空氣潛孔錘在深部地震探測中的應(yīng)用

渠名新

摘 要：通過項目的實施，空氣潛孔錘鉆機(jī)在25d時間內(nèi)每臺鉆機(jī)成孔量達(dá)到800余米，對深部地震探測爆破孔鉆進(jìn)中存在的問題進(jìn)行了分析，提出了有效的解決辦法，文中較詳細(xì)的介紹了設(shè)備選擇，空氣潛孔錘鉆進(jìn)工藝等，該工藝在地震探測中有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(xì)結(jié)構(gòu)與動力學(xué)響應(yīng)”是國家自然科學(xué)基金重點項目，該項目于2010年10月被批準(zhǔn)立項。中國地震局地球物理勘探中心與中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所合作共同承擔(dān)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(xì)速度結(jié)構(gòu)刻畫”專題的野外深部地震探測、地震資料采集和基礎(chǔ)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(nèi)，南端進(jìn)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(jìn)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(guān)山斷裂構(gòu)造帶和不同的地質(zhì)構(gòu)造單元。地處山區(qū)，地形復(fù)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(yán)重，因為地層條件比較復(fù)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(shù)及工藝

3.1 設(shè)備選用

鉆探設(shè)備選用J-150B潛孔錘鉆機(jī)2臺，LGC-17/14、5空壓機(jī)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(jié)構(gòu)

在巖石巖溶化的地層，開孔直徑應(yīng)是194 mm，下入套管坐到基巖上護(hù)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(shù)參數(shù)

（1）鉆壓：鉆壓范圍一般取12～17 kN之間。

（2）轉(zhuǎn)速：主要根據(jù)巖石的性質(zhì)、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(fēng)量：與鉆桿和孔壁之間的環(huán)狀間隙有關(guān)，為了能充分發(fā)揮空氣壓縮機(jī)的功效，應(yīng)當(dāng)劑量縮小鉆桿與孔壁之間的環(huán)狀間隙。

（4）風(fēng)壓：根據(jù)所用空壓機(jī)和鉆孔結(jié)構(gòu)計算，最大風(fēng)壓是0.7 MPa。

3.3 鉆進(jìn)操作規(guī)程

由上可知，空氣潛孔錘鉆進(jìn)需要在一定條件下進(jìn)行，所以在鉆進(jìn)時應(yīng)該嚴(yán)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(yīng)該定時拆開檢查、清洗，裝配時要確保各結(jié)合部的間隙。在機(jī)器正常鉆進(jìn)時，每班至少要通過向沖擊期內(nèi)注入一次機(jī)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(yīng)先送風(fēng)，邊送風(fēng)邊將沖擊器下至孔底；在停鉆時不能先停風(fēng)，應(yīng)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(fēng)。（5）鉆進(jìn)時，應(yīng)該隨時注意孔內(nèi)情況和風(fēng)壓變化，若發(fā)現(xiàn)風(fēng)壓忽然變大或沖擊器在孔內(nèi)工作不正常時要及時處理，處理無效需及時進(jìn)行檢查。（6）在正常鉆進(jìn)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(fēng)和巖粉堵塞，又可以保證鉆進(jìn)安全進(jìn)行。

4 實鉆應(yīng)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(shè)計孔深60～70 m，2010年10月25日開鉆，進(jìn)尺很快，很順利，當(dāng)鉆到17.5 m后，鉆孔周圍地層表面有風(fēng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)尺1225 m。鉆進(jìn)進(jìn)行的比較順利，最大深度達(dá)到70 m。

5 鉆進(jìn)中的主要問題和解決方法

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

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

（3）潛孔錘鉆進(jìn)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(yán)重，鉆具能活動時，適當(dāng)增大風(fēng)量，邊送風(fēng)邊上下串動鉆具，慢慢回轉(zhuǎn)鉆具，邊轉(zhuǎn)邊提。②埋鉆情況較嚴(yán)重，送不進(jìn)去風(fēng)，鉆具且不能活動時，試圖從孔口下入一套風(fēng)管，接上供風(fēng)管路，送風(fēng)沖排埋積物，沖到底部就可以提出鉆具。當(dāng)事故無水孔段且孔較深時，風(fēng)管有時只能沖開一個小眼，雖通風(fēng)但提不出鉆具，此時向孔內(nèi)注水，同時加入泡沫劑通過鉆桿向孔內(nèi)全風(fēng)量送風(fēng)，反復(fù)排粉，直到排除事故為止。

6 結(jié)語

此次爆破孔鉆探共鉆進(jìn)33個巖石孔，鉆進(jìn)時間為25個工作日，總進(jìn)尺達(dá)1700余米，孔成以后炸藥順利下入孔內(nèi)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(jié)論。

（1）采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)在地震探測中的應(yīng)用，其技術(shù)路線和和方案更是科學(xué)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(jìn)應(yīng)用做出了示范。

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

參考文獻(xiàn)

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