1 引言
在吉林省中部城市引松供水工程的工程地质勘察中, 针对特殊地质条件, 我单位运用绳索取芯钻进工艺, 更好地保证了取芯质量, 取得了翔实完整的第一手勘察资料。
2 绳索取芯钻探施工在本工程中的应用
2.1 工程简介及绳索取芯钻探主要机具的配备
在四平输水干线工程地质勘察中, 依据测绘、钻探、物探、遥感等手段, 结论是本区地质构造主要表现为断裂、节理、风化及地层接触关系等。为了更确切地探明不同岩性接触带情况, 设计单位在此段洞线布置了工程勘察任务。现列举孔号分别为ZK1113和ZK1114的两个钻孔。ZK1113孔深为120.5m;ZK1114孔深为131.0m。ZK1113是验证大理岩和闪长岩的界限孔, ZK1114是验证大理岩和花岗岩的界限孔。
最终, ZK1113、ZK1114两钻孔均达到目的, 岩芯中明确显示出岩性接触情况。
本工程中, 绳索取芯钻探中, 完成施钻用的是装机功率大的XY-2岩心钻机。XY-2岩心钻机自重950Kg, 动力机重量300Kg。施钻时配置可以变换不同压力和流量的泥浆泵。此类泥浆泵可以为绳索取芯钻进提供了更为宽泛的可操控性。打捞器卷扬机配置适当功率的电机即可。
绳索取芯钻具型号为XJS75-S-O。整套钻具分为双管钻具总成、打捞器总成、钻杆和钻头4部分组成。
2.2 绳索取心钻进参数的选择
在施工中根据岩性和技术条件, 通过现场多次试验, 选择了钻压、转速、冲洗液量最优的配合关系, 列表如下:
2.2.1 钻压
在施钻中, 以金刚石钻头直径为φ75mm为例, 根据工程试验和地质条件, 钻压为0.6~1.0MPa。绳索取芯钻进与普通标准金刚石钻进有所不同, 因绳索取芯钻头胎体壁要比标准钻头厚2mm, 底面积相对较大, 而钻杆与孔壁间隙小, 所以要适当增加转压。
2.2.2 转速
绳索取心钻进时的转速可以按普通金刚石钻头钻进的圆周速度 (表镶钻头0.5~2m/s;孕镶钻头1.2~3m/s) 计算转速, 但需考虑钻孔深度。我们在实际施工中, 钻机正常钻进时, 转速基本上都在600~800r/min之间。
2.2.3 泵量
由于绳索取心钻具与孔壁之间的环隙较小, 且内管需通过钻杆柱中心下投等原因。因此, 在地层条件许可的情况下, 应尽量采用清水或清水加润滑剂作为冲洗液。这不仅有利于内岩心管在钻杆内的升降, 也可使钻杆的旋转阻力减低。我们在施钻中, 选用的是BW-150型泥浆泵。这种泥浆泵量可选择为60~72L/min, 泵压为0.4~0.7MPa。泥浆泵对于保证孔内钻头的冷却和护壁非常重要, 要保证冲洗液正常供应, 每次钻进时要检查泥浆泵上水是否正常。要有专人看护泥浆泵泵压和回水, 要定期清理进水阀, 防止堵塞。
2.3 绳索取芯钻探在本工程中实际施工时异常问题的处理
2.3.1 在施钻中岩芯没有进入内管总成, 发生“空钻”现象
在钻进过程中, 有时发生“空钻”, 此现象容易给人以钻头打滑的误判。其实往往是弹卡机构部分出现了故障。在弹卡机构部分中, 内管总成进入外管总成后, 弹卡实现自锁, 防止由于振动等原因使弹卡回收并拢而导致内管总成上窜。有时, 由于圆锥杆的尖头磨钝了, 撑不开弹卡, 也会导致弹卡回收并拢内管总成上窜, 发生“空钻”现象。发生此情况要及时更换圆锥杆。
2.3.2 打捞内管总成时卷扬机很吃力, 发生停滞现象
起钻时觉得卷扬机很吃力, 一开始判断是钻孔内岩粉冲洗不干净导致卷扬机很吃力。其实发生此现象是悬挂机构部分出现故障, 往往是悬挂机构部分的弹簧变形或轴承磨损而造成这种情况。这样, 起钻时, 钻具就不垂直, 卷扬机在起钻时必然会吃力, 操作不当时, 有拉翻卷扬机的可能, 造成施工事故。这就要求悬挂机构部分的轴承要保证良好的润滑, 弹簧变形要及时更换。另外, 悬挂接头部分起下钻时要认真检查, 保证连接紧固, 防止内管卸扣脱落而引发故障。
3. 结语:
在这两个钻孔的施工钻探中, 运用绳索取芯钻探技术取得了预期的效果。在绳索取芯钻探中, 我们对绳索取芯钻探有所体会, 现列举一、二:
3.1 绳索取芯钻探反映的地质成果质量高
在此次绳索取芯中, 施钻用的XY-2岩心钻机, 钻机自重大, 动力强。施钻过程中, 钻机平稳钻进, 没有不必要的机械破碎。这两个钻孔岩芯完整, 岩芯采取率都达到了97%以上。这样, 就为我们提供了更好更直观的第一手地质资料。在施钻过程中, 绳索取芯钻具打捞岩芯速度快, 提升平稳以及岩芯堵塞后能即时报警等特点。因此, 当岩芯堵塞时, 可立即处理, 可最大限度地减少岩矿芯的磨损。
3.2 绳索取芯钻探钻进劳动强度较低, 效率比一常规金刚石钻进高
绳索取芯钻探由于起下钻具次数少, 因此减轻了劳动强度。据统计, 在金刚石岩芯钻进过程中, 升降钻具工序约占全部生产时间的30%~40%, 而且机械化程度低, 劳动强度大。在本工程中, 采用绳索取芯钻进, 增加了纯钻进时间, 行之有效地提高了钻进效率。
3.3 绳索取芯钻探有利于复杂地层钻进
在本工程中, 绳索取芯钻探很好地揭露了不同岩性接触带。钻进过程中, 由于减少了提钻次数, 即减少了钻头在升降过程中的拧卸、碰撞和扫孔时的磨损。同时, 钻杆与孔壁间隙小, 钻头回转平稳, 也可提高钻头寿命。钻杆还可以起到套管的作用, 有利于护壁, 更好更完整地保护原地层, 取芯能客观地反映地质成果。
绳索取芯钻进方法已广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程中。然而, 在一个具体的工程中是否采取绳索取芯钻探施工, 还必须考虑地层条件、钻孔深度、钻头寿命等因素;同时, 绳索取芯钻具配套设备较多, 一次性投资较大, 因此施工单位在投入时要综合权衡其使用的合理性。
摘要：在吉林省中部城市引松供水工程钻探中, 某段地层很复杂, 为了更好地提高地质成果质量, 取得翔实的勘察资料, 我单位在工程地质勘察中采用绳索取芯钻探施工技术。从施工实例可看到, 绳索取芯钻探技术与普通钻进取芯相比, 在钻穿复杂地层方面, 可以更好地保证岩芯采取率, 提高钻进效率、降低工程成本。
关键词：绳索取芯,复杂地层,岩性界限,岩芯钻探
参考文献
[1] 武孟元.绳索取芯钻探施工技术[A];第八次水利水电地基与基础工程学术会议论文集[C];2006年
[2] 陈风云, 谷天本, 等.西平铁矿深孔绳索取心钻探技术应用[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) .2010-37 (6) :16-17.
[3] 郭孟林.金刚石绳索取心技术在探矿中的应用[J].中国科技信息.2009-13.