【導(dǎo)讀】鉆探施工設(shè)計(jì)直接關(guān)系到鉆探工程的質(zhì)量、效率、費(fèi)用以及施工安全。工藝和地層復(fù)雜的鉆孔，鉆探施工更需精心設(shè)計(jì)。云南省羅平縣紅丫口煤礦勘探。施工管理以及成本預(yù)算等做了設(shè)計(jì)和計(jì)算。同時(shí)針對(duì)鉆進(jìn)過程中鉆桿接手易發(fā)磨。材料和接手的表面硬化處理等方面做出了分析。

　　

【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 根據(jù)前面的分析，選用Φ 75（ 8 10 12 146） mm 鉆桿，規(guī)格表如下： 表 37 鉆桿規(guī)格表 加厚方式 鉆桿外徑 壁厚 公稱內(nèi)徑 加厚部分 鉆桿全長(zhǎng) 理論重量 (kg) 外徑 內(nèi)徑 端部?jī)?nèi)徑 加厚長(zhǎng)度 過渡長(zhǎng)度 螺紋長(zhǎng)度 每米重量 附加重量 D b d D1 d1 d1 L1 L2 G kg/m 內(nèi)加厚 ?? ?? 48 69 48 51 120 65 60 6000 200? 7.99 1.5 （ 2）鉆鋌及其接箍 Φ 150mm 孔段使用 Φ 91mm鉆鋌， Φ 130mm和 Φ 110mm 孔段使用 Φ 83mm 鉆鋌。 （ 4）鉆桿接箍 對(duì)應(yīng)選用 60 規(guī)格的 鉆桿接箍。 （ 5）鉆桿鎖接頭 對(duì)應(yīng)選用 60 規(guī)格的 鉆桿鎖接頭。 （ 6）主動(dòng)鉆桿 結(jié)合鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，選用外徑 60mm 主動(dòng)鉆桿。 （ 7）巖芯管、套管 由于巖芯原生構(gòu)造的評(píng)價(jià)無(wú)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(wú)需巖芯管，需下入 Φ 146mm 套管；抽水過程使用 Φ 127mm 隔水套管。 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 ～ 75mm，選用直徑為 71mm的巖芯管； ～ 孔段地層是煤層，取芯困難且要求取芯率高，故采用特殊的取芯鉆具。 機(jī)場(chǎng)布置 機(jī)場(chǎng)布置包括機(jī)場(chǎng)的修筑、鉆 塔和機(jī)械設(shè)備安裝及其它附屬設(shè)施的安裝等幾方面。 鉆探機(jī)場(chǎng)的修建 （ 1）修筑場(chǎng)地 鉆探場(chǎng)地的選擇，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)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(jìn)行選擇。 ①機(jī)場(chǎng)方向 機(jī)場(chǎng)方向主要決定于鉆孔的方位角，此鉆孔為垂直孔，機(jī)場(chǎng)方向根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置。 ②機(jī)場(chǎng)大小 鉆探機(jī)場(chǎng)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(jī)場(chǎng)大小為 15m179。 13m，總面積 195 ㎡。 ③機(jī)場(chǎng)平整 鉆探機(jī)場(chǎng)場(chǎng)地的平整，必須使場(chǎng)地平坦堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)固，適用，保證在其上布置的基臺(tái)和安裝的鉆塔及機(jī)械設(shè)備不會(huì)發(fā)生塌陷、溜方歪斜，整個(gè)鉆孔施工期間自始至終能安全順利的進(jìn)行。 （ 3） 建筑基臺(tái) 安裝鉆探設(shè)備的基臺(tái)是在修建完畢的地基上用數(shù)根基臺(tái)木建成的，基臺(tái)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(cuò)并用螺栓連接而成。 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 （ 4）基臺(tái)木的布置 ①基臺(tái)木的規(guī)格 基臺(tái)木的斷面尺寸與鉆機(jī)的鉆進(jìn)孔深有關(guān)，由于 XY5型鉆機(jī)是 1500型鉆機(jī)，選用 250179。 250（ mm）的基臺(tái)木。 ②基臺(tái)木的連接 連接方式如圖 38。 ③基臺(tái)木的布置 在保證基臺(tái)穩(wěn)定、牢固的前提下，基臺(tái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，力求少用基臺(tái)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，為 ；機(jī)座左右兩排螺孔間距離為 1200mm，機(jī)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(jì)算，對(duì)基臺(tái)木進(jìn)行如圖 39： 圖 36 基臺(tái)木接頭連接和橫順枕木交錯(cuò)連接圖 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 37 基臺(tái)木布置圖（ mm） 鉆塔及機(jī)械設(shè)備的安裝 （ 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(jī)械方法整體將鉆塔豎立起來。 （ 2）機(jī)械設(shè)備的安裝 正確安裝鉆探設(shè)備并保證其牢固性對(duì)整個(gè)鉆進(jìn)工作有很大的影響，因此安裝鉆探時(shí)必須注意下列事項(xiàng)： ①設(shè)備安裝好后，必須達(dá)到周正水平，穩(wěn)固的要求； ②鉆機(jī)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。 