鉆至終孔。豫西山區(qū)利用DHD360型氣動(dòng)潛孔錘，Ф203mm潛孔鉆頭鉆至200m，再換成Ф165mm潛孔錘鉆頭鉆至終孔。鉆具組合為（自上而下）110×110×7500主動(dòng)鉆桿＋Ф89mm鉆桿＋變絲接手＋DHD360型氣動(dòng)潛孔錘＋Ф203mm（或Ф165mm）潛孔錘鉆頭。

同時(shí)均選用空壓機(jī)優(yōu)先洗井待水清后，再用深井潛水電泵洗井、抽水，抽水試驗(yàn)三個(gè)落程，分別穩(wěn)定4、8、8小時(shí)。取水樣進(jìn)行全分析化驗(yàn)。

5 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

5．1 鉆壓

它主要與鉆頭的直徑、巖石的性質(zhì)有關(guān)，一般每厘米的鉆頭直徑施加1k N左右即可，鉆壓一般取12～19k N，當(dāng)鉆桿重量達(dá)不到推薦壓力時(shí)，使用鉆鋌加壓來提高鉆進(jìn)壓力。

5．2 轉(zhuǎn)速

主要根據(jù)巖石性質(zhì)、鉆頭直徑、沖擊器的沖擊功率、沖擊頻率來確定。一般直徑在165～200mm左右的鉆孔，中硬地層20～50r／min、硬巖層15～30r／min、硬巖層32～60r／min．

5．3 風(fēng)量

它主要與鉆桿和孔壁之間的環(huán)狀間隙有關(guān)。為了充分發(fā)揮空氣壓縮機(jī)的功效，應(yīng)盡量縮小鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙。在滿足100W－75／5型、或者150QJ5－300／42井用潛水電泵的情況下，另外加大鉆桿外徑也是減小環(huán)狀間隙的有效途徑。我們?cè)诓煌貐^(qū)所選用的VHP－300E型中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)，最大排氣量可達(dá)到8．5m3／min，額定壓力13．8 MPa。

所選用的XHP－1070WCAT螺桿式空壓機(jī)高風(fēng)壓空壓機(jī)，最大排氣量可達(dá)到30．3m3／min，額定壓力24．1 MPa，1～3mm來不及破碎的粒石，因所采用高（中）風(fēng)壓壓風(fēng)機(jī)在強(qiáng)大的風(fēng)壓下立馬會(huì)吹出地表面，鉆進(jìn)順利，效果明顯。能滿足技術(shù)上的要求。

5．4 風(fēng)壓

在潛孔錘鉆進(jìn)過程中，空壓機(jī)的壓力是整個(gè)壓縮空氣流動(dòng)通道中各種壓力損失總和，干孔段潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)，供氣壓力是潛孔錘工作壓力與管道壓力損失之和，孔內(nèi)有水時(shí)，它主要由孔內(nèi)的深度，孔內(nèi)的水位埋深，出水量決定。根據(jù)所用空壓機(jī)和鉆孔結(jié)構(gòu)計(jì)算。一般在有水的情況下，供氣壓力為孔深的1．4倍（100 m 孔深為1 MPa），350 m 左右的鉆孔供氣壓力約為5 MPa。我們配用VHP－300E型中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)和XHP－1070WCAT高風(fēng)壓空壓機(jī)，最大風(fēng)壓可達(dá)到13．8～24．1MPa，完全能達(dá)到施工的需要。

總之，氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)要求高風(fēng)壓、大風(fēng)量、低轉(zhuǎn)速、小鉆壓力。我們這樣科學(xué)的配套，全部達(dá)到施工工藝的要求。

6 操作要點(diǎn)

①使用螺桿式空壓機(jī)保證管路清潔、暢通、密封，防止管路或鉆桿內(nèi)的巖屑等雜物落入沖擊器內(nèi)，加速?zèng)_擊器磨損或卡死活塞。有時(shí)會(huì)打不開空壓機(jī)，鉆具絲扣聯(lián)接處須涂絲扣油，防止管路漏風(fēng)跑風(fēng)。因空壓機(jī)風(fēng)風(fēng)壓高、風(fēng)量大會(huì)因鉆具絲扣聯(lián)接處不緊刺壞鉆具絲扣，鉆進(jìn)效果不明顯。

②沖擊器要定期拆開檢查、清洗。裝配時(shí)，要確保各結(jié)合部位的間隙的調(diào)整。正常鉆進(jìn)時(shí)，每班至少通過鉆桿向沖擊器內(nèi)注入一次機(jī)油，每次注入量約為0．3～0．6kg，使沖擊器內(nèi)潤(rùn)滑充分，延長(zhǎng)沖擊器使用時(shí)間，減少提鉆頻次。

