地质下套管在四含宿径怎么处理
① 项目二 钻探原始地质编录
一、钻探地质编录的准备工作
1.技术准备
编录人员应熟悉矿区的基本地质特征，包括地层及分布状况、岩性组合特征、矿产种类及矿层（体）赋存状态、褶皱、断裂、矿带分布及特征、矿区岩矿层划分单元等，了解和熟练掌握原始编录的有关规定、程序、要求、方法等；并且，了解钻孔施工设计。
一般一台钻机安排一名编录人员。
2.编写钻孔设计书
编录人员应会同探矿人员，在矿区钻孔位置确定后，编写《钻孔设计书》。《钻孔设计书》应包括以下主要内容：
1）钻孔编号、设计孔深、钻孔方位（斜孔）、钻孔倾角；
2）岩矿层分层起止井深（由上至下）；
3）岩矿层分层柱状图、分层岩石名称、断层、破碎带井深；
4）各分层岩心、矿心、矿层顶底板岩心等的采取率要求（以矿区设计为准）；
5）孔深校正及要求（一般直孔每100m 校正一次，斜孔50m 校正一次，误差±1‰）；
6）钻孔结构及钻进方法等。
二、方法与要求
钻孔原始地质编录是对钻探取得的岩矿心（包括岩屑、岩粉）进行观察，并对观察过程及所揭示的地质现象进行真实、准确的记录。
钻孔开工后，地质编录人员在钻探现场的编录工作是：根据钻探班报表检查孔深、进尺和岩心。检查岩心的工作主要包括：①岩心的放置是否按岩心自然顺序正确放在岩心箱内；②岩心编号是否正确及岩心长度丈量是否准确；③核对岩心隔板上的数据。
1.岩（矿）心采取率计算
岩、矿心采取率是单位进尺的岩、矿心长度的百分数，即
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根据取心孔段的不同情况分为回次采取率和分层采取率。
（1）回次岩心采取率（k）计算
当无残留岩心时，
当有残留岩心时，
式中：m为回次岩心长度；M为回次进尺；S1为上回次残留岩心进尺；S2为本回次残留岩心进尺。
（2）分层岩心采取率计算
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分层岩心长度由统计各回次同一岩性的岩心长获得。分层进尺则是该分层底与顶的孔深之差。
2.换层深度计算
当无残留岩心时，换层深度：
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当有残留岩心时，换层深度：
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3.轴心夹角测量
轴心夹角是岩心轴与各种面（层面、断裂面、节理面、片理面等）的夹角。测量轴心夹角，是钻探编录的一项重要工作。测量到的轴心夹角是局部产状，对研究矿体构造很有用。测量轴心夹角有如下方法。
（1）测量法
测量法是采用量角器或测斜仪测量轴心夹角的。有些单位制作了岩心量角器，用岩心量角器测量较准确、方便。所谓岩心量角器如图5-1所示，绘在透明薄膜上。量轴心夹角时，将其包裹在岩心上，并使其下（上）端线重合成一直线，便能量得轴心夹角。
图5-1 岩心量角器及其操作示意图
（2）计算法
岩心是圆柱体，任意倾角的平面与其交切，得到的切面为椭圆。椭圆的长、短轴分别为d1和d2。轴心夹角是椭圆长轴d1与岩心轴的夹角α（图5-2），有
图5-2 计算法示意图
sinα＝d/d1
由于岩心直径长度d等于椭圆短轴长度d2，于是得
sinα＝d2/d1
α＝arcsin（d2/d1）（0＜α＜π）
4.填写钻孔野外记录表
钻孔野外记录表是最原始的钻孔编录资料。主要内容包括：各钻进回次的进尺及其岩矿心采取率、换层孔深、按分层记录的岩性及其采集标本的编号、岩石硬度等级、简易水文地质观测，主要有钻孔水位及耗水量的记录和钻进中发现的孔内情况，如泛水、漏水、掉块等的记录。
5.修改钻孔预想柱状图
修改钻孔预想柱状图是随钻探进行获得了新地质资料而修改钻孔地质设计的工作。地质编录人员应及时修改以便于更好地指导钻探施工。
6.检查孔深验证、孔斜测量、简易水文观测
按设计要求检查孔深验证、孔斜测量、简易水文观测等工作。
丈量钻具验证孔深的工作，应按一定深度及时进行，特别是在见到矿体和重要标志层和下套管前后。孔深允许误差为千分之一，误差小于此数可直接修正记录孔深；大于此数则应进行合理平差。
地质编录人员要注意检查钻孔施工是否根据设计要求及时地进行孔斜测量以及测量结果是否符合设计要求。如果孔斜超过了设计要求应及时采取纠斜的措施并在以后的施工中采取防斜措施。
简易水文观测的目的是获取划分含水层和相对隔水层的位置、厚度等资料，并初步了解含水层的水位。在钻孔地质设计中规定要进行简易水文观测的钻孔不能用泥浆钻进。钻探地质编录人员的主要任务是看钻探原始班报表中是否对简易水文观测的内容作全面、认真的填写；特别是所记录的静止水位是否真的是在水位静止时所做的记录。
7.封孔、立标
钻孔结钻后，根据各个矿区的具体情况，有的需要封孔。封孔前应提交封孔设计，明确封孔的孔段及其技术要求。封孔的质量要抽查。
施工结束后，在孔口的位置立标，标明钻孔的孔号及施工日期和单位。标志可以用混凝土或石材制作。
8.终孔验收和小结
对完工钻孔必须进行终孔验收。验收工作由施工单位、地质单位的技术人员和有关领导一起进行。同时还应作地质小结。其内容主要有：钻孔设计的目的和施工结果、钻孔质量评述、主要地质成果和对地质矿产的新认识、经验教训等。
三、钻孔地质编录步骤
钻孔编录工作，应随钻孔施工进度在钻探施工现场及时进行，在预计见矿井段，编录人员要跟踪指导，确保钻探质量。
（一）检查钻孔施工记录
在编录前，编录人员应详细检查钻探班报表，包括“孔深校正及弯曲度测量记录表”和“钻孔简易水文观测记录表”中记录的回次进尺、井深、有关水文观测数据等是否齐全、准确。
（二）检查整理岩矿心
在施工现场，将岩心箱依井深顺序排列。仔细检查岩心长度及编号是否正确，岩矿心摆放有无拉长现象，发现岩矿心顺序有颠倒的，应予以调整，发现破碎的岩矿心有人为拉长现象时，应恢复到正常长度后重新丈量，并通知机场当班记录员更正班报表。
（三）检查岩矿心样品签
确保岩矿心样品签的孔深、进尺、岩心长度、回次号等数据准确无误。
（四）岩矿心编号
将大于10cm的岩心及大于5cm的矿心编号，用红油漆（或防水符号笔）写在岩心或矿心上。岩心编号用代分数表示：分数前面的整数代表回次号，分母为本回次中有编号的岩心总块数，分子为本回次中第几块编号的岩心。
例：某孔中第5回次，有7块编号的岩心，其中第3块编号为
（五）岩矿心拍照
在检查、整理岩矿心后，应将每箱岩矿心依次用数码相机拍照存档。
（六）岩心编录步骤
1.分层丈量各回次不同岩性的岩心长度
尽可能对全孔或较长井段的岩矿心进行综合观察分析，按矿区厘定的分层标准进行岩矿心分层。例如：某钙芒硝矿区ZK402孔中，按不同的岩性、矿石类型划分出：第四系冲洪积层、紫红色泥质白云岩、紫红色白云质粉砂岩、中-细晶钙芒硝矿石、紫红色构造角砾岩、粗晶钙芒硝矿石、紫红色粉砂质黏土岩、紫红色白云质泥岩8种岩性的17个分层。
在第一分层结束后放入一个分层标签（见《固体矿产勘查原始地质编录规定》附录A14）或分层隔板，如遇分层界线刚好在某一段完整的岩心中时，则用钉锤或劈样机自分层处将岩心劈开后放入分层标签（图5-3）。
2.计算回次岩心采取率、换层深度、分层岩心采取率
（1）回次采取率计算
1）当同一岩性段内，连续五个回次的总进尺大于或等于该岩性段岩心总长度时，要计算五个回次平均采取率（“进尺”为本回次止孔深减上一回次止孔深，如本回次止孔深89.63m，上回次止孔深为85.24m，则本回次进尺为89.63－85.24＝4.39m）。
图5-3 完整岩心分层示意图
2）水文地质、工程地质以及矿层（包括含矿层、矿化蚀变带）及其顶板3～5m要求计算回次采取率，方法如下：
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（2）换层孔深计算
从一个分层变换为下一个分层时称为“换层”，换层时所处钻孔深度称为换层孔深。根据换层所处位置不同，分为回次内换层、回次间换层及空回次换层三种情况计算换层孔深。
1）某回次内换层时
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如图5-4所示，
图5-4 5回次内换层孔深计算示意图
2）2回次间换层时
换层孔深＝上回次止孔深，如图55所示，在5回次、6回次之间换层5回次无残留岩心时，换层孔深＝5回次终止孔深＝25m。第5回次有残留岩心时，换层孔深＝5回次终止孔深－5回次残留岩心长＝25－0.2＝24.8m。
3）空回次换层时
换层孔深＝上回次终止孔深＋空回次进尺的1/2
图5-5 两个回次间换层孔深计算示意图
也可根据上下层岩石的相对硬度、破碎情况确定合适比例（图5-6）。
图5-6 空回次中换层孔深计算示意图
（3）分层岩心采取率计算
分层厚度＝本分层底板的换层井深－前一分层底板的换层井深
如图5-7中7层厚度＝135.43－128＝7.43m。
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图5-7中7层采取率
图5-7 分层采取率计算图
分层计算结束后，将有关数据填入“钻孔原始地质记录表”的有关栏目中，同时将换层孔深填入“岩矿心分层标签”。
3.填表
（1）将钻井岩心获取的原始数据填入表中
由浅入深，依次将每一个回次的编号、起止孔深、岩心长度、残留岩心、进尺、采取率等记录于“钻孔回次记录表”的相应栏目内。其中，“止孔深”应为经过校正的孔深；“岩心长”应为经过编录人员检查、整理并认可的实际岩心长度。
（2）记录分层数据
按《固体矿产勘查原始地质编录规定》附录A11“钻孔原始地质记录表”的要求填写分层数据。
分层数据：对应于表中左侧的回次位置填写。如在第2回次中分层，则对应于2回次横格中填写序号，为本分层的顺序编号。
回次岩心长：为本分层所处回次内属该分层的岩心长度。如图5-8中第2分层底界在第7回次的
图5-8 回次岩心计算图
4.残留岩心的处理
残留岩心的长度一般以施工人员测量为准，当未进行残留岩心测量或残留岩心测量不准，使其岩心长度大于进尺时，残留岩心可按下面办法由编录人员进行处理（图5-9）。
图5-9 残留岩心处理图
1）在岩心完整时，以本回次岩心采取率为100%计，将超出部分推到上回次计算，如继续超出可继续上推，最多只能上推三个回次。
例：第9回次进尺4m，岩心长4.9m，大于该回次进尺0.9m的岩心作为残留向上推到第8回次（第9回次采取率现为100%）。
第8回次原进尺4.5m，岩心长4.2m，现加上第9回次上推的0.9m残留岩心，则岩心长为4.2＋0.9＝5.1m，超过进尺0.6m继续上推至第7回次，则第8回次采取率现为100%（该回次原采取率93%应更正为100%）。
第7回次原进尺4m，岩心长2.9m，采取率73%，现加第8回次上推的0.6m残留岩心，则岩心长为2.9＋0.6＝3.5m，采取率为88%，岩心长度小于进尺，无残留上推，至此，第9回次残留岩心处理完毕（第7回次原采取率73%，应更正为88%）。如残留岩心处理中，上推三个回次后继续超出，应寻找原因，再作处理。
2）如岩心破碎为砂状、粉状和不在同一岩性中钻进而用反循环采心工具采取的岩心，一般不准上推。
5.测量标志面与岩心轴夹角
岩心轴夹角是了解地层、矿层（体）、岩（矿）脉，地质构造的倾角，编制地质剖面图、计算地层和矿层（体）厚度的基础数据。通常用量角器法测量，步骤如下：
1）首先找出要测量的标志面在岩心上的总体方向，找出标志面在岩心上的最高与最低点。（可用红、蓝铅笔画一条线），如图5-10中AB；