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 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(dòng)和避因擰緊螺絲而損害基臺(tái)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(jì)孔深、預(yù)計(jì)鉆進(jìn)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(gè)，體積 a179。 b179。 h=1m179。 1m179。 。 循環(huán)槽，長(zhǎng)179。寬179。高 =15m179。 250mm179。 200mm。槽中每隔 2m 上下交錯(cuò)設(shè)置擋板。 孔口 — 沉淀池 — 水源池要有一定的坡度， 1/100。 沉淀箱 2個(gè)，體積 a179。 b179。 h=3m179。 3m179。 。 根據(jù)上述原則，設(shè)計(jì)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(chǎng) 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(fù)責(zé)。 繃?yán)K安裝 繃?yán)K用以保持鉆塔平穩(wěn)，增加鉆塔強(qiáng)度、預(yù)防大風(fēng)侵襲而傾倒。因?yàn)?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成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 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 鉆探機(jī)場(chǎng)的布置 機(jī)場(chǎng) 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： 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 310 鉆機(jī)場(chǎng)布置圖 簡(jiǎn)易水文觀測(cè) 簡(jiǎn)易水文觀測(cè)的內(nèi)容 （ 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(qiáng)度 （ 6）鉆進(jìn)時(shí)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(duì)水文地質(zhì)有重要意義時(shí)，應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的抽水或注水試驗(yàn)、止水、取水樣、取巖樣等。 使用 電測(cè)水位計(jì)進(jìn)行水溫觀測(cè)。 簡(jiǎn)易水文觀測(cè)的操作注意事項(xiàng) 鉆孔簡(jiǎn)易水文地質(zhì)觀測(cè)是在鉆進(jìn)過程中及時(shí)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(cè)項(xiàng)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)成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 象等。此外，對(duì)巖心采取率、鉆進(jìn)速度和鉆進(jìn)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(xì)的觀測(cè)與記錄。并編制相應(yīng)的曲線圖表。各項(xiàng)觀測(cè)工作的具體要求見下表 表 39 簡(jiǎn)易水文觀測(cè)工作的要求 觀測(cè)項(xiàng)目 觀測(cè)方法及質(zhì)量要求 備注 水位觀測(cè) 每次提鉆后（ 10 分鐘內(nèi)）、下鉆前各測(cè)一次，時(shí)間間隔不得小于 5 分鐘。因故停鉆時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，觀測(cè)時(shí)間視水位變化快慢而定。每 2 小時(shí)觀測(cè)一次，直到穩(wěn)定為（ 2 小時(shí)內(nèi)水位波動(dòng)不超過 3 厘米）。穩(wěn)定后可每 4 小時(shí)觀測(cè)一次。開鉆前再測(cè)一次。遇水位突變或有意義的含水層，應(yīng)停鉆測(cè)其靜水位或水頭高度。 觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)必須固定； 經(jīng)常檢查測(cè)繩長(zhǎng)度，一般 10米以內(nèi)誤差不應(yīng)超過 5 厘米。 水溫觀測(cè) 一般在孔內(nèi)水位和漏水量有很大變化時(shí)才進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)含水層至少測(cè)定一次，較厚含水層可在上、中、下各測(cè)一次。涌水鉆孔可在孔口測(cè)定，精度要求177。 ℃。 同時(shí)記錄氣溫 沖洗液量消耗觀測(cè) 鉆進(jìn)過程中每小時(shí)測(cè)量一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有突然變化時(shí)，必須增加測(cè)量次數(shù)。測(cè)定方法是：下鉆掃孔到底和提鉆關(guān)泵時(shí)，各測(cè)一次水源箱的水量，再加上工作時(shí)間注入水源箱的水量，即可求得此回次沖洗液總消耗量。