【文章內(nèi)容簡介】 0（2）鉆鋌及其接箍Φ150mm孔段使用Φ91mm鉆鋌，Φ130mm和Φ110mm孔段使用Φ83mm鉆鋌。（4）鉆桿接箍對應(yīng)選用60規(guī)格的鉆桿接箍。（5）鉆桿鎖接頭對應(yīng)選用60規(guī)格的鉆桿鎖接頭。（6）主動鉆桿結(jié)合鉆機結(jié)構(gòu)，選用外徑60mm主動鉆桿。（7）巖芯管、套管由于巖芯原生構(gòu)造的評價無要求，故使用普通壁厚的單層巖芯。0～268m孔段取芯使用取土器，無需巖芯管，需下入Φ146mm套管；抽水過程使用Φ127mm隔水套管?！?，選用直徑為71mm的巖芯管；～，取芯困難且要求取芯率高，故采用特殊的取芯鉆具。機場布置包括機場的修筑、鉆塔和機械設(shè)備安裝及其它附屬設(shè)施的安裝等幾方面。（1）修筑場地鉆探場地的選擇，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計的要求（孔位、孔深、方位及傾角）和施工安全、方便、節(jié)約的原則進行選擇。①機場方向機場方向主要決定于鉆孔的方位角，此鉆孔為垂直孔，機場方向根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置。②機場大小鉆探機場的大小由所選設(shè)備類型，布置形式，循環(huán)系統(tǒng)和器材放置占地面積而定。綜合各種條件，此鉆孔機場大小為15m13m，總面積195㎡。③機場平整鉆探機場場地的平整，必須使場地平坦堅實，穩(wěn)固，適用，保證在其上布置的基臺和安裝的鉆塔及機械設(shè)備不會發(fā)生塌陷、溜方歪斜，整個鉆孔施工期間自始至終能安全順利的進行。（3）建筑基臺安裝鉆探設(shè)備的基臺是在修建完畢的地基上用數(shù)根基臺木建成的，基臺木根據(jù)所用鉆探設(shè)備的類型按一定的規(guī)格和形式排列，分上下兩層交錯并用螺栓連接而成。（4）基臺木的布置①基臺木的規(guī)格基臺木的斷面尺寸與鉆機的鉆進孔深有關(guān)，由于XY5型鉆機是1500型鉆機，選用250250（mm）的基臺木。②基臺木的連接連接方式如圖38。③基臺木的布置在保證基臺穩(wěn)定、牢固的前提下，基臺的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡化，力求少用基臺木。A1820型鉆塔，塔高18m，塔底寬5m，由于鉆孔為直孔，所以孔前距等于孔后距，；機座左右兩排螺孔間距離為1200mm，機座前排螺孔中心連線到立軸中心的垂直距離為280mm。根據(jù)以上原則和計算，對基臺木進行如圖39：圖36基臺木接頭連接和橫順枕木交錯連接圖圖37 基臺木布置圖（mm）（1）鉆塔的安裝使用整體安裝法。此法即在地上先把鉆塔連接起來，再用機械方法整體將鉆塔豎立起來。（2）機械設(shè)備的安裝正確安裝鉆探設(shè)備并保證其牢固性對整個鉆進工作有很大的影響，因此安裝鉆探時必須注意下列事項：①設(shè)備安裝好后，必須達到周正水平，穩(wěn)固的要求；②鉆機立軸中心線與天車中心（前輪緣）、孔口中心線必須在一條直線上。③固定設(shè)備底座的螺桿必須符合規(guī)格，并帶有墊片和防松螺帽擰緊，以防松動和避因擰緊螺絲而損害基臺木；④各鉆探設(shè)備的安裝位置應(yīng)便于操作和確保工作的安全。（5）附設(shè)備的安裝①循環(huán)系統(tǒng)的安裝循環(huán)系統(tǒng)包括水源箱（池）、循環(huán)槽（溝），沉淀箱（池）等。循環(huán)系統(tǒng)的規(guī)格應(yīng)根據(jù)設(shè)計孔深、預(yù)計鉆進巖層性質(zhì)，所用沖洗液攜帶巖粉的能力等情況合理確定。施工期為夏季，循環(huán)系統(tǒng)要設(shè)置擋雨棚。循環(huán)系統(tǒng)包括水源箱2個，體積abh=1m1m。循環(huán)槽，長寬高=15m250mm200mm。槽中每隔2m上下交錯設(shè)置擋板?？卓凇恋沓亍闯匾幸欢ǖ钠露?，1/100。沉淀箱2個，體積abh=3m3m。