2）将岩心柱面（图中CD）紧靠岩心隔板；
3）将量角器的零度边（图中ab）与标志面（AB）平行，同时将量角器的0点与标志面（AB）同岩心柱面（CD）的交点（0）重合；读出岩心柱面在量角器上的读数（70°）即为轴角（图5-10）。
图5-10 测量轴夹角示意图
6.分层地质描述
分层地质描述应在仔细观察岩矿心的基础上进行。主要观察岩矿心中的矿层（矿化层）及顶底板，矿化蚀变带、构造部位及分层界线等，并将观察到的地质现象、测量的数据等记录于“钻孔原始地质记录表”中。
（1）岩矿石定名
地质描述前，首先应给岩矿石定名。定名一般以一个分层为单位，名称应能反映出岩矿石的颜色、构造、结构、矿物成分及矿化等基本特征。定名时，要根据分层中岩矿石种类、主次及分布特点定名，有以下几种情况：
1）分层岩性基本上只有一种，可单一定名。
例：深灰色中粒条带状斜长辉石岩型稠密浸染状钒钛磁铁矿。
2）分层中出现两种以上岩石呈互层状产出，可复合定名。
例：深灰色中粒条带状斜长辉石岩型稠密浸染状钒钛磁铁矿与灰色中细粒流状辉长岩型稀疏浸染状钒钛磁铁矿互层。
3）分层中出现次要岩石夹层，复合定名。
例：深灰色中粒条带状斜长辉石岩型稠密浸染状钒钛磁铁矿夹（也可为“间夹”“偶夹”）灰色中细粒流状辉长岩型稀疏浸染状钒钛磁铁矿。
（2）观察及描述的主要内容
岩石特征 岩石颜色（原生及风化颜色）、构造（层状、片状、板状、流纹状、流状、条带状）、结构、矿物成分、风化特征（氧化带、混合带和原生带）及其他物理性质（光泽、断口、硬度、相对密度）等。
蚀变特征 蚀变岩石类型、蚀变带内蚀变矿物的变化、蚀变带与矿化或矿体的相互位置、空间关系等。
矿化特征 矿化的种类、矿石特征、矿层、矿层与顶底板接触关系、产状（测量矿层顶底板界面轴夹角，测量矿石原生构造的轴夹角等）等。
次生构造 断裂、褶皱、节理、劈理、破碎带的特征、类型、产状及后沉积作用构造，如结核、瘤块，裂隙充填形成的岩墙等。
古生物及遗迹化石 观察和收集古生物、古生物遗迹化石产出层位、化石种类及分布特征等。在观察岩心时，对一些有特殊意义的地质现象要做大比例尺素描图或照相、录像。
四、钻孔资料整理
1.文、图、实物资料整理
①对野外记录的数据、素描图上墨。②检查文字记录中，是否有错字、漏字，专业用语是否准确，修正其错误。③核实各种数据，计算、整理样品、标本，包括编号、登记、包装、填写送样单等。
2.编制钻孔柱状图
在资料整理的同时，根据编录的地质资料，包括岩性、分层、断层、矿化、蚀变、轴夹角、钻孔方位及倾角等，按比例尺绘制钻孔柱状图。
钻孔柱状图采用矿区统一图例。
比例尺各矿种要求不一，一般采用1∶100～1∶500。
若钻孔中某一岩性段过大时，可以采用压缩法绘图。即这一段的岩性花纹可不按实际孔深或厚度绘制，在岩性花纹中用两条断开线表示缩减，两条线之间为4cm。
钻孔柱状图按图5-11所示图式及内容制作。
文、图、实物资料整理完毕，编制钻孔柱状图之后，编制原始地质编录小结。
五、钻孔原始地质编录应提交的资料
1）音像记录表；
2）坑道、钻孔概况表；
3）孔深校正及弯曲度测量记录表；
4）钻孔原始地质记录表；
图5-11 压缩钻孔柱状图绘图法
5）钻孔采样登记表；
6）标本登记表；
7）鉴定及测试成果；
8）钻孔柱状图；
9）岩矿心音像记录载体；
10）钻孔原始地质编录小结；
11）钻孔质量验收报告；
12）孔位坐标定测成果。
② 深孔复杂地层护壁堵漏技术组合的优选研究
9.2.1 深孔护壁堵漏技术及其组合的优选思路
（1）护壁堵漏方法优选的重要性
为解决复杂地层钻孔护壁堵漏问题，我国钻探界几代人先后开展了艰辛的探索和研究，总结形成了一系列的护壁堵漏方法，积累了丰富的复杂地层治理经验，也研制出不少的新技术、新材料、新工艺。
纵观国内外复杂地层治理对策，在没有钻孔漏失存在时，主要护壁方法有泥浆护壁、固结护壁和套管隔离三大类；当孔内存在漏失层时，为防止泥浆漏失导致液柱压力下降而造成孔壁失稳，还需采取相关的堵漏措施。在生产实践中，针对某个具体、单一的孔内复杂问题，通常有不同的治理方法可供选择，而采用何种方法常常取决于个人的经验与爱好；当钻孔中出现多种不同特征的复杂地层时，客观上要求采用不同的护壁堵漏方法与措施的组合。
无论是采取单一的还是组合的复杂地层治理措施，要可靠、有效、低成本地解决遇到的技术难题，必须根据相关的工作程序和评价指标，深入、细致地进行技术工艺措施优化选择。钻孔越深，复杂地层钻进的难度也越大，更应重视护壁堵漏方法的优化问题。
（2）深孔复杂地层护壁堵漏原则
深孔复杂地层钻进，为防范卡（埋）钻、糊钻等孔内事故（表9.1）的发生，应遵循以下基本原则，确实做好护壁保壁工作：
表9.1 卡（埋）钻的类型与原因一览表
1）预防为主，防治结合；因地制宜，综合治理。
2）必须用泥浆作为冲洗液，及时使用，并切实用好。
3）水泥等固结护壁方法，原则在地层条件、孔内情况许可和后续工作可保证固结体稳固的情况下使用。
4）孔壁失稳与钻孔漏失伴随发生，原则应先处理钻孔漏失。尽量采用低密度低失水冲洗液钻进，发生微漏或将要遇到漏失层时在冲洗液中添加惰性材料等是预防钻孔漏失常用措施。
5）经济、合理的钻孔结构。
6）护壁工作必须有合理的钻进技术措施和操作工艺配合，如：控制提下钻速度、不在已知漏层位置开泵、控制钻进泵量、打捞内管与提钻时应随时向孔内回灌泥浆等。
（3）深孔护壁堵漏技术及其组合的优选思路与评价指标
深孔护壁堵漏技术及其组合的优选思路见“7.3.2研究工作方法”。一个好的技术工艺方案，最少必须满足二项基本条件：①能有效地解决遇到的实际难题；②应用成本低、综合效益好。要选择一个较佳的护壁堵漏方案，可从四个方面比较备选方案（表9.2）：
1）工艺措施：技术可行，操作简单；
2）应用效果：解决问题，结果可靠；
3）安全预期：隐患有限，风险可控；
4）综合费用：低。
表9.2 泥浆与套管护壁、材料堵漏与套管隔离的选择评价
9.2.2 护壁泥浆的优选
为保证复杂地层钻孔孔壁安全、钻进顺利，最基本、最有效的途径是及时选择、配制和使用适合地层特点的泥浆、时时维护好泥浆性能。
（1）泥浆优化选择要考虑的因素
1）地质条件：泥浆类型、泥浆性能应满足孔内复杂情况的要求；
2）施工情况及条件：设备状况、孔深、孔身结构、钻进方法（取心或全面、普通或绳取等钻进）等是泥浆流变性能参数设计的重要依据；
3）钻探要求：应确保安全钻进和提高机械钻速；
4）不同孔段泥浆转换：既要满足施工要求，又要避免泥浆浪费；
5）循环系统及固控设备状况；
6）地质及环保等其他要求。
（2）泥浆优化选择评价指标与要求
1）解决钻遇问题的有效性：能有效维护孔壁稳定，避免孔内复杂情况和事故的发生，确保钻进的安全和高效；
2）较好的适用性：应具有（或通过简单调整即可）维护同一钻孔中各复杂孔段孔壁稳定的性能，即能满足广谱性的要求；
3）泥浆性能应满足实际钻进工艺（绳索取心、液动锤等）要求，如：较低的固相含量、良好的流变性能、较强的清除孔底和携带岩屑能力、良好的润滑性能等；
4）使用与维护方便，成本低：配浆材料尽可能单一（泥浆组分尽量简单），使用维护简易方便；
5）无污染，无毒性；等等。
（3）泥浆优化选择方法
1）根据各复杂地层的特性，分层进行泥浆设计。
（a）初步选择泥浆类型：清水及自然造浆，细分散泥浆，不分散低固相聚合物泥浆（优质聚合物泥浆），粗分散泥浆，无固相泥浆（合成高聚物溶液、天然植物胶溶液、生物聚合物（XC）溶液、水玻璃-PHP溶液、润滑冲洗液等）。表9.3 所列是根据有关研究成果及实践经验，总结、归纳的各类不稳定地层钻探特征及其泥浆对策。
表9.3 主要复杂地层特征与泥浆对策表
（b）确定泥浆性能参数。①合理泥浆密度确定：以最小孔底压力等于地层压力为原则；②泥浆流变性能设计原则：保证携带岩屑和钻孔净化的能力；环空状态接近稳定状态，防止冲刷孔壁；尽可能降低粘度，有利于碎岩、清除岩屑，提高机械钻速；有利于降低环空压力，防止钻杆内壁结垢；具有低摩阻，即塑性粘度较低；③滤失量确定：应严格控制泥浆的滤失量；④泥饼质量；⑤pH值：一般为8～11；⑥固相含量：膨润土含量一般不超过5%等。
（c）优选泥浆材料及泥浆处理剂。参照《地质岩心钻探规程》“A.1 冲洗液化学处理剂”和相关泥浆处理剂的特性进行选择。
（d）进行体系配方试验，初步确定泥浆类型及配方。复杂地层有离子污染现象存在时，首先要进行水质和泥浆滤液的分析和测定，了解可溶盐的种类与含量，有针对性地采取措施。
2）按“泥浆优化选择评价指标与要求”，初步提出每一复杂地层的泥浆方案，最好有三个以上。
3）综合各复杂地层的泥浆方案，提出钻孔的主导泥浆类型、材料、配方等参数，并制定各复杂地层的泥浆使用对策。
9.2.3 堵漏方法与工艺的优选
钻孔漏失，复杂地层失去泥浆的有效支持作用，容易导致卡钻、埋钻，甚至钻杆折断等孔内事故，严重影响钻探工程质量与效率。针对钻遇漏失层的特征，科学、合理地选择并应用适应实际的最佳堵漏工艺技术方法，是降低钻探成本的基本途径之一。
（1）钻孔漏失的主要原因
钻孔漏失源于存在漏失通道和压差：
1）漏失的动力：泥浆液柱压力大于地层压力所形成的“压力差”作用。
2）漏失通道：“孔隙、粒径比”（地层孔隙直径与泥浆中大多数颗粒直径的比）等于或大于3时，就会发生冲洗液漏失，如易发生冲洗液漏失的地层：多孔隙、高渗透性、固结不良的地层（冲洪积层、氧化带、风化带、破碎带、错动带等）；洞穴、岩溶地层，坑道老窖、矿渣堆；天然裂隙（断层、节理等）等。
（2）堵漏技术工艺方法的评价指标
1）解决钻孔漏失问题的有效性：钻孔漏失量的减少程度，封堵漏失通道的可靠度等；
2）堵漏操作容易、劳动强度低；
3）堵漏综合费用（材料费、机具费、人工费等）低等。
（3）堵漏技术工艺方法的优化选择
思路：科学分析钻孔漏失的原因，正确选择堵漏工艺，合理选择、配制最佳的堵漏材料（堵剂），制定相应的技术措施。
基本程序和方法：
1）详细、准确了解和掌握漏失地层的情况。
（a）搞清楚发生漏失时的情况：何工作（时间）、何地层、何泥浆；钻速变化情况（在大裂隙中钻速会突然加快）；岩屑大小（岩屑颗粒大小可间接反映漏失通道尺寸的大小，如果漏失通道的尺寸大于岩屑的尺寸，泥浆中就不会含有岩屑）；泵压变化以及孔口返浆状态等。
（b）了解钻孔附近地质情况：露头处存在的断层、裂隙等状况，邻孔钻进漏失情况。
（c）综合判断漏失层位的特性和漏失量：漏失层取出的岩心情况（深度、裂隙大小、破碎程度等），判断是否存在松散、孔隙、裂隙、溶洞或节理发育等漏失通道；漏失深度，漏失层厚度，漏失量（漏失总量，每小时漏失量）等。
（d）孔内液面深度（孔内动水位和静水位）：钻具全部提出后，观测钻杆湿痕计算水位或用测绳测量孔内水位。
（e）有条件时，采用物探仪器（井温测试、示踪原子测量、电阻测量、超声波测量）或专用测漏仪（压力传感器、旋转叶片式流量计）判断漏失层位置，并通过孔内摄影了解岩石裂隙位置、溶洞大小等。
2）认真分析确定漏失性质与特征、漏失层位置、漏失层长度等情况的基础上，选择有效的堵漏技术和方法。初选提出的堵漏方案，最好有三个以上。
按堵漏体在孔内和封堵漏失通道的特征，堵漏方法可分为几大类：
（a）泥浆护壁及压力平衡钻进法：利用冲洗液密度的调整来平衡地层压力的漏失层防治措施，一般没有采用封堵漏失通道的材料。主要措施是降低泥浆密度。
（b）建立止流屏障法：套管隔离，大型尼龙袋，复合堵漏袋等。
（c）充填固结法：水泥或化学浆液堵漏材料进入漏失层的裂隙、孔隙、孔洞中并凝结固化，最终封闭漏失通道。