③保持孔底清潔，如孔底落入金屬等物時(shí)，嚴(yán)禁將沖擊器下入孔內(nèi)。

④沖擊器即將下至孔底時(shí)，應(yīng)先送風(fēng)，邊送風(fēng)邊將沖擊器下至孔底；停鉆時(shí)不得先停風(fēng)，需先將鉆具稍微提離孔底，將孔底殘余巖屑全部排出孔口，待主動(dòng)鉆桿提出孔口后，才能停止送風(fēng)。防止因突然停風(fēng)，造成孔內(nèi)巖屑下降而發(fā)生卡鉆、埋鉆事故。

⑤鉆進(jìn)時(shí)，需隨時(shí)注意孔內(nèi)情況及風(fēng)壓變化，如發(fā)現(xiàn)風(fēng)壓突然增大或沖擊器在孔內(nèi)工作不正常時(shí)要立即處理。處理無效則需及時(shí)提鉆檢查。

⑥正常鉆進(jìn)過程中需采取少鉆勤提間歇沖孔的辦法，即每鉆進(jìn)30～500mm后，將鉆頭提離孔底，強(qiáng)力吹孔一次。這樣可以防止憋風(fēng)和巖粉堵塞，保證施工鉆進(jìn)安全。

7 實(shí)鉆應(yīng)用效果

7．1 斷裂破碎帶地層中實(shí)鉆效果

如：在滎陽市崔廟鎮(zhèn)鄭莊村（井位編號(hào)：HNGT302）布置在大斷裂破碎帶地層上，主要巖層為破碎片巖、片麻破碎，可鉆性級(jí)別為5～6級(jí)。于2011年4月18日開鉆，鉆穿覆蓋層，下入26m，Ф219mm套管護(hù)壁后，開鉆后進(jìn)尺很快，317．60m之前的進(jìn)尺只用了102小時(shí)，而且排巖正常，孔內(nèi)干凈，但是鉆至孔深317．60m后，在空氣潛孔錘鉆進(jìn)時(shí)遇到基巖裂隙，基巖構(gòu)造破碎帶，由于地層嚴(yán)重破碎，巖屑、坍塌物不能順利排出孔外，造成孔內(nèi)開始坍塌，空壓機(jī)氣體從下面的裂隙中跑了，跑風(fēng)漏氣，無法正常進(jìn)行鉆進(jìn)，此時(shí)，需要采用正常護(hù)壁方法對(duì)孔壁進(jìn)行固結(jié)堵漏，采取了打撈筒進(jìn)行打撈，打撈出了大量坍塌物，但是孔內(nèi)繼續(xù)坍塌，沉淀物達(dá)十米多。又采取了向孔內(nèi)注水，下出水管和風(fēng)管并列式空壓機(jī)沖孔的方法，吹出的坍塌物達(dá)1立方米之多，吹出的最大巖塊粒徑達(dá)30mm。拔出管子后，孔內(nèi)沉淀還是6米多，潛孔錘鉆進(jìn)初試受阻 ，后又經(jīng)過回填充紅膠土、水泥、注水、被迫改用泥漿護(hù)壁、合金鋼?；旌香@進(jìn)方法鉆進(jìn)等方法、2011年5月20日被迫終孔，終孔孔深365m。這孔的施工由于地層復(fù)雜，加之在摸索中經(jīng)驗(yàn)不足，效率很低，是其它3口水井施工、成井的時(shí)間2～3倍，費(fèi)用也高了不少。在這中情況下，再全部依靠空壓機(jī)鉆進(jìn)使用效果不好，進(jìn)尺不太快。

從實(shí)鉆來看，潛孔錘鉆進(jìn)無護(hù)壁功能，而且對(duì)孔壁具有一定的破壞作用，所以我們認(rèn)為使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用潛孔錘鉆進(jìn)不適應(yīng)在極破碎的地層中鉆進(jìn)。

7．2 較完整地層中實(shí)鉆效果

巖層為片麻巖、片麻狀花崗巖，可鉆性級(jí)別為7～8級(jí)。在這里布置的鉆孔有 HNGT47、HNGT59、HNGT81、HNGT302、四個(gè)鉆孔。這四個(gè)鉆孔于2011年2月23日開鉆，5月30日結(jié)束，實(shí)際施工26天，進(jìn)尺1362．08m，使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用潛孔錘鉆進(jìn)進(jìn)行的較順利，鉆進(jìn)能力最大孔深達(dá)到365m，鉆入水下160m，此時(shí)空壓機(jī)壓力劇增，氣流循環(huán)中斷，潛孔錘停止工作。從實(shí)效來看，遇到的問題有：一是潛孔錘鉆進(jìn)到潮濕弱含水層時(shí)，鉆屑形成泥團(tuán)，難以返上來，此時(shí)應(yīng)勤提動(dòng)鉆具強(qiáng)風(fēng)吹孔，從供風(fēng)道路中送水或泥漿液進(jìn)行鉆進(jìn)，使巖屑充分排出。當(dāng)鉆進(jìn)到大厚度含水層后，排巖屑就不成問題了，鉆進(jìn)中孔內(nèi)的水?dāng)y帶巖屑能一起排出孔口。二是在潛孔錘鉆進(jìn)中，沖擊器發(fā)生堵塞時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率。其主要原因是孔內(nèi)鉆粉過多，其次是操作不當(dāng)造成。我們采取的措施是：①保持孔內(nèi)干凈；②下鉆前檢查清除鉆桿內(nèi)鉆屑及雜物；③停風(fēng)一定要緩慢?；卮谓Y(jié)束后，將主動(dòng)鉆桿提出孔口再緩慢停風(fēng)，以防沖擊器倒吸鉆粉；④停風(fēng)后待1～2分鐘再卸主動(dòng)鉆桿，可避免鉆桿內(nèi)壓力驟降引起沖擊器倒吸鉆粉。三是隨著孔深的增加，孔內(nèi)涌水量的增大，鉆速將逐漸下降。2010年3月，我們?cè)谠颇鲜〕凼幸Π部h紅梅村水井施工時(shí)，因使用小風(fēng)量的空壓機(jī)產(chǎn)生了上述狀況，但是我們這次在豫西抗旱找水打井施工中選配的XHP－1070型螺桿式空壓機(jī)完全可以解決上述問題。