對(duì)自然造漿的鉆孔，每班必須測(cè)定一次泥漿的粘度；對(duì)使用泥漿的鉆孔，每回次須測(cè)定泥漿水位；每班應(yīng)測(cè)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(jìn)中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)涌水時(shí)，應(yīng)記錄其位置，并應(yīng)立即停鉆，接長(zhǎng)套管，測(cè)量水頭高度。若發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重漏水時(shí)，應(yīng)記錄起止深度及耗水量等。 對(duì)涌水鉆孔，必要時(shí)可進(jìn)行涌水量試驗(yàn) 其它 對(duì)鉆進(jìn)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(jìn)過程中應(yīng)進(jìn)行孔深和孔斜的校測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修正。 終孔后應(yīng)測(cè)量孔深和孔斜。 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 抽水試驗(yàn) 抽水試驗(yàn)前，必須進(jìn)行洗井工作。洗井應(yīng)采用壓風(fēng)機(jī)或二氧化碳的方法，一直洗至水清沙凈。 洗孔后及抽水試驗(yàn)前后均需進(jìn)行孔深探測(cè)，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(yàn)規(guī)程執(zhí)行。 動(dòng)水位及水量的要求：動(dòng)水位和涌水量應(yīng)同時(shí)觀測(cè)。抽水開始階段，每 5分鐘觀測(cè)一次。然后，視其穩(wěn)定程度，每 30 分鐘或 1 小時(shí)觀測(cè)一次。 靜止水位及恢復(fù)水位要求：抽水試驗(yàn)開始前和結(jié)束時(shí)，必須分別進(jìn)行靜止水位和恢復(fù)水位測(cè)量，并按有關(guān)規(guī)程要求詳細(xì)記錄。 抽水試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)的所有原始資料進(jìn)行詳細(xì)的檢查、校核，確認(rèn)無(wú)誤時(shí)，方 可進(jìn)行室內(nèi)資料整理工作。 封孔 封孔的目的和要求 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(hù)，工程建筑帶來危害。因此除了少數(shù)留作長(zhǎng)期觀測(cè)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(shí)穿過幾個(gè)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)， 必須 用 進(jìn)行 密封。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。 成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 封孔材料及封孔方法的選擇 （ 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(shí)又有較好的隔水性能，同時(shí)鉆孔直徑很小，所需水泥量不大，故全孔采用水泥密封，水泥牌號(hào)為 。 （ 2） 封孔段長(zhǎng)度 由于 地下水 范圍幾乎覆蓋 全孔， 同時(shí)為簡(jiǎn)化工序 ，決定采用全孔段封閉，封孔長(zhǎng)度為 。 （ 3） 水泥用量 計(jì)算 水泥計(jì)算用量計(jì)算公式 如下 ： 3120 1 0 2 0 3505 0 5 0 LLLQ K K KL L L? ? ? 式中： 0L —— 每袋水泥理論密封長(zhǎng)度（ m） ,以水灰比 ， 01L 為 、 02L 為、 03L 為 。 L —— 密封孔段長(zhǎng)度（ m） ，分別為 50m 和 640m； K —— 系數(shù)（ K=～ ） ，取 ； Q —— 需要水泥用量（ kg） 。 代入數(shù)據(jù)： 2 6 8 3 7 1 . 5 5 1 4 0 . 65 0 1 . 5 5 0 1 . 5 5 0 1 . 5 5 8 . 30 . 5 1 1 . 8 2 2 . 9 2Q ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?t （ 4） 水泥封孔方法 由于孔較深，同時(shí)為了簡(jiǎn)化工序， 采用 水泵灌注 水泥漿的方法進(jìn)行封孔。利成都理工大學(xué) 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 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(shí)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(yàn)，選 用提筒取樣器，提筒用 長(zhǎng) 2～ 3m的 小一級(jí)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(cè)上部漿液稀釋情況。 第 4 章 鉆進(jìn)工藝和鉆井液選擇 鉆進(jìn)工藝 鉆進(jìn)工藝包括鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)設(shè)備和鉆井規(guī)程的選擇和計(jì)算。 鉆進(jìn)方法 為了確定鉆進(jìn)方法，先對(duì)鉆孔地層地質(zhì)概況進(jìn)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(jì) 第四、三系（ Q+N） 黃土、下部紅土 0 268 268 2～ 5 0 漏失 洛河組（ K1l） 砂巖夾礫巖 268 521.55 253.55 4～ 6 2 鉆孔傾斜 宜君組（ K1y） 礫巖 521.55 562.95 41.4 6 1 鉆孔傾斜 安定組（ J2a） 泥巖、砂巖562.95 620.55