充填固结法（如灌注的水泥浆）为了有效封堵漏失层中的裂隙、孔隙等钻孔与地层之间的漏失通道，必须在预定深度范围内形成具有一定半径、较高强度的阻水带。其实现条件是：①应采取有效措施使浆液进入、渗透或挤入裂隙、孔隙等通道一定的距离并填充密实，如对裂隙、孔隙小的漏失层采用封闭式压力注浆。②应使浆液能在漏失层的裂隙、孔隙中停留和不被地下水稀释。如裂隙、孔隙大漏失层的治理对策：采用平衡或增阻（增加浆液流动阻力）灌浆，在浆液中掺入砂、惰性材料、纤维材料等使漏失通道由大变小、由小变微，有地下径流存在时采用速凝浆液等。③浆液经一定的时间后，能与裂隙、孔隙等漏失通道围岩胶结成具有一定强度、稳定性好的整体。
无法用泵送的堵漏材料浆液，可采用绳索取心钻杆为灌注工具：堵漏浆液倒入钻杆内后，再用泵压送替浆水。投送水泥球一般采用绳索取心钻杆。
（d）架桥填塞法：堵漏材料（惰性材料、膨胀堵剂、高失水堵剂等）进入、填充漏失层的裂隙、孔隙、孔洞等，使漏失通道减小、流动阻力增加。
架桥填塞法堵漏其实是“大颗粒架桥、小颗粒填缝、泥皮封塞”的过程，要求堵漏材料“塞得进、填得实、封得密”。因此，架桥材料要具有广泛的颗粒尺寸，并采用各种不同材料（纤维状、薄片状、颗粒状）的混合料以增加堵漏效果。架桥材料堵漏试验表明：在低压差条件下，纤维状、薄片状用于堵高渗层效果好；在高压差条件下，用粒状材料封堵裂隙比用纤维状和薄片状材料要好。
（e）顶漏钻进法：如果地层完整（孔内只漏不坍），在水源充足情况下可“顶漏”钻进。在钻孔漏失且水位很低情况下顶漏钻进法，可采取在水位以上干孔段的钻杆上涂抹润滑油（脂）、在能够正常循环的冲洗液中添加皂化油或其他润滑剂的方法，解决钻具润滑减阻问题。
在堵漏对策的选择上，不必过多关注漏失量的大小，关键要注意漏失层的地层特征及地下径流情况。表9.4所列是根据有关研究成果及实践经验，总结、归纳的钻孔漏失类型与治理对策及技术措施。
3）按“堵漏技术工艺方法的评价指标”对初选的堵漏方案进行评价、优选，确定最佳的方案，并制定相应的堵漏技术措施。
表9.4 钻孔漏失类型与治理对策及技术措施
9.2.4 套管护壁技术
钻孔结构的设计就是根据地层条件、钻孔设计深度、钻进方法、护壁措施及设备能力等因素，合理确定与钻进工艺技术方法相适应的开孔直径、换径次数及其相应深度，并确定套管的规格、数量、下入深度和程序。
（1）套管护壁的主要优缺点
钻遇复杂地层时，如能采用快速钻进技术措施穿过复杂地层，然后下入套管护壁，也就基本上能防止该复杂地层对钻进安全的危害。在钻孔深度较深，且复杂地层厚度大或呈多层出现时，钻孔结构和套管程序比较复杂：往往需要多次换径，下入多层套管；设计终孔孔径较大时，往往需要较大的开孔直径等。
（2）套管选择应注意的主要事项
1）在满足钻孔套管层级和一系列工艺要求的前提下，尽可能降低套管使用成本；
2）在具体分析各层套管的内、外荷载的基础上，选择满足安全钻探需要的套管（直径、扣型、钢级、壁厚、长度），并保证套管的尺寸、材质满足深孔护壁和特殊工艺需要；
3）隔离溶洞的套管段（长度比溶洞高度要长2～4m），应有足够的强度、刚度和稳定性；
4）周全考虑套管的起拔难度和套管事故的处理方法。
（3）套管安放的技术要点
1）下套管前的准备：①清除孔内的残留岩心、沉砂，采取措施修整孔壁、破除台肩，并将泥浆性能调整稳定；②检查套管质量，管材应符合标准，用钻头或套管接头通过准备下入孔内的全部套管；③检查要下入孔内套管的接头螺纹；④准确丈量每根套管长度，编号排队，并记录在班报表上；⑤准备齐全下套管的工具。
2）为保护孔口稳定，应牢固埋设孔口管。
3）下套管：①套管下端应安装套管鞋和木引鞋；②仔细检查套管丝扣的完好性和拧紧程度，保证接头光滑、对正；③拧接套管时，丝扣连接处应用粘结剂（如松香、沥青或环氧树脂）粘牢、拧紧；④拧卸套管禁用管钳，应用链钳或自由钳；⑤在地层破碎、松散孔段，应严格控制下管速度；⑥根据孔径与套管的级配情况，考虑套管扶正器的尺寸及设置位置，提高套管的居中度；⑦套管外部要涂油（黄油或废机油）。
4）保证套管坐稳坐实：①套管底部的岩层，应选择较硬的或较完整的层位；②清理孔底，确保套管到位（下管隔离断层破碎带时，如孔内有的坍塌物不便清除，一般可先在孔口对套管进行固定，再采用小一级口径钻进一段，然后提出钻具活动套管，使套管外的坍塌物掉入小孔内）；③套管下端用水泥或粘土封固2m左右，防止套管端部漏失；④套管与孔壁之间应灌满泥浆；⑤套管上端管口要严密封闭（一般采用环形钢板与孔口管焊接，也可采用麻布、毛巾等缠绕密塞措施，防止钻渣沉积在管外增加拔管阻力）。
5）作为技术套管使用的套管，如需保证多孔段护壁的套管或未遇可坐落的岩层仅作本孔段上部护壁的套管，可先下入一满足护壁长度的套管并采用孔口固定，换小一级钻具钻进至目标层或比较稳定的岩层后，拔出套管，扩孔重新下入套管。
6）减少深孔套管的外力作用措施：①下套管时，在套管下端堵一木塞或连接一浮套管鞋，可以增加泥浆对套管的浮力，减少下入套管过程中上段套管的负荷；②在孔口用夹持器夹住套管上端，减轻下段所受压力；③减少套管起拔阻力。下套管时，在套管外壁上进行润滑，如：在套管外壁涂抹黄油类润滑剂并在润滑层外缠绕一层PVC塑料薄膜，薄膜外再涂一层黄油。
9.2.5 深孔护壁堵漏技术组合的优选程序与方法
在地质条件复杂的矿区进行深孔钻探，施工前应做好护壁堵漏技术组合的优化设计，即：根据钻孔深度与直径、地层与构造（岩层倾角、软硬程度、节理裂隙发育程度、破碎程度等）、水文地质等情况，以及地形地貌、交通运输、水电供给、技术装备、钻探经验等条件，以优化的理念，在分层制定各复杂地层护壁堵漏措施的基础上，综合确定钻孔最佳的护壁堵漏技术组合（含科学合理的钻孔结构），以期取得好的地质效果与经济效益。
（1）确定须护壁堵漏的复杂地层孔段及其对策
结合钻探技术条件与经验，按表9.5所列项目由浅到深制定各复杂地层的护壁堵漏对策与方案：
表9.5 钻孔分层护壁措施分析表
1）没有钻孔漏失情况下，优先考虑泥浆护壁（参见“9.2.2 护壁泥浆的优选”）。钻遇松散、破碎、易水化分散等软弱复杂层发生孔壁垮塌超径时，采用固结法护壁，推荐应用高压旋喷法灌注水泥浆（见“9.3高压旋喷水泥浆护壁技术的研究与应用”）。
2）钻孔漏失影响泥浆护壁的实现或造成无法正常钻进时，应按“9.2.3堵漏方法与工艺的优选”选择对策处理。
3）如果可能发生冲洗液的流动阻力大于地层的破裂压力而造成压裂性漏失，宜考虑加大钻孔直径。
（2）初步确定采用套管隔离护壁或堵漏的孔段
依据钻孔地质条件、拟采用的钻进工艺等，在钻遇目前护壁堵漏技术无法或难以解决的孔内复杂问题，初步确定需采用套管护壁的孔段：
1）特别复杂的不稳定地层，如遇溶洞、老窿、暗河及承压水气地层等，在冲洗液护壁不能奏效、水泥很难固壁时应下套管护壁。
2）泥浆不能有效护壁、水泥很难固壁的地层，往往需考虑套管隔离。
3）无法有效封堵的漏失地层，若出现冲洗液供应不上、泥浆消耗成本大、上部复杂地层垮塌等情况，也需考虑套管隔离。
4）后续钻进过程中无法使用泥浆维护孔壁稳定的孔段，一般应下套管隔离。
（3）套管隔离孔段组合
在钻孔深、直径大，且复杂地层厚或多个不同特性地层出现时，如果遇到、钻穿一段或一个复杂地层即下入套管隔离，不仅需要较多种类和数量的套管，而且需要较大的开孔直径。因此，应根据各孔段的情况，配合相应护壁堵漏措施，进行套管隔离孔段组合。组合方法：
1）跟管钻进。遇到不稳定和漏失层时，下入护壁套管，然后用小一级钻具在套管内向下钻进一段锤击跟管一段。随着钻孔深度和钻孔直径的增大，实施难度随之增大，甚至无法实施。
2）临时套管护壁——技术套管应用。①在钻孔上部固定套管内下一层活动的、可回收的技术套管。②采用较小的直径（能获得最佳技术经济指标的直径）进行“超前孔”钻进。③钻遇复杂地层必须下套管护孔时，将活动套管拔出，然后扩孔、下套管、固管。
此法在孔深较大时应用，套管起拔和下入都会很困难，并容易引发孔内套管事故。
3）强化护壁堵漏工艺措施，延长每一层套管隔离复杂地层的长度和层次。
（4）护壁堵漏技术组合优化
按安全经济要求，通过进一步优化钻孔结构，实现套管隔离与泥浆、堵漏等护壁保壁工艺措施的最佳组合。主要程序与方法如下：
1）优化钻孔结构与套管程序。套管隔离对解决孔内漏失或复杂状况，是最有效、最可靠的一种方法，它具有工艺简单、见效快、效果好、适用范围广等诸多优点。但深孔钻探大量使用套管护壁不仅存在劳动强度大、下入和起拔费工费时、材料成本高等问题，如果遇到、钻穿一个复杂地层即下入套管隔离，不仅需要较多种类和数量的套管，而且需要较大的开孔直径。优化钻孔结构的安全、经济原则：
（a）在满足地质、取心、测井要求的前提下，孔径要尽量小；
（b）孔身结构在确保钻进安全、顺利进行的前提下应尽量简单；
（c）套管程序要留有余地，以应对复杂情况；
（d）周全考虑套管的安放与起拔难度，在具体分析各层套管的内、外荷载与强度校验的基础上，选择满足强度、刚度和稳定性等安全钻探需要的、国内常见规格系列的套管。
按以上原则，确定套管的层次以及各级套管的直径、扣型、钢级、壁厚、隔离孔段长度等。
2）确定各级套管隔离的孔段中，各复杂地层钻进时和钻穿后所需采取的护壁堵漏措施。
3）综合比较不同的套管隔离程序及其相应的护壁堵漏措施组合，确定最佳的方案（表9.6），并细化具体的工艺措施。套管方案决策原则：自下而上，安全经济。
表9.6 钻孔结构优化设计决策分析表
9.2.6 马坑铁矿护壁堵漏技术组合优化成果
由于福建铁矿区岩性复杂、岩相变化大、断裂与褶皱十分发育等原因，深孔钻探护壁是关键。经过多个钻孔的试验实践，研究制定了“优质泥浆+有效堵漏、旋喷水泥浆固结、多层次套管等复合护壁”技术。该技术作为马坑铁矿深孔钻探护壁原则与工艺要点（表9.7），有效保证了钻进的顺利进行。
表9.7 石岩坑铁矿地层与护壁堵漏对策选择表
9.2.7 深孔护壁堵漏技术及其组合的优选研究体会
护壁堵漏是矿区复杂地层条件下深孔钻探的关键性技术难题。能否快速、有效地解决这一难题，不仅反映一支钻探队伍的技术水平，也直接关系到地质找矿成果的实现和效益。针对矿区、钻孔、孔段的复杂地层开展护壁堵漏技术组合优化，在综合考虑众多制约和影响的因素基础上，探寻提高护壁堵漏有效性、经济性的最佳技术工艺方法组合，具有十分重要的现实意义。为此，必须加强三方面工作：①熟练掌握各种护壁堵漏方法、工艺和措施，持续开展技术创新；②不断积累护壁堵漏及其相关钻探工作的实际成本数据；③认真总结不同复杂地层条件下的护壁堵漏成果，并进行技术经济评价。
③ 三门峡～吋大口径供水孔钻进技术总结
黄河三门峡地质勘探总队
为了解决三门峡水利枢纽施工及居民区的用水问题，我们于1955年第四季度开始，在此地区内进行了水文地质勘探，找到水源后于1957～1958年两年又钻进了9个大口径的供水孔，以满足用水的需要。
供水勘探孔唯一显著的特征是口径大，当时并没有巨型钻机，因此，如何利用KAM-500型钻机，完成钻10～14吋大口径钻孔的任务，是当时生产中的一个主要关键，总队党委对此亲自做了布置，号召同志们解放思想，打破保守，同时要求工地一定要做到及时总结，交流经验，并要注重推广工作。同志们依着党委的指示，努力钻研，大胆创造，克服了很多困难，终于正确地掌握了施工方法，摸索出一些利用500型钻机钻大孔的施工经验，1958年施工又丰富与发展了这些经验，效率较前提高了两倍，替以后一米大口径钻孔奠定了思想基础。
一、基岩中大口径(10～14吋)钻孔的钻进工作
(一)钻孔结构及钻进方法的选择