8 使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)

8．1 成井周期短、生產(chǎn)費(fèi)用低

因這樣選配，其使用此技術(shù)及成井工藝優(yōu)勢(shì)明顯，在競(jìng)爭(zhēng)中體現(xiàn)出科技含量的重要性，施工周期短，施工效率高，可以在短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目施工任務(wù)，更快地帶來效益，解決問題。因施工周期短，施工效率高，人員工資、只有部分柴油消耗，單孔柴油消耗4～5萬元，經(jīng)濟(jì)收益高；比常規(guī)成井快的諸多優(yōu)點(diǎn)。給施工單位及施工人員帶來更多經(jīng)濟(jì)利益，各方面積極性大為提高。

8．2 施工用水少

使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用潛孔錘鉆進(jìn)工藝是采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)，在施工中，除覆蓋層用少部分水外，基巖部分幾呼不用水，特別是嚴(yán)重缺水的地方施工，用水要到很遠(yuǎn)的地方去拉，嚴(yán)重缺水的地區(qū)水比油都貴，在此條件下施工空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)工藝具有很大不可相比優(yōu)勢(shì)，僅用水這一項(xiàng)單孔節(jié)約水費(fèi)15～20萬元，加上其它泥漿材料節(jié)約的費(fèi)用會(huì)更高。

8．3 直觀性強(qiáng)

使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用潛孔錘鉆進(jìn)工藝最大的特點(diǎn)是地下有沒有水，出水量大小能夠比較直觀的反映出來，不象正常施工鉆進(jìn)哪樣，要進(jìn)行多次物探測(cè)井。在嚴(yán)重缺水地區(qū)更顯出其優(yōu)越性。而且潛孔錘鉆進(jìn)節(jié)省了洗井時(shí)間，成井質(zhì)量也好，縮短施工周期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

9 結(jié)論

（1）使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝技術(shù)的發(fā)展為豫西嚴(yán)重缺水地區(qū)打井找水，它適應(yīng)于在較為完整的基巖地層中快速、高效的鉆進(jìn)，效率較高，更顯示出快速找水打井的優(yōu)越性，而在極破碎地層中鉆進(jìn)需要研究解決護(hù)壁問題，才能充分應(yīng)用好這項(xiàng)技術(shù)。

（2）使用螺桿式空壓機(jī)、應(yīng)用空氣潛孔錘鉆進(jìn)，省去了攪拌泥漿用大水量，維修水泵等輔助時(shí)間，提高了純鉆進(jìn)時(shí)間，縮短了施工周期，從而大大降低了成井成本。

（3）依靠科技進(jìn)步，科學(xué)選配、配備施工設(shè)備、應(yīng)用鉆井新技術(shù)、新成井工藝，是大力發(fā)展生產(chǎn)力的重要途徑，使用螺桿式空壓機(jī)、采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在抗旱找水打井施工項(xiàng)目中的應(yīng)用是成功的，它使鉆進(jìn)效率成倍提高，鉆探成本大幅下降，成井質(zhì)量明顯提高，綜合經(jīng)濟(jì)效率、社會(huì)效益顯著。

［1］ 黃晟輝，趙大軍，等．氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在云南旱區(qū)找水工程中的應(yīng)用［J］，探礦工程（巖土鉆掘進(jìn)工程），2011（4）．

［2］ 劉家榮．氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)若干問題［J］，探礦工程（巖土鉆掘進(jìn)工程），2010（5）．

［3］ 許萬年，等．大力推廣氣動(dòng)潛孔錘及氣舉反循環(huán)組合鉆進(jìn)技術(shù)［J］，探礦工程（巖土鉆掘進(jìn)工程），2007（9）．

［4］ 楊軍義．馬鞍山蒙?，F(xiàn)代牧水井氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)［J］．探礦工程（巖土鉆掘進(jìn)工程），2006（5）．

［5］ 楊培遠(yuǎn)．氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)工藝的應(yīng)用［J］，探礦工程（巖土鉆掘進(jìn)工程），1993（1）．