根據(jù)上述原則，設(shè)計沖洗液循環(huán)系統(tǒng)如圖310：②安全設(shè)備的安裝防火設(shè)備場內(nèi)要有足夠數(shù)量的防火用具如滅火器、沙箱（沙袋）、防火溝等，并設(shè)專人負責(zé)?？?yán)K安裝繃?yán)K用以保持鉆塔平穩(wěn)，增加鉆塔強度、預(yù)防大風(fēng)侵襲而傾倒。因為A1820型鉆塔高為18m，在鉆塔每根塔腿上各設(shè)一根，系于塔高3/4處。避雷針及其安裝由于一年四季都在施工，為預(yù)防夏天觸電，雷擊事故，在上需安裝避雷針以保證雷雨季節(jié)施工安全。按上述要求，設(shè)置繃?yán)K及避雷針裝置，如圖311：圖38 沖洗液循環(huán)系統(tǒng)圖圖39 繃?yán)K及避雷針裝置圖機場內(nèi)部的布置應(yīng)按照整齊有序、使用方便、操作安全、作業(yè)過程中互不干擾影響的原則將選定的設(shè)備和循環(huán)系統(tǒng)等布置在平面圖上。依據(jù)以上原則，得到以下布置圖：圖310 鉆機場布置圖（1）鉆孔中的水位（2）鉆孔中的涌水現(xiàn)象（3）沖洗液的消耗（4）水的溫度 （5）根據(jù)巖心研究巖層力裂隙性質(zhì)及強度 （6）鉆進時鉆具驟然下落現(xiàn)象除此之外，如遇到大的含水層，及大的構(gòu)造破碎帶，對水文地質(zhì)有重要意義時，應(yīng)進行簡單的抽水或注水試驗、止水、取水樣、取巖樣等。使用電測水位計進行水溫觀測。鉆孔簡易水文地質(zhì)觀測是在鉆進過程中及時發(fā)現(xiàn)含水層，初步確定含水巖層的富水性及央溶在不同垂向深度的發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律等水文地質(zhì)問題的重要手段。其觀測項目一般包括：地下水水位、水溫、沖洗液消耗量及粘度、涌水現(xiàn)象等。此外，對巖心采取率、鉆進速度和鉆進情況（掉鉆、卡鉆、埋鉆、孔壁坍塌、涌砂、氣體逸出等）及變層、換徑的位置等也應(yīng)作詳細的觀測與記錄。并編制相應(yīng)的曲線圖表。各項觀測工作的具體要求見下表表39簡易水文觀測工作的要求觀測項目觀測方法及質(zhì)量要求備注水位觀測每次提鉆后（10分鐘內(nèi)）、下鉆前各測一次，時間間隔不得小于5分鐘。因故停鉆時間較長時，觀測時間視水位變化快慢而定。每2小時觀測一次，直到穩(wěn)定為（2小時內(nèi)水位波動不超過3厘米）。穩(wěn)定后可每4小時觀測一次。開鉆前再測一次。遇水位突變或有意義的含水層，應(yīng)停鉆測其靜水位或水頭高度。觀測基準(zhǔn)點必須固定；經(jīng)常檢查測繩長度，一般10米以內(nèi)誤差不應(yīng)超過5 厘米。水溫觀測一般在孔內(nèi)水位和漏水量有很大變化時才進行測量，每個含水層至少測定一次，較厚含水層可在上、中、下各測一次。涌水鉆孔可在孔口測定，精度要求177。℃。同時記錄氣溫沖洗液量消耗觀測鉆進過程中每小時測量一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有突然變化時，必須增加測量次數(shù)。測定方法是：下鉆掃孔到底和提鉆關(guān)泵時，各測一次水源箱的水量，再加上工作時間注入水源箱的水量，即可求得此回次沖洗液總消耗量。對自然造漿的鉆孔，每班必須測定一次泥漿的粘度；對使用泥漿的鉆孔，每回次須測定泥漿水位；每班應(yīng)測定泥漿比重及其粘度、溫度變化。沖洗液循環(huán)系統(tǒng)不得漏失，務(wù)必防止雨水及地表水的流入，應(yīng)經(jīng)常清挖出其中的沉淀物。涌水漏水現(xiàn)象鉆進中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)涌水時，應(yīng)記錄其位置，并應(yīng)立即停鉆，接長套管，測量水頭高度。若發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重漏水時，應(yīng)記錄起止深度及耗水量等。對涌水鉆孔，必要時可進行涌水量試驗其它對鉆進過程中的掉鉆、坍塌掉塊、換徑變層、返水顏色的突變及涌砂、氣體的逸出等現(xiàn)象，均應(yīng)記錄其起止深度。鉆進過程中應(yīng)進行孔深和孔斜的校測，發(fā)現(xiàn)問題及時修正。終孔后應(yīng)測量孔深和孔斜。