1.根据勘探的目的与要求来确定钻孔结构，如果单纯是供水生产孔其结构即可简单，如果既做供水生产井用，又要了解不同地层的水文地质情况，两者相兼的供水勘探孔，因要进行分层封孔止水工作，故钻孔结构即须复杂，并促使开孔口径增大，例如373号供水勘探孔即是如此，致使开口口径定为ϕ14″(376mm)。
2.钻进方法的选择：闪长玢岩中使用铁砂或钢粒钻进，煤系中用硬质合金钻头钻进，而在石灰岩中多用铁砂钻进，用合金钻头钻进也可，因成本较高，故少用之。
(二)钻进所用的设备
1.KAM-500型钻机一台。
2.水泵选用200/40型水泵，闪长玢岩中漏水性不大，故在其中钻进，有一台水泵即够用，在漏水大的岩层中钻进时，有时需同时用两台水泵。
3.动力机：用匈式双缸重式25匹马力柴油机和旅大造20 匹马力柴油机分别带动钻机和水泵，1957年三门峡地区供电后，即改用电动机，既方便经济又节省人力。
4.钻具
(1)钻杆：使用50mm钻杆，两端墩厚，车外扣，特制碗形锁接头连接钻杆。其优点为：1)接头内径大，供水充足；2)易于接卸，节省时间；3)可用垫叉卸钻杆，既节省了工具又可使钻杆不再被管钳掏磨，增长了钻杆使用期限。
(2)碾砂钻头(图1)：是用钢管制成，内外各加焊一层3mm厚的铁板，为的是使钻头外径较岩心管外径大一些，钻进时不易卡钻，内径较岩心管内径小一些，钻出的岩心细，不会憋水。
(3)合金钻头(图2)：在煤系岩层和质软的石灰岩中，可使用硬质合金钻头，我们采用了单双粒镶法，并吸取了楚库洛夫型钻头的理论，经使用结果，效果很好，节省了合金数目，效率并未降低。
图1
图2
(4)岩心管：用粗径钢管制成，为防止钻孔偏斜，在岩心管上每隔2～3m，也可加焊一个3mm厚铁板箍圈(或不是整圈，而由6～8块长方形铁板围组而成也可)(图3)。
图3
图4
(5)取粉管的装置：大口径钻具也应使用取粉管，以防止掉块，发生卡钻事故，同时也可带出锥粉，有利钻进，取粉管的连接最好是用丝扣连接或是利用导向装置将其稳定于钻杆上也可(图4)。
(6)岩心管接头(图5)：也是用同级钢管制做，应注意坚牢，防止脱落。
图5
(7)钻具相互之间均以方扣相连，为的是接卸方便，具体规格见“钻具制造与机械修配技术总结”。规格统一，便于应用。
(三)保证钻孔垂直的几项主要措施
依照规范来讲，用500型钻机，钻进10 吋以上口径的大孔，是超过规定的，但由于我们钻孔保证了垂直，运转起来即轻快得多，钻进工作也就能顺利进行，具体注意事项如下：
1.镶孔壁管要直，表层若是堆石层或风化岩石时，在上部可采用开挖的方法，开挖一定深度后，镶入井壁管。ϕ12″钻具钻进，应镶ϕ14″钢管，ϕ14″钻具钻进，因没有更大的钢管，故只可镶入木套管或是浇注混凝土作为井壁管。总之不论用什么作为井壁管，均要求其垂直不偏，这样才能保证钻孔开孔直，以后也容易保证垂直。
2.使用长钻具，钻头岩心管与锥粉管总长度应为6～8m，别怕钻具重，钻机带不动，只要是孔直，钻进仍然轻松，并不费劲，钻具也不易折断，使用长钻具是保证孔直的一个很重要的措施，一定要做到。
图6
3.使用导向器，钻进10m，即应加用导向器(图6)，每一根钻杆或两根钻杆使用一个，其主要功用可保证孔直，又能预防钻杆磨损与折断。
4.加用钻铤，为避免钻杆过度扭甩和防止因过大加压后，引起钻孔歪斜，所以尽量少加压力，而以钻具自重钻进为宜，如使用木制导向器，在水中有浮力，这就更需要钻具自身有一定重量，所以应该使用加重钻杆或是钻铤。
5.立轴与井壁中心要对正，在钻进中须经常注意找正。500型钻机用ϕ12″或ϕ14″钻具时，钻具过粗，起下钻具时，横轴箱部分有阻碍，不能垂直上下起落，所以开口部分应要大一些，好让钻具顺利下落和起出。
6.其他
(1)基础应坚实，安装机械要稳牢。
(2)使用钢粒钻进。
(3)转速与水量要适当。
(四)采取和打捞岩心
大口径钻进，岩心的直径大，不易折断，最好是靠其天然裂断面提取较为方便，每次钻进后，尽量将此段岩心取出，否则将给下次钻进带来困难，钻具不易到底，具体办法如下：
1.在坚硬完整岩层中钻进时，凭借给进把的感觉及观察钻进具体情况，觉得岩心已断时，不管进尺多少，即应下卡料，提出岩心，而后再行钻进，若岩心总也没断，最好是多钻些，超过2～3m，再下卡料，卡住扭断提升，因为岩心长易断，否则卡料也卡住了，扭也扭不断，反而造成了事故，增加麻烦。
2.在坚硬完整的岩层中，若岩心实在不易扭断时，可采用冲击钻冲碎岩心，而后捞出的办法。我们在闪长玢岩中钻ϕ14″口径的钻孔时，即采用过ϕ12″的十字钻头(重约1 t左右)冲击的办法，每次可冲碎岩心长度50cm左右，将岩粉捞出后，再次冲击，这个方法的缺点是拿不出岩样，费时也较长，但在困难中确是有效而安全的办法。
3.岩石比较破碎，有时会发生“研磨”情况(即岩心堵塞在钻头中不再进尺)，应立即起钻，岩心可全部拿出。
4.岩层很破碎，有时需要进行打捞，可用弹簧钻头捞取，弹簧钻头是在钻头内镶好弹簧片或钢绳，用以卡取岩心，弹簧片可以用废岩心管制作，淬火后锤炼而成，柔韧而有力，ϕ10″钻头镶8～10片，ϕ12″钻头镶10～12片即可。
5.岩心卡住后，提升钻具要平稳，缓慢上升，不使钻具受震，防止岩心脱落，影响钻进。
(五)技术操作中的几个问题
1.立轴回转数，若依每秒一米的线速度来计算，则10″、12″钻头的转数均应小于80转/分，这样效率极低，根据操作经验证明，8～10″钻具钻进，立轴回转数约为120～150转/分，12″～14″钻具钻进，立轴回转数约为100～120 转/分，钻头线速度约为1.7～2m/s，较小口径钻头速度要快。
2.轴心压力：钻头大，工作底面积大，所需压力也大。以单位面积10kg/cm2计算，则10″钻具需压力860kg，14″钻具需压力1120kg。若钻具自重不够时，可考虑加用钻铤，钻孔深了有时还需利用平衡器减压，操作中应适当地掌握轴心压力，以利进尺。利用500型钻机进行大口径钻孔时，若采用铁砂钻进，则轴心压力约为8～12kg/cm2即可，太大了，钻机带动也费劲。
3.用水量：大口径钻进用水量要多一些，在完整岩层中钻进时，用水量约为70～90L/min，14″钻具钻进用水量约为100～180L/min，所以一台200/40型水泵即够用，但岩层破碎或有大溶洞，钻孔内漏水量大时，需水量也大，常常大于200L/min，所以需用两台水泵供水。
4.水口问题：水口不能过长或过宽，它的形状、大小对冲洗液流速及岩粉沉淀影响很大，10″以上的钻具，可以割2个水口，出水均匀，不仅可以提高钻进效率，预防钻杆折断，而且也利于开钻起动。
5.投砂方法：采用一次投砂与零星给砂相结合的办法，先一次投入较多量的铁砂。闪长玢岩中14″钻具钻进，一次投砂约为12～14kg，12″钻具钻进投砂约为10～12kg，均可进尺1m左右。5度石灰岩中钻进，8″钻具每次约投入8～10kg，10″钻具每次投入10～12kg，可进尺1～1.5m左右。当钻进很正常，但孔内含砂不多时，可再零星给些铁砂，钻进一些再起钻，要注意孔内砂量不宜过多，一般以不超过0.5m为宜。
(六)工作中的体会
1.大口径钻进中，保证钻孔垂直是最主要的关键，要经常观测，歪斜若超过规定，立即纠正。一般规定在开孔钻进5～10m后，即应观测一次，以后每进尺10～20m再行观测。事实证明，若是钻孔垂直，则利用500型钻机钻进8～14″钻孔，完全是可以的。
2.加强检查工作。口径粗，扭力大，所以在每次下钻前对钻具的检查极为重要，尤其是对丝扣部分，更应加强检查，防止事故，不合规格的钻具，严禁使用。
3.使用三套钻具。一、二套作为钻进用，另一套专为打捞岩心用。
4.水泵要好用，压力及排水量要大。因钻具粗，钻孔大，流速慢，故一般岩粉多由锥粉管取出，水泵应保持一定的压力与水量，随钻进随将孔底岩粉冲上，利于钻进。
5.ϕ50钻杆特制碗形锁接头连接既坚牢又好用，应该推广使用。
6.钻具总长度为6～8m，这是保证孔直的一个主要措施。
二、10吋供水孔的泥浆钻进
(一)一般情况
1.会兴地区地层情况，表层是黄土，在施工区域内，表层黄土厚度为10～25m。下面是卵石层，厚度为12～20m，卵石直径最大的达80cm。而后即是砂层，砂粘、粘砂和粘土等相互交错。其中在“三门系”砂层中含有丰富的地下水源。
2.供水生产开采用ATH-8型深井泵抽水，所以需要下入8″铁管做过滤管，为此要求最终孔径应大一些。
3.钻孔深度为30～100m。
4.钻孔结构：
(1)表面土层开挖，在一般情况下，挖穿卵石层为止。采用双挂钓支撑维护井壁。
(2)开挖至32m，仍未挖穿卵石层时，停止开挖，改为钻进。
(3)用10″钻具加镶肋骨钻进，直钻到孔底，可保持孔径为290mm。
5.采用设备：500型钻机、水泵各一台，中间架一个，电动机一个，12m高木制钻塔一个，泥浆搅拌机一台(附带动力机)，另外选用50mm钻杆，并以特制碗形锁接头相连。
6.为保证钻孔垂直，便于顺利下放过滤管起见，规定钻具长度为6～8m。
7.采用泥浆钻进。
8.开动两部钻机同时工作。
(二)泥浆的配制与检查
1.每台钻机备有泥浆搅拌机一台，容量为0.6m3左右，每分钟约为60转。
2.采用会兴镇“三门系”的灰绿色粘土作为原料，搅拌时间为1.5～2小时。
3.配制与使用泥浆的技术标准：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
4.勤检查泥浆质量，勤测定，不合规格的泥浆，禁止使用，应另换新浆。
5.如果地层变换了，欲使用稠度较稀的泥浆时，应该使用搅拌机搅拌稀浆逐渐调换，不可在泥浆箱中加水变稀，也不得使用清水代替泥浆送入孔内。
6.如果在卵石层钻穿后，没下套管保护孔壁，则在以后钻进中应特别掌握泥浆的稠度及比重，不能太稀，虽对进尺有些影响，也应维持适当的稠度与比重，为的是保护孔壁，防止坍塌。
7.粘土在搅拌前，先用水湿泡2～3天，以利搅拌均匀。
(三)开孔工作
1.挖卵石层而到砂层时(图7)
图7
(1)在试坑底部挖一小凹坑，深约 1～1.5m，将ϕ12″套管一根根地连好，下入凹坑中。
(2)套管放入后，要仔细找正，使其垂直，而后用木段、木方将套管在坑内固定，并使套管仅能上下运动，不能左右推动。
(3)用6～8m的ϕ10″钻具，下入套管中，试其是否能顺利到底，并且回转无阻。若发现ϕ12″套管弯曲，长钻具下不到底时，应即纠正。
(4)用吊锤轻轻敲打ϕ12″管，并在套管内部用钻具捞砂钻进，使ϕ12″套管进入砂层中2m左右。
(5)用粘土将凹坑填平，分层夯实，尤其是粘土与管壁及凹坑壁接合处必须夯紧。
(6)凹坑填平后，在试坑底部再回填粘土及黄土，分层夯实，其厚度约为2～2.5m。
(7)向ϕ12″套管内注入泥浆，泥浆不漏可以循环了，即可正式开钻。
2.若挖到32m仍为卵石层时，只可将ϕ12″套管座在卵石层上了。以后施工步骤与前同，仅是挖小凹坑要深一些，放入套管后，凹坑底部可先用水泥封住，上部再回填黄土粘土，分层夯实，回填厚度可深一些，防止泥浆漏出。
3.封管工作很重要，应仔细小心去做，防止漏浆返工。
4.若卵石层疏松，上下串浆时，有时须将卵石层部分全部回填夯实，方可将浆止住，不再外冒。
(四)各种地层中的钻进
1.砂层中钻进
(1)使用肋骨合金钻头(图8)。ϕ10″钻头割成8个锯齿，齿深50～60mm，其上镶5×5×10或7×7×13块状合金，合金外出刃2.5～3mm，内出刃3～3.5mm，或可更多一些，以消灭岩柱，肋骨厚度10mm，高50mm，宽20mm，约略呈斜形，镶在锯齿上，距钻头底边2cm左右，肋骨下端，加镶合金，防止很快地将肋骨磨损成沟。
图8
(2)操作时约略下压，运转中不要上下提动，下进一拍子后，可稍提升一次，为的是使冲洗液大力冲洗一下，将井内砂粒携出孔外。
