空氣潛孔錘在深部地震探測中的應用

渠名新

摘 要：通過項目的實施，空氣潛孔錘鉆機在25d時間內每臺鉆機成孔量達到800余米，對深部地震探測爆破孔鉆進中存在的問題進行了分析，提出了有效的解決辦法，文中較詳細的介紹了設備選擇，空氣潛孔錘鉆進工藝等，該工藝在地震探測中有廣闊的應用前景。

關鍵詞：深部地震探測 空氣潛孔錘 物探爆破孔

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0066-01

“秦嶺造山帶與南鄂爾多斯盆地地殼精細結構與動力學響應”是國家自然科學基金重點項目，該項目于2010年10月被批準立項。中國地震局地球物理勘探中心與中國科學院地質與地球物理研究所合作共同承擔了該項目中“華北克拉通西部秦嶺造山帶與南鄂爾多斯盆地地殼與上地慢人工源高精度地震探測與精細速度結構刻畫”專題的野外深部地震探測、地震資料采集和基礎數(shù)據(jù)處理工作。

1 地理狀況

工作區(qū)主要集中在山區(qū)，探測剖面大部分區(qū)段位于陜西省內，南端進入了四川省東北部與重慶市交界地區(qū)，基本呈北東方向展布，向北進入陜西省，終止于榆林附近。沿剖面穿過了不同的地形條件和地理環(huán)境，跨越了大巴山造山帶、秦嶺造山帶、秦嶺北緣大斷裂、渭河斷裂、乾縣—蒲城斷裂以及口鎮(zhèn)—關山斷裂構造帶和不同的地質構造單元。地處山區(qū)，地形復雜。工作區(qū)落差很大，高的在海拔2000 m以上的山坡或山頂，每個爆破激發(fā)點的距離約為150 km左右。

2 地層特點及鉆井的主要問題

工作區(qū)廣泛分布砂巖、石灰?guī)r、個別地區(qū)有花崗巖，并且有的地區(qū)巖石巖溶化比較嚴重，因為地層條件比較復雜且不穩(wěn)定，會在在鉆井過程中出現(xiàn)一系列不利現(xiàn)象。

3 空氣潛孔錘技術及工藝

3.1 設備選用

鉆探設備選用J-150B潛孔錘鉆機2臺，LGC-17/14、5空壓機2臺，鉆桿全部為Φ89 mm，Φ194 mm球齒合金鉆頭2套，Φ180 mm球齒合金鉆頭2套。

3.2 施工工藝及參數(shù)

3.2.1 鉆孔結構

在巖石巖溶化的地層，開孔直徑應是194 mm，下入套管坐到基巖上護壁，終孔直徑是180 mm，基巖地層直接開孔180 mm到終孔。孔深控制在60～70 m之間。

3.2.2 技術參數(shù)

（1）鉆壓：鉆壓范圍一般取12～17 kN之間。

（2）轉速：主要根據(jù)巖石的性質、鉆頭的直徑以及沖擊器的沖擊功、沖擊器頻率等來確定。

（3）風量：與鉆桿和孔壁之間的環(huán)狀間隙有關，為了能充分發(fā)揮空氣壓縮機的功效，應當劑量縮小鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙。

（4）風壓：根據(jù)所用空壓機和鉆孔結構計算，最大風壓是0.7 MPa。

3.3 鉆進操作規(guī)程

由上可知，空氣潛孔錘鉆進需要在一定條件下進行，所以在鉆進時應該嚴格遵守以下規(guī)程：（1）要保持管路清潔、通暢、密封，鉆具絲扣連接處需涂抹絲扣油。（2）沖擊器應該定時拆開檢查、清洗，裝配時要確保各結合部的間隙。在機器正常鉆進時，每班至少要通過向沖擊期內注入一次機油，每次注入量為200 mL左右。（3）搖保持孔底清潔。（4）在沖擊器即將下入孔底時，應先送風，邊送風邊將沖擊器下至孔底；在停鉆時不能先停風，應先將鉆具輕微提離孔底，將孔底殘余巖屑全部排出孔口，等主動鉆桿全部提出孔口后，才能停止送風。（5）鉆進時，應該隨時注意孔內情況和風壓變化，若發(fā)現(xiàn)風壓忽然變大或沖擊器在孔內工作不正常時要及時處理，處理無效需及時進行檢查。（6）在正常鉆進過程中需采取少鉆勤提間歇沖孔的辦法，這樣可以即能防止憋風和巖粉堵塞，又可以保證鉆進安全進行。

