沖擊鉆孔

 

  沖擊鉆探是指把鉆桿和巖芯管提到一定的高度后自由落下對(duì)土壤和軟弱巖石進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)的過程。這種鉆探的適用范圍較小，主要是土壤和軟巖，效率較低。往往在達(dá)到一定深度以后，由于地下巖芯的抗壓強(qiáng)度會(huì)逐漸增大，鉆進(jìn)效果就會(huì)慢慢減弱，除非遇到軟土層，比如土壤或者軟質(zhì)巖在地下水位以下等這樣的情況后可繼續(xù)鉆進(jìn)。否則就要停止。

 

  鉆孔保護(hù)膜以及鉆孔工具的尺寸一般是150mm、200mm。對(duì)于特殊項(xiàng)目250mm、300mm是適用的。在地質(zhì)條件良好的地層其最大的鉆取深度約為60m。鉆探設(shè)備的類型可能包含一個(gè)水力驅(qū)動(dòng)的巖芯鉆取用的鉆頭夾具。鉆孔工具在一根鋼纜上用絞盤離合器沖擊，這些工具包括：粘土切割機(jī)，用于干燥的粘性土；巖芯管或者打包機(jī)，用于非粘性土；鑿子，用于破碎巖石及其它堅(jiān)硬的地層。粘土切割機(jī)和巖芯管提取擾動(dòng)材料，這些材料一般具有充分的代表性可用來鑒別地層。

 

  回轉(zhuǎn)取芯鉆孔

 

  鉆頭在鉆孔底部回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)鉆孔方法用于巖石鉆孔和有時(shí)勘查用的土壤鉆孔。從表面通過空心鉆桿到鉆頭面的鉆孔液用來冷卻和潤滑鉆頭，將鉆屑運(yùn)送到地面，在使用特殊的鉆孔液時(shí)，可以穩(wěn)定鉆孔。鉆孔液體通常是清潔的水、空氣或二者的混合物。在某些情況下，泥漿、聚合物或泡沫用于保持或支持鉆孔的穩(wěn)定性，協(xié)助將鉆屑運(yùn)送到地面并使巖心采取率最大化，特別是在表面沉積物和弱巖石構(gòu)造中。必須安排鉆孔液清潔和再循環(huán)，以便鉆屑從鉆孔底部運(yùn)出。

 

  取芯鉆孔，這種鉆孔環(huán)形鉆頭固定到芯管的外回轉(zhuǎn)管底部，切削在芯管裝置內(nèi)部管內(nèi)獲取的巖芯并運(yùn)送到表面用于檢驗(yàn)和試驗(yàn)。取芯時(shí)，通常使用臨時(shí)套管來支撐不穩(wěn)定土地或封堵引起鉆孔液過量損失的裂縫或孔隙。鉆孔液體添加劑或水泥灌漿的作用一般比較好。

 

  回轉(zhuǎn)取芯鉆孔通常利用傳統(tǒng)的或配備金剛石或鎢尖頭取芯鉆頭的鋼絲繩型雙層或三層取芯筒(三層取芯管系統(tǒng)可以使用一個(gè)雙層取芯管裝配一個(gè)半硬質(zhì)塑料襯墊模擬)進(jìn)行。取芯鉆孔的目的是獲得與成本一致的最佳的取芯率和取芯質(zhì)量。

 

  傳統(tǒng)雙層取芯管包括兩個(gè)同心圓筒。外筒由鉆桿旋轉(zhuǎn)，在其下端攜帶取芯鉆頭。內(nèi)部圓筒安裝在轉(zhuǎn)環(huán)上，以便其再鉆孔過程中不旋轉(zhuǎn)。巖芯由取芯鉆頭切削，向上傳送到內(nèi)部圓筒中，在取芯運(yùn)行結(jié)束時(shí)，取芯管組件通過升高和逐個(gè)拆下每個(gè)鉆桿上升到表面。利用一個(gè)取芯夾具防止巖芯落到芯管外，取芯夾具由彈簧鋼構(gòu)成并剛好位于取芯鉆頭的上方。鉆孔液體在其通過取芯鉆頭的路上向下流過內(nèi)外取芯圓筒之間的環(huán)帶。巖芯自身僅在其通過取芯鉆頭時(shí)與鉆孔液體接觸。

 

  對(duì)于三層管取芯筒，非轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圓筒包含一個(gè)可拆卸的取樣管或襯墊。在每次取芯運(yùn)行結(jié)束時(shí)該襯墊和其包含的巖芯一起提取并存儲(chǔ)在一個(gè)巖芯盒中。因?yàn)橐r墊在因此使做記錄的地質(zhì)工作者能夠提取比其他套管更多的信息，襯墊可以用各種材料制成并采取對(duì)開管口、無縫管或剛性和半剛性塑料襯墊的形式。三層管取芯筒可以是專門設(shè)計(jì)的，但更通用的傳統(tǒng)雙層管取芯筒可以進(jìn)行修改，采用內(nèi)部半剛性塑料襯墊，并充當(dāng)三層管取芯筒。

 