(3)砂层中进尺快，注意钻机能拉转，有进尺即可，不要加太大的压力。
(4)水量要大，转速约为120～140转/分。平均效率为7～9米/班。
2.粘土、砂质粘土层中钻进
(1)钻头与砂层用的钻头相同，除硬合金已镶内出刃外，还可在锯齿边上，割一小斜口，向内打弯，扩大内出刃范围，有利钻进。
(2)操作中要轻压快转，每钻进10～15cm，提升钻具一次，距离不超过5cm，同时要开大水门，使泥浆冲洗孔底一次。
(3)粘土层中钻进，泥浆要稀，甚至可以使用清水，但因要维护卵石层和砂层的孔壁，所以泥浆也不能太稀，这样就影响进尺效率了。
(4)同样的是压力不可以太大，不要上下常提动，水量要大，转速120 转/分左右即可。
3.砾石层中钻进
图9
图10
(1)钻头割成的锯齿要大(即水口小)(图9)。合金内外出刃要小一些，肋骨底部与钻头底部相齐，肋骨上加镶合金。
(2)小的卵石层可用合金钻进，遇有超过钻头直径的大块孤石时，应采用铁砂钻进，铁砂由钻杆内下投。钻头所用的肋骨要大、要多(图10)。或是使用基岩钻粒钻进中所用的钻头形式，在钻头外面加焊一圈10mm厚的铁板，用以保持钻孔口径，在钻穿孤石后，原用的锯齿肋骨钻头可以顺利下去，继续钻进，不再扩孔，若所用肋骨小，磨损多，即使将孤石钻穿后，口径也小，常需再行扩孔后，原有钻具才能下去，这样既不经济，又影响效率。
(3)砾石层中钻进时，也不要上下常提动钻具，每钻进一段后，应将卵石捞尽，而后再行钻进。
(4)在卵石层钻进时，即采用弹簧钻头，在钻头内镶有弹簧片或镶钢绳，边钻进，边将卵石拿出。若没有拿尽时，在钻完一段后，应专下打捞钻头捞取。
(5)卵石层中钻进，应用慢速，约为80～100转/分。
(6)小径卵石易钻，进尺效率高。直径大又纯为卵石层者，进尺效率低。
(7)钻进中注意泥浆稠度，不应低于24秒，以防止孔壁坍塌。
(五)钻孔后的清洗工作
为不影响水文地质观测条件，在钻孔结束后，要大力进行清洗工作。
1.当钻孔竣工后，用长钻具自上而下再清扫一次，通行无阻，即可下入8″过滤管。
2.下完过滤管后，用提筒提取过滤管内的泥浆，提抽至一定程度时砂层即行坍塌，地下水涌入管内，管内水位不再下降时，停止。
图11
3.再下冲洗器(图11)，用水泵送水自上而下，自下而上逐段地，反复地上下冲洗，将过滤网上的泥浆冲洗干净。冲洗器是用ϕ146mm的岩心管做成，长约1～1.5m，四周钻有一二百个ϕ2～3mm的小孔，作为喷水之用。
4.冲洗完毕后，下入扬水管及风管，先利用空气压缩机抽水洗孔2～3天，将过滤管内的泥浆及细砂等抽出，防止损坏深井泵。用空气抽水洗孔，因埋藏深度限制，出水量小，仅为3～4L/s。
5.因此，最后仍需下入深井泵抽水洗孔，水量大，能达到8～10L/s，加速洗孔效率，至抽出的水完全清净时止。在一般情况下，空气抽水与深井泵抽水洗孔总计约6～8日。
6.洗孔结束后，即可开始正式抽水试验。做一次降低或三次降低。
(六)采取岩样
地质要求，每两米需取岩样一个，利用小径钻具(ϕ127mm)采取岩样。
1.粘土层中用勺形钻采取土样。
2.砂层中可用勺形钻或锯齿合金钻头干钻捞取。
3.砾石层中可用弹簧钻头捞取。
4.凭借给进把感觉、进尺快慢及钻进情况，很易分清地层情况，要详细记在记录上，作为校对地层资料的参考。
5.在钻进中，采用“先取样，后进尺”的办法，取完样后，即钻进，不再注意岩心。
(七)事故的预防
1.在钻场设置能起重3～5 t的绞磨和双滑车。如因故停钻或发生卡钻时，立即用之提升。
2.钻机因故停钻时，需立即提升钻具，不超过1～2小时，可提升15～20m，如超过两小时，需将钻具提出孔外，防止淤卡。
3.注意检查泥浆质量，不合格者弃之不用，另换新浆。
4.要使用肋骨钻头，加大岩心管与孔壁间的间隙，防止卡钻。
5.勤检查钻具，防止折断事故。
6.若要下套管封孔时，下好套管后，应先用长钻具试探一下，长钻具能顺利下去，再行封孔。
(八)几点体会
1.根据不同的地层，换用不同粘度的泥浆，在泥浆钻进中，泥浆质量与供应很重要。我们这次是一个机组设一个搅拌机，并指定专人负责泥浆工作，完全保证了泥浆质量与泥浆供应，构成了钻进的有利条件，全部钻进时间，没有发生一次事故，又提高了钻进效率。
2.大口径不同地层的供水孔泥浆钻进，技术复杂，班长应亲自负责操作与指挥，凭借给进把的感觉与钻进具体情况，掌握压力、转速与泥浆的规格等，小心操作，防止事故。
3.经过本期工程实践证明，在卵砾石层中是完全可以使用泥浆钻进的，效率也不低，同时也可以不下套管，仅用泥浆保护孔壁。所以下次再遇到此类地层情况钻进时，开孔即可用机钻，而不再采取开挖办法了。
4.在土层或砂粘层中，使用泥浆钻进时，钻头内出刃要大一些，这样岩柱细，易于折断，随钻具转动而破碎。压力水泵要好用，压力要大，流量也要大，边钻进，边将岩粉冲出，钻孔内不存岩柱，每次下钻均能顺利到底，提高了钻进效率。为此对水泵要维护好，常检查修理，使其永远维持正常运转，是保证顺利进尺的主要因素。同时，在条件允许下，应另用动力机带动水泵，更为方便，可以防止事故。
5.其他一些体会与基岩中钻进相同。
(原载于《三门峡工程》1959年第三期)
④ 矿井防治水方法研究
（一）煤层底板高压灰岩水带压开采技术
对于华北型煤田，防范煤层底板水的主要方法是带水压安全开采。虽然深部高压水存在，若充分利用隔水层的防护作用，可消减部分水压值，在不进行或很少进行疏水降压的情况下将可实现带压开采。当矿井采煤工作面突水系数Ts大于0.06MPa/m时，应当采用降压疏干或（和）煤层底板注浆加固方法减小突水系数，以保证煤矿安全生产。
1.带压开采技术
与华北型煤田类似，郑煤集团各矿井二1煤开采应采用带压开采技术。所谓带压开采就是煤层底板受承压水威胁，充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层性能，在不采取或在国家经济、技术条件许可情况下，采取某些技术措施后，实现安全采掘的一种综合性防治水技术。国内外对该技术曾做过大量研究，特别是近几年在我国进行了较为广泛而深入的研究，取得了显著成绩。
评价带压开采安全的标准是突水系数。20世纪60年代由煤炭工业组织的焦作会战提出的突水系数是
郑州煤矿区水害防治规划研究
式中：P——水压值（MPa）；
M——隔水层厚度（m）。
20世纪70年代煤炭科学研究总院西安分院和其他有关单位对上式所表示的突水系数进行了修正，提出以下突水系数公式：
郑州煤矿区水害防治规划研究
式中：Cp——采动后底板导水破坏深度（m），其他符号同前。
该公式1984年5月由煤炭工业部正式批准作为矿井水文地质规程防治底板突水的依据，并于1986年写入“煤矿防治水工作条例（试行）中”。
突水系数在以往的应用中取得了显著成效，解放了受水害威胁的大量煤炭资源，特别是在突水可能性分区上已有了较为明确的界限值，所以在评价郑煤集团各煤矿二1煤带压开采时，我们采用了煤炭科学研究总院西安分院提出的公式。
就整个华北型煤田而言，关于底板奥陶系灰岩突水可能性分区问题，可以考虑以下方案：
Ⅰ区：奥陶系灰岩承压水面以上的地区；
Ⅱ区：奥陶系灰岩承压水面以下，但突水系数Ts＜0.06MPa/m；
Ⅲ区：突水系数Ts介于0.06～0.15MPa/m的地区；
Ⅳ区：突水系数Ts＞0.15MPa/m的地区。
Ⅰ区不存在底板奥陶系灰岩突水问题；Ⅱ区为可能发生底板突水危险地区，应在加强矿井防治水工作的情况下进行带压开采；Ⅲ区发生底板突水危险较大，仅在构造简单的地段采取可靠安全技术措施后才可进行带压开采；Ⅳ区是发生底板突水最危险的地段，底板突水是不可避免的，只有在采取疏水降压把突水系数Ts减小到0.15MPa/m以下才能实施带压开采。
按照以上公式，我们初步计算了奥陶系灰岩含水层对二1煤层的突水系数。结果显示，本井田内存在突水系数超过临界突水系数，需要进行底板水防治和底板改造。
为了在本井田实施带压开采技术，必须做好以下工作：
1）把防治水工作的重点放在二1煤层顶板砂岩水和底板奥陶系灰岩水上，采用综合物探、化探和钻探等各种手段，查明陷落柱、断层和裂隙密集带等，以及固井质量差的废旧钻孔；并采用留设防水煤柱或底板加固等手段对地质异常体进行改造，做到采煤工作面底板不出水或不出大水，以节约排水费用，保护水资源和生态环境。
2）根据涌水量预测结果，适当加大矿井和采煤工作面排水能力，以防不测。
3）发展突水预测预报技术。实现突水预测预报的可视化和适时化，建立水害预警系统，推进矿井防治水信息系统集成。
4）在采掘过程中为防治底板出现灾害性突水，应坚持先探后掘、先探后采和先注浆后掘进、先注浆后回采的技术原则。为了节约工程量和保证安全，在采取钻探、物探、化探等综合手段时，应坚持物化探先行、钻探验证的技术方法，以杜绝采掘巷道误揭陷落柱和落差大的断层。
5）关于避灾路线和通讯联系。在有突水危险，尤其是有大危险突水的地区，安全畅通的避灾路线是保证不发生人员伤亡的有效途径。同时应具备畅通的通讯联系，以达到及时将井下的情况迅速报告和将调度命令传达到每一个井下工作人员的目的。
6）矿井防治水工作管理。煤矿设专门负责矿井防治水领导小组，配备探水钻和专职探水组。严格地讲没有征兆的突水是不存在的，所以每个生产班应设水情观测员负责水文地质资料收集和突水前兆观测。
2.中间指示层
为了研究奥陶系灰岩含水层与太原组薄层灰岩的水力联系，在带压开采工作面各布置了一个中间层地下水动态监测孔，本规划还要求在今后设计的每一个采面中，至少应布置一个中间层地下水动态监测孔。终孔层位在L1-4薄层灰岩底面。
3.煤层底板注浆加固改造
应根据物探及钻探探测结果，分析煤层底板的实际情况，对煤层底板存在垂向越导通道的区段，进行注浆加固，以防堵为主，确定注浆层位。注浆层位可以是奥陶系灰岩顶部含水层、薄层灰岩含水层和隔水层中的可注层位及构造薄弱带。目前焦作和肥城等大水矿区已成功地在九里山、韩王等多个矿区实施底板注浆加固改造，取得了巨大经济效益。
应对准备注浆加固的工作区编制专门设计方案，其中包括注浆层位、注浆孔布置、注浆方法、注浆系统和注浆工艺等。
4.疏干降压
疏干降压一般应在主要充水含水层（薄层灰岩含水层）中进行。可以采用疏干钻孔、疏干巷道等。对于郑煤集团各矿井，由于煤层下部的L7，L8灰岩处于煤层底板采动破坏带内，由于采动裂隙的存在，L7，L8灰岩水势必通过采动裂隙进入回采空间，增大工作面的涌水量，在个别富水区段还可能引起涌水量过大而影响生产，因此，应对L7，L8灰岩进行超前疏干降压，减少其对工作面回采的影响。准备实施疏干降压的矿井，应进行数值模拟计算，以确定疏干漏斗和疏干水量的变化。
疏干降压应编写专门设计，内容包括疏干降压工程布置，疏干降压计算结果以及疏干降压的安全措施等。
（二）顶板砂岩水控制技术
1.顶板砂岩富水性探测
由于在不同岩石所组成的地质体中，岩石的含水性对其相对电阻率有较大的影响，含水地层具有相对电阻率较低的物性特点，且含水程度的差异与地层电阻率的变化幅度相对应，所以，通常采用电磁探测技术测量地下地质体中的电性分布规律进而达到探查矿区导含水地质体的分布及其导含水条件。这种对地层电性参数的获取是三维地震等弹性探测方法所不能及的。
在工作面形成以前，应首先在地表进行瞬变电磁法勘探，探查顶板砂岩的富水性。
在采煤工作面形成后，直流电法在下巷中进行，而音频电穿透则需同时在上巷和下巷中进行。直流电法对地质异常体在垂向上的分布分辨比较清晰，而音频电穿透法对地质异常体的位置分辨比较清晰，因此两者结合可以取得满意的效果。
（1）音频电穿透法