4 實鉆應用

4.1 斷裂破碎帶地層中實鉆效果

SP2爆破激發(fā)點位于四川省大竹縣，地層表面基巖裸露，共有7個爆破孔孔，孔徑180 mm，設計孔深60～70 m，2010年10月25日開鉆，進尺很快，很順利，當鉆到17.5 m后，鉆孔周圍地層表面有風透出，鉆壓急劇下降，巖屑不能吹出，此時采取向孔底注水、泡沫液，最終通過了17.5 m處，向下順利鉆進成孔，終孔65 m，7個孔有三個都是在17.5 m左右遇到類似情況，7個孔施工時間15 d，實際進尺450 m；SP6點位于陜西省銅川縣小丘鎮(zhèn)附近，共有6個爆破孔，施工時間9 d，累計進尺390 m。

4.2 較完整地層實鉆效果

其余的SP1、SP3、SP4、SP7炮點共20個孔，巖層主要為片麻巖、石灰?guī)r、花崗巖等較完整巖石，實際施工時間23d，總進尺1225 m。鉆進進行的比較順利，最大深度達到70 m。

5 鉆進中的主要問題和解決方法

（1）潛孔錘鉆進在潮濕弱含水層時，勤提動鉆具強吹風，向孔中注入水或是泡沫液等進行鉆進，使巖屑充分排出；鉆到大厚度含水層時，此時孔內的水能攜帶巖屑一起排出，就可以再鉆進了。

（2）潛孔錘鉆進中，遇到意外現(xiàn)象會影響鉆進的效率，其原因是因為孔內有過多巖粉存在。我們采取的措施是：①孔內要保持清潔無雜物。②下鉆前要及時清除鉆桿內的鉆屑及雜物等。③要求停風要緩慢，回次結束后，待主動鉆桿提出孔口后再緩慢停止送風。④停風后在規(guī)定時間內再卸主動鉆桿，可以避免出現(xiàn)鉆桿內壓力驟降引起沖擊器倒吸鉆屑的問題。

（3）潛孔錘鉆進過程中易發(fā)生埋鉆的事故。其解決的辦法有：①埋鉆不太嚴重，鉆具能活動時，適當增大風量，邊送風邊上下串動鉆具，慢慢回轉鉆具，邊轉邊提。②埋鉆情況較嚴重，送不進去風，鉆具且不能活動時，試圖從孔口下入一套風管，接上供風管路，送風沖排埋積物，沖到底部就可以提出鉆具。當事故無水孔段且孔較深時，風管有時只能沖開一個小眼，雖通風但提不出鉆具，此時向孔內注水，同時加入泡沫劑通過鉆桿向孔內全風量送風，反復排粉，直到排除事故為止。

6 結語

此次爆破孔鉆探共鉆進33個巖石孔，鉆進時間為25個工作日，總進尺達1700余米，孔成以后炸藥順利下入孔內引爆，取得了良好的觀測記錄。通過此次工程的研究和實踐，得出以下幾個結論。

（1）采用空氣潛孔錘鉆進技術在地震探測中的應用，其技術路線和和方案更是科學合理。

（2）此次工程為以后潛孔錘在類似地層的地震探測爆破孔的鉆進應用做出了示范。

（3）氣動潛孔錘鉆進技術適合于在較完整的基巖地層中鉆進，那樣效率才高，在破碎地層中鉆進，要解決護壁工作，才能充分應用好這項技術。

參考文獻

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