岩溶地区采用潜孔锤进行水文水井钻凿

广东省有色金属地质局九三五队 广东 惠州 516001

正文：

引言

惠州龙门地区，下伏石炭系地层，上部基岩为测水组砂岩、炭质页岩、泥质砂岩等地层，其地质条件复杂，地下水水量丰富，普遍存在土洞、岩溶（溶洞、溶沟、溶槽）等溶蚀现象，构造裂隙发育。水文地质钻探的施工作业难度大，质量及安全难以保障。通常水文地质钻探采用取芯钻探。以探查地层岩性和结构、含水层厚度、埋藏深度，研究含水层的孔隙、裂隙和地质构造等水文地质条件。以及采取水样鉴定水质、测定水量和水温等水文地质参数。上世纪八十年代，风动潜孔锤已经拓宽到地质岩芯勘探领域，钻凿基岩水井，钻速较常规钻井钻进方法提高5～10倍。经过现场生产试验的验证，在岩溶地区，虽然水文地质条件复杂，采用潜孔锤进行水文水井的钻凿，也可取得良好的效果。

1 地层状况

以惠州龙门地区为例，区域内灰岩地层大致分布有：①填土层（Qml），多为耕土，工程堆填土；②冲洪积层：主要有黏土、粉质粘土，局部老河床部位有砂、砾等。粉质粘土呈软塑至可塑状态，砂卵石层孔隙水丰富，渗透性好；③残坡积层（Q）,由基岩风化残积而成，山地有坡积形成，一般为稍湿～饱和，可塑状态；④基岩：石炭系灰岩，构造带有大理岩化现象，局部地区灰岩上部覆盖有测水组砂岩、粉砂岩、炭质页岩。基岩裂隙、岩溶发育，溶沟溶槽等溶蚀现象严重。

2 地下水特征

按区域水文资料，含水层埋藏深度、水理性质、水力特征和开采条件可分为浅层潜水～微压水（埋深小于30m），中层承压水（含水层埋深30～200m），深层承压水（含水层埋深200～500m）和超深层承压水（温热水，埋深一般大于500m）。龙门地区地下水类型主要为第四系土层中的孔隙水及基岩裂隙水，主要赋存于第四系土层及基岩裂隙中。赋存于下伏溶洞、溶蚀裂隙及暗河中的岩溶裂隙水，连通性好，水量丰富。地下水主要靠大气降水及附近河流、水塘补给，通过渗流排泄于附近地势低洼的水塘及水沟，其次为向上的大气蒸发。季节性水位变化明显，常随地表水的水位变化而变化。

3 水井结构

以惠州龙门地区某钻井成井项目为例，该项目设计井身结构为：开孔钻孔孔径Φ311mm，下Φ273mm 套管，深度至灰岩中等风化岩层，入岩深度2m，实际深度为39.5m。第二开换Φ203mm尺寸的钻头，下Φ194mm套管（壁厚6厘），深度至237m处，第三开换Φ168mm尺寸的钻头，裸眼钻至深度301m处。

井管材料采用D40无缝钢管，井管加工有公母丝扣，其端口平整，连接性能良好。管材质量良好，无砂眼、裂纹渗漏。具有良好的强度，能承受地层和静水侧压力及管身自重的拉压力。在含水层段，井壁与井管之间充填砾石；非含水层段，采用水泥砂浆封堵。

4 钻凿工艺

4.1 示例项目投入设备参数

4.2 施工工艺流程：

平整场地---桩位测量---钻机安装、调试、就位---钻进---洗井---抽水试验—固井、成井

4.3 作业主要参数

使用潜孔锤钻进，两个主要参数是风量和风压。正循环钻进风量的选择：

式中：Q正----空压机供风量，m3/min;

ν---不同直径岩屑的上返速度，一般取15～25m/s;

D---钻孔直径，m;

d外---钻杆外径，m;

K1、K2---钻孔损耗系数、孔内有涌水时风量增加系数；

参照公式，示例项目上返风速取20m/s；钻孔损耗系数取1.25；孔内涌水量增加系数取1.5。

4.4 操作要点

（1）施工前，平整场地，平出钻机工作场地，设备、钻杆材料等整齐摆放，安全围护设施等。对局部软弱部位换填，保证场地密实、稳固。做好井口地面固化，防止机油灯渗漏入井内，造成污染。

（2）设备吊装由专人指挥，做到平稳，轻起轻放，非作业人员撤离现场。

（3）设备安装就位后，保证桩尖与孔位中心对准，钻机竖轴垂直，基地平稳。保证作业时钻孔不发生偏移和倾斜。

（4）钻孔过程中，控制好潜孔锤下沉的速度。以压缩空气作为循环及洗井的介质，每5米一段采取岩屑作为样品保存。

（5）由现场工程师专人负责施工记录。

4.5 环保措施

（1）施工期间，由于空压机的噪音较大，应尽量减少废气、噪音的污染。根据现场周边环境，在早晨、中午、夜间合理安排作业时间，减少对周边的噪音干扰。

（2）孔口的岩屑及时安排人员清理，集中堆放或外运。

（3）所有机械设备采取措施，防止漏油污染。

5 综合分析。

（1）岩溶地区地质条件复杂，钻进过程产生的岩渣屑粒径大，孔内堆积厚度大，易发生埋钻、卡钻事故。因此选用合适的钻进工艺，包括正循环、反循环的不同的作业工艺，对解决钻进过程中的易发事故，具有很好的解决问题能力。

（2）岩溶地区出水量大，涌水量的增加，一定程度上消耗了风压，降低了钻进效率。作业时，配置足够的空气动力设备是必不可少的。

（3）总体上，使用风动潜孔锤在岩溶地区开展水文地质钻凿，具有作业效率高，钻孔口径大，出水量大的特点。使用跟管钻进方式，能有效的隔离不同含水层，在合适的层位进行取水，达到水质最优、取水量合理的目的。