音频电穿透法是利用电磁波在介质中传播时，其电流强度随介质层电阻率的大小而有规律变化的特征，进而计算出穿透各点的视电阻率相对关系，做出反映探测区域富水性强的等视电阻率平面等值线图，并可结合具体水文地质条件推断出顶底板含水体的性质、富水性大小、空间形态及分布范围，为防治水工作提供依据。该方法的主要用途如下：
1）采煤工作面底板下100m内富水区域探测；
2）采煤工作面顶板100m内富水范围探测；
3）工作面内老窑分布范围探测；
本规划选用这种方法探测井下工作面隐伏含水断层、破坏带和裂隙带空间位置及其赋水性变化。
（2）井下直流电法
井下直流电法主要用于巷道顶底板探查，工作面顶板探查和掘进堵头超前探测。具体解决以下问题。
1）巷道顶底板探查：①利用现有的巷道工作，探查深度可达100m，可探测含水层深度，局部富水体深度范围、导升高度及沿巷道方向分布宽度；②提供沿巷道方向垂向电阻率切片剖面，用于解释工作面巷道底板100m深度内的含水、导水体，潜在的突水通道、底板隔水厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度；③要求巷道内无大范围积水。
2）工作面顶底板探查：①改变工作方法利用巷道侧壁可以探测工作面内的隐伏含水构造；②利用多条巷道（上巷、下巷、切眼等）的数据进行立体成图——对工作面底板不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片，分离出电法含水异常区域，得到视电阻率异常断面图、平面图，进行立体解释。
3）掘进堵头超前探查：①利用巷道超前探测使用三极空间交会探测法，可以预测堵头前方80m范围内存在的导、含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老窑巷道），提供前方80m范围内岩石的视电阻率变化信息；②异常为相对异常，可以肯定解释正常区不会存在突水或出水的危险，解释的异常区不能肯定一定出水；③预测堵头的后方必须有不小于前方探测深度的施工空间；④智能傻瓜化资料处理，容易掌握使用。
2.采动三带的探测
煤层顶板采动三带的探测采用水文地质钻孔观测法和物探方法结合的探测方法。
（1）水文地质钻孔观测法
水文地质钻孔观测法的实质是在采空区地面布置一定数量的观测钻孔，在钻进过程中测定钻孔冲洗液的漏失量、钻孔水位变化，并记录各种异常现象，经综合分析确定垮落带和断裂带的最大高度及破坏特征。
1）观测内容和方法：①钻孔冲洗液漏失量观测。冲洗液漏失量是指钻进单位时间或单位进尺冲洗液的漏失量。通过对钻孔中冲洗液漏失量的观测，可以确定断裂带的顶点以及了解垮落带和断裂带内覆岩的破坏特征。冲洗液漏失量的测定方法有两种：一是使用流量表观测，另一种是测定水池中水量的变化。②钻孔水位观测。在钻孔冲洗液正常循环过程中以及冲洗液完全漏失前，应对钻孔中的水位变化进行观测，这也是确定断裂带顶点和覆岩破坏的重要标志。③钻孔冲洗液循环中断状况观测。此时应记录钻孔深度和钻孔冲洗液循环中断的时间。④记录钻进过程中的异常现象。在钻进过程中，及时记录掉钻、卡钻及钻具振动等异常现象，此外还应注意有无吸风或瓦斯涌出现象。
2）观测结果的分析整理。导水裂缝带高度主要是根据钻孔冲洗液消耗量和钻孔水位观测等结果加以确定，垮落带高度则主要是根据钻进异常现象加以确定。各观测钻孔一般均在第四系下套管止水后开始观测，一般可分为3种类型，其一是从某一孔深位置开始，钻孔冲洗液消耗量明显增大，孔内水位显著下降，而且向下钻进时继续保持这种趋势，直至钻孔冲洗液全部漏失，孔内水位很低或无水；其二则是从某一孔深位置开始，钻孔冲洗液突然全部漏失，孔内水位很低或无水；其三是导水裂缝带顶界以上的岩层程度不同地出现钻孔冲洗液全部漏失现象，甚至同时伴有孔内水位很低或无水现象。位于浅部区且岩柱尺寸较小的钻孔一般均属前两种类型，而位于深部区及岩柱尺寸较大的钻孔一般则属后一种类型。钻孔冲洗液法具有简单、易操作、可靠、实用、观测数据较能反映实际导水情况等优点，是获取冒落带和导水裂缝带高度及特征的基本方法。
i.裂隙带顶点的确定。有下列情况之一时，即可认为进入了裂缝带：①若岩体的原始渗透性较差，当钻孔的冲洗液漏失量显著增加，即大于1L/min或0.1L/s·m时；②钻孔水位显著降低，水位下降速度加快，甚至无水时；③岩心有纵向裂缝及轻微吸风现象时。
ii.垮落带顶点的确定。钻孔进入垮落带以前，冲洗液早已完全漏失，孔内无水。此时应根据钻进中的异常现象及岩心破碎情况来确定垮落带的顶点。
iii.垮落带和导水裂缝带高度的确定。垮落带和导水裂缝带的高度，分别等于钻孔孔口至煤层的垂直距离减去垮落带和裂缝带起始点的钻孔孔深。考虑到垮落带和裂缝带内覆岩的压缩量，因此有
H垮=H-h1+W
H导=H-h2+W
式中：H——钻孔孔口至煤层顶面的垂直距离（m）；
h1——垮落带起始点至钻孔孔口的垂直距离（m）；
h2——裂缝带起始点至钻孔孔口的垂直距离（m）；
W——垮落带和裂缝带内覆岩的压缩量，相当于打钻过程中地表点的下沉值（m）。
3）钻孔的孔位、孔径、孔数及施工时间。钻孔孔数一般以5个为宜，分布布置在采空区地面沿煤层走向和倾向主断面上，每个主断面上布置3个钻孔，其中一个位于两个主断面的交点上，钻孔位置应选在能获得垮落带和裂缝带的最大高度的地方，走向主断面上钻孔应位于距开切眼30～50m、距停采线20～30m的采空区内，倾向断面上采空区中央应布置一观测钻孔，其余两个钻孔应设在距回风巷和运输巷3～5m的采空区一侧地表。钻孔孔径一般为91mm。
（2）形变-电阻率探测法
1）基本原理。岩体的电阻率大小不仅取决于岩性，还与岩体中的裂隙大小、裂隙数量及充水程度密切相关。地下煤层采出后，上覆岩体遭受破坏，裂隙增多，阻碍了电流传导，导致电阻率增大。但若裂隙内充水，因水的导电性能优于岩体，电阻率便相应降低。因此，对比开采前后岩体电阻率的变化规律，就可探测出覆岩的破坏高度和破坏形态。
2）观测方法。首先，在某一固定点上测量岩体电阻率随深度的变化，以确定岩体的破坏高度。固定O点，对称地打入A1B1及M1N1电极，M1N1的距离一般可取为A1B1距离的1/30～1/3。通过测量电流及电位差，即可计算出探测高度为A1B1/2时的视电阻率ρs1。加大供电极距到A2B2，测量电极距按比例扩大至M2N2，获得探测深度为A2B2/2时的视电阻率ρs2。依此进行，即可得出视电阻率ρa随探测深度的变化曲线。实际上真正的探测深度H与供电极距AB具有如下关系：
郑州煤矿区水害防治规划研究
式中换算系数K因地而异，可依实测资料反演得出。
之后，固定某一探测深度H，测量岩体视电阻率ρa随某一剖面的变化。对比开采之后视电阻率的变化情况，则可确定出覆岩的破坏高度和沿某剖面覆岩的破坏形态。钻孔冲洗液消耗量观测法（简称为钻孔冲洗液法）是通过直接测定钻进过程中的钻孔冲洗液消耗量、钻孔水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风、岩心观察及地质描述等资料来综合判定垮落带和导水裂缝带高度及其破坏特征的一种方法。
3.顶板砂岩水的预疏放
对顶板砂岩水进行预疏放为工作面回采大幅度降低水压，以防顶板冒落时大流量突水冲溃工作面，减少工作面涌水对回采的影响。一般采取两种形式：
1）顶板疏放钻孔。在用物探手段查明顶板富水区的前提下，为了减少顶板砂岩水对回采的影响，探明工作面顶板上方岩层赋水状况，对二1煤顶板上覆含水层进行预疏放，对顶板砂岩水提前疏水降压，降低由于顶板冒落引起顶板水集中涌入工作面的峰值强度，消除或减弱工作面回采时砂岩水对开采的威胁。在工作面上巷施工放水钻孔，将顶板砂岩水相对集中的涌水方式改为相对分散的、循序渐进的逐段放水方式。分析水文地质条件，调查矿井裂隙发育方向，提高单个钻孔放水效率，扩大放水区域，减少放水孔数量。为获得顶板砂岩资料，将放水钻孔水文地质条件探测分解消化于逐段放水之中。
2）疏水巷。当放水钻孔对顶板砂岩含水层疏放效果不理想时，可以在适当地段修建疏水巷道，该巷道应与顶板砂岩径流方向垂直，尽可能切穿顶板砂岩裂隙，以达到最佳的放水效果。通过疏水巷道对工作面顶板砂岩含水层的袭夺，形成以疏水巷道为中心的降落漏斗，达到减少工作面涌水的目的。
4.排水措施
由于煤层顶板主要为数百米的砂岩弱含水层，含水性虽然较弱，但存在局部强含水段。采用放顶煤工艺后，顶板破坏加大，导水裂隙发育向上延伸可达百米以上，上下沟通多个含水段。采煤后随着顶板垮落，上覆砂岩水多从老塘以老塘水形式涌出，老塘水受到堵塞时积聚，当压力升高超过临界值时突然涌出，危害严重，因此需考虑对涌水采取排水措施。
（1）采空区埋设花管
为了将采空区积水引出采空区，可预先在采空区每隔20m设置一根花管，沿下巷向上巷布置，花管长100m左右。将采空区水引至下巷排出。需要说明的是由于二1煤较软，因此并不能完全将涌水排除，该花管只能减少涌水在采空区的积聚，减小大量积水对工作面生产的危害。
（2）施工泄水巷
1）专用泄水巷。专用泄水巷在工作面下巷北侧，距离下巷约5m，在煤层底板下的细砂岩中修建，泄水巷涌水采用自流形式。每隔50m施工一条联络巷，或在低凹地段设置联络巷，将工作面涌水排除，这样可以在水量较大的情况下仍不影响生产。
2）施工双下巷。在距离工作面下巷约20m处再施工一条巷道，该巷道对工作面可以作为泄水巷，可以将工作面涌水排出，同时该巷道也可以作为相邻工作面的上巷。每隔50m设一条联络巷，以保证工作面涌水顺利进入泄水巷。缺点是增加了掘进巷道，同时增加了维护费用。
⑤ 地质钻钻孔如何下套管
成孔灌注桩工程泥浆护壁工艺
本工艺标准适用于工业与民用建筑中地下水位高的软、硬土层泥浆护壁成孔灌注桩工程
材料及主要机具：
1.1 水泥：宜采用325号～425号普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。
1.2 砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%。
1.3 石子：粒径为0.5～3.2cm的卵石或碎石，含泥量不大于2%。
1.4 水：应用自来水或不含有害物质的洁净水。
1.5 粘土：可就地选择塑性指数IP≥17的粘土。
1.6 外加早强剂应通过试验确定。
1.7 钢筋：钢筋的级别、直径必须符合设计要求，有出厂证明书及复试报告。
1.8 主要机具有：回旋钻孔机、翻斗车或手推车、混凝土导管、套管、水泵、水箱、泥浆池、混凝土搅拌机、平尖头铁锹、胶皮管等。
2 作业条件：
2.1 地上、地下障碍物都处理完毕，达到“三通一平”。施工用的临时设施准备就绪。
2.2 场地标高一般应为承台梁的上皮标高，并经过夯实或碾压。
2.3 制作好钢筋笼。
2.4 根据图纸放出轴线及桩位点，按上水平标高木橛，并经过预检签字。
2.5 要选择和确定钻孔机的进出路线和钻孔顺序，制定施工方案，做好技术交底。
2.6 正式施工前应做成孔试验，数量不少于两根。
3.1 工艺流程：
钻孔机就位 → 钻孔 → 注泥浆 → 下套管 → 继续钻孔 → 排渣 → 清孔 →
吊放钢筋笼 → 射水清底 → 插入混凝土导管 → 浇筑混凝土 → 拔出导管 → 插桩顶钢筋
3.2 钻孔机就位：钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。
3.3 钻孔及注泥浆：调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机器钻进，出土，达到一定深度（视土质和地下水情况）停钻，孔内注入事先调制好的泥浆，然后继续进钻。
