岩溶疏干区地埋管施工潜孔锤钻进简便防尘装置研制

2021-09-18赵华宣贾玉川曾远明

西部探矿工程 2021年8期

赵华宣，陈浩，贾玉川，曾远明

（贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义563000）

1 概述

贵州省浅层地热能资源赋存量和开发潜力巨大[1-3]，其开发利用对推动贵州省生态文明示范区建设有重要意义。在典型喀期特地貌、碳酸盐岩大面积出露贵州山区[3-4]，受溶蚀、断层及河流深切割影响，局部区域岩溶裂隙（溶洞）发育、地下水沿深切割河流排泄，地下水位埋深大，地埋管埋置深度孔内无水近似“干孔”[5]呈岩溶疏干区，地埋管成孔常规工艺液体冲洗介质随钻遇岩溶裂隙流失、孔内无水位、岩屑不能排出、事故隐患大，从返屑应用（回填）和施工安全只能采用空气潜孔锤钻进技术。但空气潜孔锤钻进高速上返气体携带大量岩粉尘严重污染环境，施工中应安设有效防尘装置解决和避免粉尘污染，目前常用的鼓风机负压捕尘、钻机立管设高压水喷嘴喷水除尘[6]等防尘装置存在装拆繁琐费时或除尘不及时、不彻底等问题，不利于地埋管施工“短、频、快”和环境防尘要求，为此，需研制装拆方便、甚至不拆卸且防尘效果好的简便防尘装置以有效解决地埋管快速施工和粉尘污染问题。

2 项目引出问题

2.1 项目概况

贵州仁怀妇幼保健院浅层地温中央空调项目为在建项目，房屋建筑面积55111.3m2，地上4层、地下1层，供热及制冷面积46861.3m2，在建筑物周边场地布置地埋管系统：设计钻孔690个（孔内双U管连接、间距4m×4m、有效深度120m、钻孔直径大于130mm）、延米82800m。地埋管施工工期3个月（含地表水平管铺设），工期紧，场内房建方正在施工、交叉作业面多，地埋管施工只能“见缝插针”，要求地埋管成孔施工“短、快”推进。

2.2 水文地质条件对钻探工艺制约

场地位于仁怀市盐津街道周林学校正西边约150m，距盐津河250～500m、高于盐津河面约200m。区域属扬子准地台黔北台隆遵义断拱凤岗北北东向构造变形区，施工区为新建开挖回填平整场地，表层0.5～4.0m松散、无结构回填及开挖破碎层，下部为岩溶裂隙发育及局部软弱破碎的娄山关群白云岩，受溶蚀、断层及盐津河深切割影响，浅层岩溶裂隙发育、下部溶蚀（溶洞）局部发育，地下水沿盐津河排泄地下水位埋深大[7]，地埋管钻孔深度无水、属岩溶疏干区。起初采用三叶PDC钻头常规工艺钻进，液体冲洗介质随钻遇岩溶裂隙流失而孔内无水位、岩屑不能排出，钻深5.0m时孔内岩屑多、不能加杆、提钻阻力大，续钻事故隐患大和安全风险高，从返屑（回填）应用和施工安全和快速施工考虑只能采用空气潜孔锤钻进技术。

2.3 地埋管钻孔结构

根据设计孔径大于130mm和浅表松散开挖回填层和局部软弱岩溶破碎带护壁需求，钻孔结构：ø180mm孔径开孔进入稳定岩层1.0～2.0m、下ø168mm套管护壁，下部ø140mm孔径空气潜孔锤裸眼钻进。

2.4 潜孔锤钻进引出的问题

施工区周边紧邻学校和居民住宅区、人员聚集，空气潜孔锤钻进岩粉尘若清除不彻底致环境污染，必将引发投诉至群访政治事件，造成重大经济损失和影响单位（个人）名誉形象、甚至法律事件发生。目前常用的防尘装置（设施）存在装拆繁琐费时或除尘不及时、不彻底等问题，不能满足地埋管施工快速成孔和环境除防尘要求。

3 简便防尘装置研制

为解决空气潜孔锤钻进粉尘污染，满足环境除防尘和地埋管“短、频、快”施工，对防尘设施要求尽可能不拆卸且防尘效果好。为此，我们根据孔口护壁管规格和高压水喷嘴喷水除尘原理，研制了“外管+内滤管+上下密封环+外通水管”简便防尘装置：外管作ø194mm×6mm普管、长度300mm，内滤管用ø168mm×6mm普管、长度150mm（梅花型布置ø3mm通水孔128个、间距30mm×30mm），上下密封环用ø6mm钢筋与内外管焊接密封，外通水管用ø25mm钢管与外管焊接（图1、图2）。