  有很多取芯鉆頭可用，能在任何給定的土地條件下提供最佳結(jié)果的類型可能必須利用試驗(yàn)來確定。應(yīng)該承認(rèn)影響最佳鉆孔速率鉆頭選擇的因素可能不同于確定巖芯質(zhì)量的鉆頭。薄壁鉆頭產(chǎn)生的鉆屑較少，允許使用較低的沖洗速率，以減少干擾。從另一方面來說，薄壁鉆頭通常不提供用于沖洗液的正面排放，在液體通過鉆頭內(nèi)部和巖芯之間時(shí)可能出現(xiàn)一些干擾，不過這可以利用伸出或收縮型取芯圓筒避免。在某些情況下成梯狀的鉆頭提供鉆孔速率和質(zhì)量優(yōu)點(diǎn)；它們也趨向于形成較直的孔。對(duì)于強(qiáng)磨蝕巖石，金剛石質(zhì)量和矩陣選擇是重要考慮事項(xiàng)。

 

  鉆頭一般有合金鉆頭、金剛石鉆頭、復(fù)合片鉆頭等，每個(gè)鉆頭都有它適合的地層范圍，合金鉆頭一般是土層、軟巖層或者砂層。金剛石和復(fù)合片一般適用于硬質(zhì)巖層。

 

  與輔助表面和采用的孔內(nèi)設(shè)備匹配并適合于預(yù)計(jì)的鉆孔地質(zhì)條件的沖洗介質(zhì)的認(rèn)真選擇非常重要。水和空氣使用最簡單也是最普通的。鉆孔泥漿包括水加粘土或皂土，水加添加劑，如氯化鈉、泡沫、聚合物混合物和空氣/水霧，也用作沖洗介質(zhì)?；旌衔锖退犹砑觿┰阢@屑可能以較低的沖洗速度去除中的水和空氣，因此可減少切削鉆頭上或弱或未膠結(jié)結(jié)構(gòu)中的鉆孔內(nèi)的干擾和沖洗。將空氣用作沖洗介質(zhì)可能在某些地質(zhì)構(gòu)造中或在對(duì)使用其他涉及含水層或地下水污染的液體施加限制時(shí)更有優(yōu)勢。鑒于水和聚合物可能易于增加巖芯的自然含水量，使用空氣可能傾向于減少含水量。在某些構(gòu)造中空氣可能破壞軟弱構(gòu)造并形成弱路徑，可能引起空氣沖洗泄漏并永遠(yuǎn)變成地下水路徑。

 

  國內(nèi)鉆探工藝的流程和要求：  國內(nèi)現(xiàn)行的鉆探工藝主要是單管旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)的工具由鉆桿、巖芯管、鉆頭及相應(yīng)的現(xiàn)場測試工具組成。

 

  在鉆探過程中，鉆桿是和巖芯管鉆頭按照順序收尾相接起來，由鉆機(jī)上的主軸帶動(dòng)鉆桿到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)的過程。隨著深度的增加，鉆桿會(huì)慢慢的加長，巖芯管也會(huì)根據(jù)地質(zhì)要求或者地層情況進(jìn)行變徑，鉆頭也要對(duì)應(yīng)著和它相適應(yīng)的地層，這樣，鉆探的質(zhì)量和效率才能達(dá)到最大化。

 

  在鉆探的過程中，鉆頭通過鉆具在地表柴油機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，巖芯通過鉆頭的向上傳遞進(jìn)入到巖芯管中，當(dāng)鉆探的每一個(gè)回次的長度達(dá)到地質(zhì)上要求時(shí)，或者變層、遇到地下水及其他遇到的應(yīng)該停止鉆進(jìn)的問題時(shí)，要停止鉆進(jìn)，向上提鉆，提鉆之前，要對(duì)巖芯管里現(xiàn)有的巖芯進(jìn)行一個(gè)固定，防止巖芯管在向上提升的過程中巖芯丟失，巖芯的固定可以由以下幾種方法來實(shí)現(xiàn)：

 

  1、 對(duì)于土層，可以在提升之前在鉆孔里利用鉆具向下的俯沖力墩到孔低，反復(fù)幾次，直到把巖芯壓實(shí)，防止丟失。

 

  2、 對(duì)于巖層，可以向鉆塔頂部的鉆具中投入幾根短鐵絲，然后再進(jìn)行之前的俯沖操作，用鐵絲將巖芯卡在巖芯管里。 提鉆就是鉆具在向上提升的同時(shí)，把鉆桿一一拆卸下來，最后讓巖芯管及鉆頭回到地表的過程，巖芯管回到地表后，要把巖芯管里面的巖芯推出到地表，一般有這樣幾種方法：

 

  1、 把巖芯管豎直架高，然后用大錘敲打巖芯管底部的鉆頭，借震動(dòng)力使巖芯從巖芯管 里慢慢下滑，直到巖芯全部出來為止。

 

  2、 把巖芯管豎直架高，向下俯沖，利用產(chǎn)生的離心力將巖芯推出巖芯管外。

 

  3、 當(dāng)鉆到地下水位以下時(shí)，經(jīng)過地質(zhì)上同意以后，可以利用水沖時(shí)產(chǎn)生的推力將巖芯 推出管外。  以上這幾種方法都有一個(gè)很重要的注意點(diǎn)，一定要按照真實(shí)的深度將巖芯推出來以后進(jìn)行擺放，不能產(chǎn)生錯(cuò)誤，以免誤導(dǎo)工程技術(shù)人員對(duì)地層的順序所作出的判斷。