3.4 厂套管（护筒）：钻孔深度到5m左右时，提钻下套管。
3.4.1 套管内径应大于钻头100mm。
3.4.2 套管位置应埋设正确和稳定，套管与孔壁之间应用粘土填实，套管中心与桩孔中心线偏差不大于50mm。
3.4.3 套管埋设深度：在粘性土中不宜小于lm，在砂土中不宜
如需针对具体工程的完整工艺流程设计，请EMAIL联系：
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要分
⑥ 地球物理测井是什么
地球物理测井（以下简称测井）是用专门的仪器沿钻井井身测量岩石的各种物理特性、流体特性（如导电性、导热性、放射性、弹性，等等），根据不同岩石及其内部流体的这些特性的差别，可以间接划分地层，判别岩性和油、气、水层。测井具有工艺简便、成本低、获取资料迅速、效果好等特点，取得的资料是油气田地质研究、油气田开发工作必不可少的资料。测井技术发展很迅速，不但能定性判断岩性，还可以定量确定岩石物性、地层产状；不但用于油气勘探地质解释，还用于钻井、试油、采油工程等。下面简要介绍几种常用的测井方法。
一、视电阻率测井
视电阻率测井的实质是利用地下不同岩石导电性能的差别，间接判断钻穿岩层的性质，在井中下入测井仪，沿井身测定岩层电阻率的变化情况，与钻井过程中取得的地层岩心、岩屑等资料结合，可以较准确地划分井中地层界线和确定地层岩性。
（一）井下岩石电阻率的测量
视电阻率测井装置如图3-3所示，主要是包括供电线路、测量线路和井下电极系三部分。井下电极系是通过电缆与地面供电—测量系统连接。电极共有四个：A、B、M、N。其中A、B为供电极，接入供电线路；M、N为测量电极，接入测量线路。接入同一电路中的电极称为成对电极。在井下，几个电极组成电极系，根据井内成对电极和不成对电极的距离不同，可以组成电位电极系和梯度电极系（见图3-4）。成对电极在不成对电极下方的电极系，称底部梯度电极系。
图3-19电阻式井径仪工作原理
1—仪器腿；2—腿轴；3—凸轮；4—连杆；5—可变电阻（二）井径测井曲线的应用
渗透性岩层井壁有泥饼，会使井径缩小；泥岩层、疏松岩层井壁易垮，井径变大；坚硬、致密层井径与钻头直径相近。因此可用井径曲线粗略判断钻穿地层的岩性。
另外，可根据平均井径、套管直径及固井井段的长度，计算固井水泥用量。井径还可以作为地球物理测井曲线解释参考资料。
⑦ 定向井施工技术
地热资源开发利用需要“回灌开发”模式。回灌开发是在同一施工地点开凿两眼或两眼以上地热井,一眼作为开采井,另一眼作为回灌井。受城市用地面积的限制以及运行管理的需要,多以“对井”的方式成井。对井井口直线距离在2.5～10m之间,为防止开采、回灌地热流体短时间内相互干扰,井底距离一般保持在800m以上,这就需要有定向井施工技术的支持。
(一)定向井设计
定向井设计原则是为实现钻井目的,合理选择目标点的层位、确定靶区半径,尽可能选择简单的井身剖面类型;设计的基本数据包括地面井位坐标、井底坐标、方位角、井底水平位移、造斜点位置、最大井斜角。定向井设计前要了解设计井区的地质条件,如地层、岩性、压力、倾角、倾向、断层等。还要了解地层造斜特性(以便利用地层的方位漂移规律),分析井区已有定向井资料等,从设计上避免井下复杂情况发生。
地热井不同于石油开采井。首先,地热井要有泵室,泵室为直井段;其次,以扶盆地热储层在一定范围内目的层可近似看作水平无限延伸(断裂型地热井除外),因此,定向井目标靶区半径可适当放大,这些都为定向井设计提供了方便。
1)井身剖面设计:定向井井身剖面类型多种多样,常见的有三段制(多目标、较浅井)和五段制(小位移、较深井),选用的原则是保证达到钻井目的;尽可能简单,利于安全、快速地进行作业以降低钻井成本。地热定向井多用五段制,即直井段、增斜段、稳斜段、降斜段、直井段。
2)造斜点设计:造斜点的选择是定向井成功的关键因素之一。一方面定向井施工要求造斜点岩石结构比较稳定、可钻性比较均匀,避免岩石破碎段、流砂层或易坍塌等复杂地层,同时岩石的硬度应能起到对造斜钻具的支撑作用。另一方面造斜点的深度应根据设计井的垂直井深、水平位移大小和选用的井身剖面类型而决定。实际工作中往往把造斜点选择在尽可能浅的地层中,以利于用尽量小的井斜达到理想的成井水平位移。
3)最大井斜角设计:井斜角是钻具行迹与垂直方向的夹角,主要依据钻井设备定向能力、垂直井深与目标水平位移确定。大量的钻井实践证明,井斜角小于15°,方位不稳定,容易漂移。井斜角大于45°,施工难度较大,井壁易失稳,所以,最大井斜角最好控制在15°～45°之间。
(二)定向井施工安全措施
由于定向井井眼形状复杂,水平位移较大,易发生井下复杂情况和产生井下事故。
1)压差卡钻。在定向井施工中,斜靠在井壁上的钻具与井壁的接触面积大,作用在井壁上的正压力也增大,易发生压差卡钻。预防措施主要是采用润滑性能优良的钻井液:①加入润滑剂使泥饼摩擦系数小于0.2;②采用混油泥浆、混油量8%～15%;③下套管及电测井之前加1.5%～2%的固体润滑剂,保证顺利施工。
2)键槽卡钻。定向井钻进和起下钻过程中,钻具长时间拉、摩、碰井壁,容易形成键槽。预防措施有:①在曲率较大的井段,定期下入键槽破坏器,破坏键槽;②认真记录起下钻遇阻遇卡位置,结合测斜资料分析,提前破坏处理。
3)其他防卡措施:钻井液应具有良好的净化系统,至少配备三级净化装置,保证钻井液含砂量不大于0.5%;控制钻井液,使其屈服值不小于6Pa,提高携带岩屑能力,保证井眼干净。
(三)定向井施工实例
目前,天津地区地热定向井有90对之多,积累了在中低温沉积盆地地热定向井的施工经验,下面以SR19D,SR20D基岩地热定向“对井”为例,对地热定向井施工工艺进行探讨。
1.地层及岩性
该“对井”钻遇地层为第四系平原组,新近系明化镇组、馆陶组,古生界寒武系,新元古界青白口系景儿峪组、龙山组,中元古界蓟县系雾迷山组(目的层),见表4-3。
2.定向井工艺
(1)定向工具的选择
该“对井”定向井段为Φ311mm(
表4-3 设计对井钻遇地层及岩性
(2)定向井设计
1)井身结构设计。根据钻井所在区域地质情况和地热钻井技术特点,设计为四开井,井身结构及套管程序为:一开钻头直径Φ444.5mm,套管直径Φ339.7mm,下深400m;二开钻头直径Φ311mm,套管直径Φ244.5mm,进入基岩2m左右封闭松散软地层;三开钻头直径Φ215.9mm,套管直径Φ177.8mm,进入取水目的层雾迷山组白云岩2m左右下管;所有套管必须符合美国石油协会指定的API标准。四开钻头直径为Φ152.4mm,裸眼成井,井身结构见表4-4。
表4-4 定向井井身结构表
2)井身剖面的设计。根据施工井地层特点和井身结构设计定向井为五段制井身剖面,即直井段、增斜段、稳斜段、自然降斜段和直井段。
3)造斜点的确定。根据施工设计和实际钻进地层分析,SR19D造斜点定在820m,SR20D造斜点定在765m的新近系胶结较好的泥岩中。
4)设计方位角、水平位移、造斜率和最大井斜角。根据地层产状、钻井深度和构造情况,设计SR19D井方位角为135°,水平位移为400m,SR20D井方位角为315°,水平位移为400m,井眼曲率为12°/100m以内,最大井斜角21°。
(3)定向井施工工艺措施和注意事项
1)直井段采用塔式钻具结构,严格按规定参数钻进,井斜角控制在1°以内。
2)定向造斜井段选在新近系上部的泥岩井段,采用有线随钻定向速度较快,但造斜率一般应控制在12°/100m以内,采用2.5°弯接头一般50～70m可达到8°井斜,完成定向工作,在定向造斜时还考虑了转盘增斜作用,使用的牙轮钻头钻进时方位多向顺时针方向漂移即右手漂移规律,因此该井在定向造斜过程中比设计方位提前6°～10°,目的是利用右手漂移规律在钻达目的层时中靶精度更高。
3)转盘钻增斜井段,每钻进30m要测斜一次,根据轨迹测量情况调节钻压和转速,以控制增斜速度和方位,井眼轨迹圆滑,钻至最大井斜角21°可以进行稳斜钻进。
4)斜井段700～1300m为Φ311mm大井眼,钻进过程中岩屑较多,要求泥浆泵排量要大,并根据井内情况和岩屑返出情况,每钻进100～200m进行一次短提下钻,以清理下井壁的“岩屑床”,起钻时要观察井口,防止出现“抽吸”,必要时接方钻杆循环。
5)稳斜段,按照设计要求采用3只扶正器稳斜钻具结构,就可满足新近系Φ311mm井段稳斜要求,每钻进50m要测斜一次,根据轨迹测量情况调节钻压和转速,控制增斜速度和方位,可以达到按所需轨迹施工的目的。而基岩地层Φ215.9mm井段稳斜时,情况相对较复杂,由于地层塑性小,刚性较大,因此钻井过程中受岩层倾角和走向影响,非常容易出现降斜和“跑方位”情况,施工中采用4只扶正器的稳斜钻具结构,并根据测量井斜和方位情况及时调整钻具结构,如采用微增结构或增斜结构进行稳斜, SR19D井遇到稳斜稳不住情况,利用增斜钻具稳斜较理想。
6)四开Φ152.4mm井段为工作的目的层,主要岩性是白云岩,裂隙发育、漏失严重,采用自然降斜钻具结构。
3.钻井液调配
一开井段:钻遇地层为第四系。岩性:粘土、砂层、砂质粘土。钻井液用搬土浆。
二开井段:钻遇地层为新近系。岩性:砂岩、泥岩、砂泥岩。井眼尺寸:Φ311mm,钻井液类型:聚合物防塌钻井液。本井段难点:稳定井壁、大井眼携砂、润滑防卡。
1)钻井液性能为:密度1.05～1.08g/cm3,黏度35～38s,API失水≤8mL,塑性黏度7～10mPa·s,动切力3～6Pa,10s切力0.5～1.0Pa,10min切力1.0～3.0Pa,pH8.5～9。
2)二开钻水泥塞时,加入适量的纯碱,避免水泥对钻井液的污染。定向钻进前,加入极压润滑剂、润滑防塌剂、胺盐等钻井液材料,保证钻井液性能稳定。上部地层机械钻速较快,及时排放沉砂,降低劣质固相对钻井液的污染。
3)完钻前50m调整好钻井液各项性能,保证电测和下套管施工的顺利进行。
三开井段:钻遇地层主要为古生界寒武系和新元古界。岩性:泥质灰岩、泥页岩、泥岩、灰岩。井眼尺寸:215.9mm。钻井液类型:抑制性防塌钻井液。本井段难点:泥岩防缩径、井眼净化、润滑防卡、防漏。
1)钻井液性能:密度1.10～1.15g/cm3,黏度38～48s,API失水≤12mL,塑性黏度8～15mPa·s,动切力5～8Pa,10s切力1.0～2.0Pa,10min切力2.0～4.0Pa,pH8.5～9.0。
2)钻水泥塞时,加入适量的纯碱,避免水泥对钻井液的污染。钻进过程中,补充极压润滑剂、防塌护壁剂、高温降滤失剂等钻井液材料,保证钻井液性能稳定。
四开井段:清水钻进。
4.根据地层情况采取的堵漏措施
SR19D,SR20D两井相距很近,但在施工中发现两井钻遇地层相差较大。尤以古生界寒武系最为突出。SR19D井寒武系厚度为164m,其中昌平组缺失,井底没有出现异常。SR20D井的寒武系厚度355m,其中昌平组厚78m。当钻进至1526m时进尺开始加快至3m/min,当钻进至1534m时出现大漏基本不返浆,上返的少量岩屑中含有大量的风化的灰岩,滴酸起泡剧烈,为防止井下重大事故发生,果断甩掉3个扶正器,继续钻进。1558m再次出现大漏不返浆,提钻,实施静止堵漏。3天的堵漏过程中,多次出现井下危险,但由于采取措施及时、方法得当,保证了生产的安全进行。
⑧ 下套管的条件
钻孔遇到如下情况时,应下套管隔离孔壁:
1)松散层。包括砂砾卵石层、流砂层、黏土层、遇水膨胀及溶蚀层以及严重坍塌缩径、超径地层。
2)裂隙破碎带。包括较厚的节理裂隙发育的破碎带、严重坍塌掉块地层。
3)漏失或涌水地层。包括含水构造或大裂隙贯通层位及溶洞、老窿、地下河等严重漏失或涌水地层。