抽水試驗前，必須進行洗井工作。洗井應(yīng)采用壓風(fēng)機或二氧化碳的方法，一直洗至水清沙凈。洗孔后及抽水試驗前后均需進行孔深探測，沉淀物不得埋沒下部含水層厚度的1/5。降深要求：按有關(guān)抽水試驗規(guī)程執(zhí)行。動水位及水量的要求：動水位和涌水量應(yīng)同時觀測。抽水開始階段，每5分鐘觀測一次。然后，視其穩(wěn)定程度，每30分鐘或1小時觀測一次。靜止水位及恢復(fù)水位要求：抽水試驗開始前和結(jié)束時，必須分別進行靜止水位和恢復(fù)水位測量，并按有關(guān)規(guī)程要求詳細記錄。抽水試驗結(jié)束后，應(yīng)將現(xiàn)場的所有原始資料進行詳細的檢查、校核，確認(rèn)無誤時，方可進行室內(nèi)資料整理工作。目的：主要是防止鉆孔穿越某些巖礦層，給地下水的利用礦山的開采，礦產(chǎn)保護，工程建筑帶來危害。因此除了少數(shù)留作長期觀測或成井的鉆孔以外，其余的鉆孔均須密封。要求：（1）孔口以下5m范圍內(nèi)，均需用隔水材料封孔。（2）凡是穿過工業(yè)礦體，又見有含水層、含水結(jié)構(gòu)、或同時穿過幾個含水層，可能導(dǎo)致水文地質(zhì)惡化的鉆孔和其工業(yè)礦層或主要含水層以及含水構(gòu)造的頂、底板上下各5m范圍內(nèi)。如封口段是粘土層，也可使用優(yōu)質(zhì)粘土密封。（3）封孔后必須在孔口設(shè)立標(biāo)志。（1）封孔材料由于水泥能在水中固化，與鉆孔孔壁具有一定的膠結(jié)力，同時又有較好的隔水性能，同時鉆孔直徑很小，所需水泥量不大，故全孔采用水泥密封。（2）封孔段長度由于地下水范圍幾乎覆蓋全孔，同時為簡化工序，決定采用全孔段封閉。（3）水泥用量計算水泥計算用量計算公式如下：式中：——每袋水泥理論密封長度（m）,，、。——密封孔段長度（m），分別為50m和640m；——系數(shù)（K=～），；——需要水泥用量（kg）。代入數(shù)據(jù)：t（4）水泥封孔方法由于孔較深，同時為了簡化工序，采用水泵灌注水泥漿的方法進行封孔。利用泥漿泵的壓力，將水泥漿通過鉆桿送到孔內(nèi)封閉段，直到孔口有水泥漿冒出時即可停止灌漿。（5）封孔質(zhì)量檢查方法使用采取液樣法檢驗，選用提筒取樣器，提筒用長2～3m的小一級的巖芯管制成。在灌注完畢后將提筒下入到孔內(nèi)灌注部分，稍停2～3分鐘，提出地表，確定灌注位置，并觀測上部漿液稀釋情況。第4章 鉆進工藝和鉆井液選擇鉆進工藝包括鉆進方法、鉆進設(shè)備和鉆井規(guī)程的選擇和計算。為了確定鉆進方法，先對鉆孔地層地質(zhì)概況進行分析，下面是鉆孔地層剖面表：表41 鉆孔地層剖面表[4]地層巖性孔深（m）可鉆性巖層傾角（176。）可能的復(fù)雜情況自至計第四、三系（Q+N）黃土、下部紅土02682682～50漏失洛河組（K1l）砂巖夾礫巖2684～62鉆孔傾斜宜君組（K1y）礫巖61鉆孔傾斜安定組（J2a）泥巖、砂巖含礫4～50掉塊、縮徑直羅組（J2z）砂、泥巖含礫194～50掉塊、縮徑延安組（J2y）砂泥巖互層、煤4～52打丟打薄煤層富縣組（JIf）雜色花斑狀泥巖104～50根據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合前面鉆孔設(shè)計的分析可以得出如下結(jié)論：由于此鉆孔上部第四、三系為黃土地層（0～268m），可鉆性級數(shù)為23級，且地層中幾乎無其它雜質(zhì)，同時考慮到黃土極易被水沖刷侵蝕，為了保證取土質(zhì)量，選用取土器來取黃土地層的土芯，對于取土器的類型，考慮到取芯深度達268m，故使用旋轉(zhuǎn)取土器。第四、三系地層的擴孔直徑較大，直徑為150mm。下部的地層可鉆性級數(shù)為46級（268m～，～），為砂巖、礫巖和泥巖，考慮到PDC鉆頭切入量大，切削具與巖石之間的硬度差大，適宜在軟至中硬地層中鉆進，而在硬度和研磨性較大的地層中易崩落，且實際證明在這些地層中有較高的鉆進效率，故在較軟的砂巖和泥巖巖層使用金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進。