碎石類土地層鉆探的鉆進方法

馬洪偉

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 行業現狀

在碎石類土地層中鉆探，普遍采用普通硬質合金鉆頭，因碎石類土成分復雜、密實程度不一、質地堅硬、耐磨性高、粒徑不均等特點，造成鉆探進尺緩慢，鉆頭利用率低，鉆探周期長，成本高，不能及時為下一工序提供可靠的地質資料并按期完成勘察工作。

碎石類土地層一般為:碎石土，淺灰色，中密，飽和，主要成分為石英砂巖等質地堅硬的巖石，粒徑一般60～120 mm，最大300 mm，充填物主要為細砂。

根據對近期幾個工點鉆探資料(30孔1 250m)的調查情況，完成此種碎石類土(粒徑一般60～120 mm，最大300 mm)地層，用硬質合金鉆頭進行鉆探每小時平均進尺0.2m，每鉆探1米合金鉆頭消耗平均需要人民幣241元(見表1)。

表1 近期幾個工點鉆探資料的調查情況

以表1可以看出，使用硬質合金鉆頭進行鉆探成本高、效率低、生產周期長。

綜上所述，為了提高此類地層的鉆進效率，決定在京石線滹沱河特大橋進行碎石類土鉆探試驗。

2 原因分析

為了圓滿完成本次鉆探試驗，根據目前現狀，從人員、機器、工藝、環境、材料五個方面，對影響本次鉆探質量及效率的各個因素進行分析，用魚骨圖表示。見圖1。

通過對末端因素逐條分析，認為其中有3條是影響本次鉆探任務質量和效率的主要直接因素，所以將其確定為要因，見表2。

經確認，主要原因是:

①鉆頭選擇不當;

②施鉆壓力不當;

③轉速選擇不當。

3 解決措施及效果

(1)措施1

圖1 影響鉆探質量及效率的因素

表2 要因分析論證

用于鉆進破碎及卵礫石地層的金剛石鉆頭兩種:一種為孕鑲電鍍普通型鉆頭，一種為孕鑲電鍍加厚型鉆頭，鉆頭胎體硬度高，刃口經過電鍍，經過比對后決定，使用孕鑲電鍍加厚型鉆頭(胎體硬度HRC 40℃、粒度80/100～40/45號、濃度90%)在京石線滹沱河特大橋鉆探試驗。改用金剛石鉆頭鉆進前，必須將殘留孔底的鋼砂或硬質合金打撈干凈。在任何情況下，都不得使用金剛石鉆頭進行干鉆。

實踐證明，這種鉆頭硬度高，耐磨性好，可有效提高鉆進效率。

(2)措施2

孕鑲鉆頭孔底壓力反應到壓力表上，根據不同地層，采用1～3 kg壓力為宜。鉆進過程中鉆壓應保持平穩，不得隨意上下活動鉆具。下鉆至離孔底1m時，應先送水，采取慢速、輕壓，待鉆進正常后，再加大壓力和轉速。下鉆遇阻時，不得猛墩強扭。

實踐證明，此方法可有效提高鉆頭利用率，降低消耗。

(3)措施3

孕鑲金剛石鉆頭底唇面的線速度范圍為1.5～3.0m/s。正常鉆進時，應在機械能力、管材強度允許的前提下，盡可能提高轉速。在孔深、鉆孔彎曲、超徑的情況下，或鉆進強研磨性、粗顆粒、破碎巖層時，轉速應適當降低。發生巖芯堵塞時，應立即提鉆，不得加大鉆壓、高速空轉處理。取芯時，嚴禁用卡料卡取巖芯。鉆進過程中應隨時觀察沖洗液量大小和泵壓的變化，如發現異常時，必須立即查明原因，進行處理。

實踐證明，此方法可有效提高鉆探效率和巖芯采取率，降低消耗。

4 結論

對傳統工藝進行改進后，生產效率大大提高，使用新的工藝實際鉆探日進尺達到0.7m/h，與原工藝相比整體效率提高了250%。實際消耗為100元/m，每米節省資金140元/m。通過合理運用新工藝，促使生產周期大大縮短，鉆探質量得到很大的提高，經濟效益顯著，為提高設計質量奠定了基礎。

綜上所述，在碎石類土地層中采用金剛石鉆進方法是可行的，可使生產周期大大縮短，鉆探質量和經濟效益得到很大的提高。

［1］TB 10014—98 鐵路工程地質鉆探規程［S］