硬質(zhì)合金鉆頭以切削作用碎巖的，且四方柱和八角柱等切削具有較強的抗崩能力，能在中硬及部分硬地層中鉆進，故在相對較硬的礫巖地層中使用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進。延安組含煤層（～），由于煤層取芯困難，同時對施工對取芯率的要求高，所以需要使用專用的取煤器采取，將在后面的章節(jié)中討論選擇。0～268m孔段為黃土，可鉆性級數(shù)為23級，可以使用旋轉(zhuǎn)取土器取芯。圖41 旋轉(zhuǎn)取土器結(jié)構(gòu)圖1接頭；2異向頭；3異徑接頭；4余土管；5外管；6取土器；7螺旋片；8管鞋268m～，大多數(shù)孔段為砂巖和普通泥巖，可鉆性級數(shù)為4～5級，使用金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進。但其中安定組和直羅組為遇水膨脹型頁巖且含有直徑1～5cm礫石，其它組地層也夾有可鉆性級數(shù)為6級的礫巖，不適合金剛石復(fù)合片鉆進，同時從防止縮徑方面考慮，應(yīng)使用硬質(zhì)合金肋骨鉆頭，但此孔段為第二級孔，不能使用。所以通過加大硬質(zhì)合金鉆頭內(nèi)外出刃來預(yù)防，這里選用單雙粒鉆頭。圖42 金剛石復(fù)合片鉆頭結(jié)構(gòu)圖表42 金剛石復(fù)合片鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)表鉆頭體鉆頭直徑外徑復(fù)合片安裝直徑內(nèi)徑復(fù)合片數(shù)量134/1121341231166圖43 單雙粒鉆頭結(jié)構(gòu)圖表43 單雙粒鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)表硬質(zhì)合金合金牌號合金型號內(nèi)出刃（mm）外出刃（mm）底出刃(mm)鑲焊角YG4cK531222315176。鉆頭體鉆頭直徑外徑合金安裝直徑內(nèi)徑硬質(zhì)合金數(shù)量134/11213412311612擴孔孔段直徑分為150mm和130mm，110mm鉆頭直接購買，150mm孔段由于直徑較大，易偏移原來的取芯孔鉆頭的軌跡，故在中間加導(dǎo)向桿。鉆進規(guī)程參數(shù)包括：鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量。鉆進時必須根據(jù)巖石性質(zhì)，鉆頭結(jié)構(gòu)、設(shè)備條件以及鉆孔質(zhì)量要求等條件，選擇鉆進參數(shù)。（1）鉆壓Φ127mm取土器：取土器取土?xí)r鉆壓一般根據(jù)現(xiàn)場情況確定，既能保持取土器以一定速度下沉即可。Φ134mm單雙粒鉆頭和金剛石復(fù)合片鉆頭：由于還沒有能反映各種影響因素的鉆壓公式，這里使用常用公式[1]：式中：——鉆壓（KN）；——每顆切削具上應(yīng)有的鉆壓（KN/顆）；——鉆頭唇面上的切削具數(shù)目。268～～6的砂巖和礫巖，選用單雙粒鉆頭硬質(zhì)合金鉆進，～，為9.代入數(shù)據(jù)：～、～～5的泥巖和砂巖，選用金剛石復(fù)合片鉆頭，～，為6。代入數(shù)據(jù)：～，為可鉆進等級為4～5的煤層，～，使用單雙粒鉆頭，為9。代入數(shù)據(jù)：由于還沒有能反映各種影響因素的鉆壓公式，這里使用常用公式：式中：——鉆壓（KN）；——鉆頭直徑單位長度所需施加的鉆壓（KN/mm）；——鉆頭直徑（mm）；Φ150mm牙輪鉆頭鉆進的地層可鉆性級數(shù)在4～6級，～，為168mm。代入數(shù)據(jù)：P=~168=~10KN（2）轉(zhuǎn)速鉆頭轉(zhuǎn)速選擇的主要依據(jù)是巖石的性質(zhì)和破巖的時間效應(yīng)影響。由實驗的鉆速—轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線表明，在軟巖中通過提高轉(zhuǎn)速可使得鉆速提高顯著，而在中硬和硬巖中鉆速隨轉(zhuǎn)速而增大的趨勢下降。這里使用鉆頭切削具的線速度來計算鉆頭轉(zhuǎn)速，計算式如下[1]：式中：——鉆頭上切削具的線速度（m/s）；——鉆頭平均直徑（m）；