4)地质层位隔离。因地质特殊需要,将不同地层进行隔离及水文孔各含水层分层抽水试验、地热井封堵低温度层等。
5)隔离钻孔事故段。处理孔内事故后,孔壁会有残留金属异物;侧向钻进绕过事故障碍物和定向造斜后,孔壁会产生键槽,需用套管隔离该孔段。
6)地下易溶矿及液、气体开采。开采地下易溶矿(盐矿、芒硝、明矾等),抽排井内液体、气体时用套管隔离上部地层。
7)特殊工程的需要。用于各类长期观测孔(如地震观测、地下水位、地温观测、地面沉降监测等)、矿山工程孔(如尾砂充填、救援、冻结、通气、通缆孔等)的套管隔离。
8)减小钻探设备负荷。例如遇到钻孔加深,钻探设备能力不足时,钻孔需要下套管由大径换小径,以适应设备的负荷能力。
深孔钻探的套管设置主要以隔离复杂地层为目的。若施工周期短,地层较稳定,应尽量用泥浆护壁,少下或不下套管。因为每下一层套管孔径便缩小一级,套管柱的连接、固定、密封、扶正及强度等方面都可能出现问题。套管层数越多,则孔内事故隐患越多。
⑨ 怎样进行水工混凝土天然建筑材料砂砾石的工程地质勘探工作
蔡石泉 倪志文 刘述淮
天然建筑材料——砂砾石的普查与勘探工作，在水利建设工程地质勘测中占相当重要的地位，因为水工混凝土建筑物的造价，在某种程度上，就取决于建筑材料的质量、储量以及开采运输条件，也取决于建筑材料产地距离施工场地的远近；同时，其他附属建筑物如：铁路、公路、混凝土拌合楼等的位置与交通路线的辅设也决定于砂石材料的产地。
一、天然建筑材料产地的选择
修建水工建筑物所需的天然建筑材料，通常有坚硬的石质岩石以及符合一定技术要求的松散和粘结岩石。这里只介绍作为建筑混凝土坝所需之骨料——砂砾石的产地选择。
首先，应在所设计水工建筑物的布置地区的附近进行勘测。如果建筑物附近地区缺乏砂砾石材料时，才能向较远的地段进行勘测。所选择产地之储量应满足设计要求之数量，质量应符合技术规范的要求(具体要求见后)，除此而外也应考虑交通运输条件，最好是与运输干线毗连。
砂砾石产区一般皆布置在河流的高漫滩及低漫滩上或砂砾层复盖甚薄的一级阶地上。在这些地区进行地质勘探的同时应进行水文地质工作，了解当地含水层厚度，以及该层之涌水量、渗透系数，以便考虑产地之供水条件与开采方法。如产地适于机械化开采，则应保证产区之数量足够机械不间断开采数月才行。剥土层不宜太厚，过厚将增加不必要的工作量，最好剥土层体积不超过有用岩层(砂砾石层)体积之15%～20%，特殊情况可不遵守上述条件。
二、在不同设计阶段中砂砾石材料勘探的内容与要求
在河流技术经济报告阶段，一般不进行专门性的建筑材料调查，而主要是依据过去出版的或未出版的和案资料，以及踏勘资料和访问当地居民的资料，来解决有关建筑材料的问题。天然建筑材料的勘测工作，通常只分两个设计阶段——初步设计和技术设计阶段。在各个阶段的勘探结果中应阐明下列各点：(1)砂砾石产地位置；(2)与设计阶段相应的矿产储量类别；(3)砂砾石层的产状质量，以及冲洗的必要性；(4)产地的水文地质条件；(5)剥土层的厚度及性质；(6)产地与坝址之距离以及交通运输的条件；(7)产地的开采条件。
(1)初步设计阶段
根据普查工作结果，选择有希望的离施工场地较近的产地，按固体矿产产地进行B级勘探。为了获得B级储量以及评定其质量，应该初步确定产地地形、地层和地质构造、水文地质条件，岩层产状和砂砾石质量。因此应采取试样按混凝土骨料要求进行砂砾石质量的实验室研究。1：5000或1：10000的地质测绘，以便查明河流发育史，作为布置勘探线寻找砂砾石之依据。勘探线一般以垂直河床为原则，勘探线间距一般不超过400m，在每条勘探线上布置二个或三个以上的勘探坑孔，而坑与孔的分布最好是在纵横方向都是互相间隔的(如图1)。勘探方法则以试坑最好，其次为冲击钻。所有坑孔应穿过全部有用岩层(砂砾岩层)而确定其下部为下垫层时始能停止。
工作结果应合乎B级要求，因而应说明：(1)剥土层的平均厚度及性质；(2)砂砾石的成层性质、分布面积、厚度、有无不适用的夹层存在，砂砾石是否需要冲洗；(3)砂砾石质量，可用目测以及利用试验室研究结果进行分析；(4)通向施工场地最适宜路线；(5)水文地质条件以及地表水年内的变化；(6)最有利的开采方法。
图1 钻孔和试坑间隔布置示意图
(2)技术设计阶段
技术设计阶段的勘探工作是在初步设计阶段勘探工作结束后所挑选出最好的一个或一个以上的产区内进行的。技术设计阶段中的砂砾石材料产地之储量，应以A2级精确度进行计算。
技术设计阶段勘探线的布置，一般是在上阶段的勘探线间平行插入一条新的勘探线，使新旧勘探线的间距不超过200m，这样就形成了A2级储量的勘探网。
勘探工作中除取样进行混凝土骨料要求试验外，并应在产地取样作半生产性冲洗试验以及混凝土抗压强度试验。根据实验室研究结果，最后确定建筑材料的适用性；并详细计算产地之储量以及可开采量。最后提出最合理最经济的开采方法。
(3)施工详查阶段
一般不进行施工详查阶段的天然建筑材料勘探，只有在以前进行的勘测工作，由于一系列的原因，在水力枢纽范围内，没有确定天然建筑材料的设计要求的储量(A2级的)时，才在编制施工详图阶段，进行勘探工作和取样。在这种情况下，同样是把砂砾石的储量由B级提高到A2级。
三、勘探方法
当勘探队接到设计方面的任务书，而将勘探坑孔布置图确定以后，交测量人员进行野外定位，施工前由技术人员到现场检查后才进行开挖。如已布置的试坑位置不适宜开挖时，则可将试坑改为钻孔或将其位置略加移动。在移动坑孔位置时，必须考虑新的坑孔位置尽可能不离所在的勘探线，否则将破坏整个勘探网，而给储量计算带来不必要的麻烦。
勘探方法系利用人力冲击钻进与试坑开挖。
(1)试坑开挖工作
一般砂砾石产区多分布在河漫滩上，因此勘探试坑的开挖将可能大部分在地下水位以下进行，由于地层松散，更加上地下水的流动冲刷，将会把砂砾石层中的细小颗粒全部冲掉，而引起砂砾石的坍塌，直接影响到工人的安全。因此，不用支撑是不能进行工作的。在这种情况下，我们一般采用的是“倒塔式”支撑。
图2“倒塔式”支撑侧视图与俯示图
“倒塔式”支撑是从上而下，从大到小每层收缩的数个正方形木框所组成(如图2)。其形状如宝塔的倒观。这种支撑一般每隔0.5m缩小0.20～0.25m。试坑之最终截面一般不得小于 1.0m×1.0m，故试坑开口截面的选定，应根据试坑深度及支撑缩小的次数而推算。
试坑中的地下水，应根据地下水位高低以及涌水量大小，选择不同马力抽水机进行排水。
在均一的砂砾石层中，试坑开挖一般是较为顺利的。如遇流砂层及大孤石则应进行特殊处理。流砂层在0.3～0.5m厚时(可用钢筋或手摇钻试探)，可以采用秸料或芦苇以及其他杆状植物，编成与试坑一样长的小卷下入坑内，使其与支撑连接好，防止流砂上涌。
如含水量不大流砂层较厚时(1.0～2.0m)则可以用5mm之木板排桩(板桩头部必须铁皮包裹)，打干试坑支撑内部与外部(根据实际情况决定)，可以边挖边打井边下框架，直至穿过流砂层为止。
大孤石的处理如限于工地上设备简陋，可以采用坑口架设三角架，架置滑车绞链，利用绳索捆牢大孤石用“绞链”绞起，然后再用水平“滑车绞链”拉出坑口。对于已超出坑口直径的孤石，可采用爆破法(一般这种情况很少)。
用试坑开挖的优点是：(1)截面大，地质值班人员可以下入试坑内，直接从坑壁上观察到砂砾石的一般情况，可以精确地测出有害夹层或凸镜体的位置、厚度以及天然状态下的产状。这对正确评定砂砾石层质量与取样提供了准确的资料；(2)开挖工作不会破坏砂砾石的天然颗粒级配。这些优点是用钻孔做不到的。
(2)人力冲击钻
砂砾石材料勘探钻孔之最小孔径(内径)不得小于150mm。这是因为它能保证把最粗的砾石从孔内提取上来。勘探砂砾石的钻进方法一般分为：
1)钻杆回转式钻进(通常称推磨式钻进)，这种钻进常采用的钻头有：勺形钻头及盘形钻头。
2)大锤冲击式钻进，钻进时使用卡簧钻头为最宜。此法在砾石粒径小于150mm的产区应用最为适宜。
3)钻杆冲击式钻进，所采用的钻头有：十字钻头、工字钻头、一字钻头、活门钻头等。
4)钢绳冲击式钻进，使用活门钻头(砂层一般常用活门钻头)。
钻孔结构是勘探工作中最重要的一件事，结构选择是否正确，设备是否适当，对达到深度保证正常钻进和正确地采取岩样和试样，起决定性作用。如地层简单，岩层致密，则可不下套管保护孔壁或防止钻孔坍塌，钻孔结构很简单，反之则较为复杂。
选择钻孔结构一般根据：理想地质柱状图，钻孔计划深度、试样采取质量要求，以及钻探方法、钻具的类型和钻进方法。
采用钻孔进行勘探，可以钻得很深，也可在水上进行勘探，这是它的优点。但钻孔内所取出之岩样，容易被破坏其天然级配，对其质量的了解不如试坑全面。
四、地质记录与取样
地质记录与取样两项工作，是地质工作中最基本也是应该最熟练的工作。
记录工作是项细致而又复杂的工作，在工作中常因原始记录质量不高，而给内业整理工作造成很多困难。在这时尽管发现了不少问题，可是去解决这些问题是很不容易的，因为坑孔已经填塞或坍塌，是无法重新校对和检查的。所以，做记录的地质同志必须完全懂得建筑材料勘探中的地质要求，在工作中应细致与详尽的记述坑孔内的情况。
现将三门峡工程某砂砾石材料产地在进行 A2级勘探时，第425号试坑的地质记录(经过室内整理)作为一个例子，来说明地质记录的格式以及内容(图3)。
图3 柱状图
从柱状图的地质说明中，我们不仅知道每层的名称而且可以清楚地了解每层较详细的情况，以及一些水文地质资料，这就对内业整理工作，提供了正确的资料，也帮助整理同志更清楚地了解每个坑孔的具体情况。
从坑孔中所取出的样品分岩样与试样两种：岩样每隔0.5m或变层时取样一次，每次装一小袋，上注明取样地点、深度、编号以及取样日期等，岩样作为检验坑孔地质情况的标本，其作用相当于岩心，仅供地质人员和检查之用。
试样则系送实验室分析之用，一般取样工作系在砂砾石层中进行，对覆盖层与砂砾石层下之无效岩层是不进行采样的。在砾石与砂层中采用全巷取样，即在有效岩层——砂砾石中从上至下取出来一定的重量作为试样，其方法可在坑壁上挖0.4～0.5m宽，深0.25～0.5m的立槽，从槽内取出的砂砾石则作为试样。如在地下水以下或岩层松散，难在坑壁上刻槽，则用倍数吊桶法，即五桶砂砾石中选一桶，或五铲中选择一铲作为试样，当然也可用其他倍数进行取样。所取试样如超过筛分试验所需量，可用四分法缩减，一般试样取1000kg，然后将此1000kg砂砾石试样进行野外的筛分。这种野外筛分的目的是可以找到一个更接近自然形态更有代表性的天然颗粒级配，比从送实验室的几十千克试样所筛分出成果，要精确得多。野外筛分后可以分别得到最大粒径数，以及150～80mm，80～40mm，40～20mm，20～5mm等的百分数(砂由实验室进行)。筛分后应分别从各种不同粒径的试样中选取3～4kg，进行岩石成分、砾石颗粒表面性质、形状等试验工作(见表1、2)。
表1 砾石颗粒表面性质形状鉴定
表2 砾石的岩石成分鉴定
以上野外简易试验的工作，是和实验室工作紧密配合的，因此，野外所获得的资料应随试样交由实验室整理，以便提出完整的试验成果。
送实验室进行骨料要求试验的试样的重量，一般是150kg，这150kg的试样必须要保持它的天然颗粒级配。
在取样过程中，非常重要的一个问题，就是对有害夹层以及有害颗粒(如煤块、粘土块)的处理。无论是倍数吊桶法也好，还是刻槽取样法也好，一般讲，在有效岩层中(砂层及砂砾石层)夹有较薄的粘土夹层或淤泥层时，就应该依照正常的取样方法取样，而不应当将粘土等有害物质选出。因为在正式开采时是不可能一层一点地来挑选那些有害物质的，而是要将有害夹层混在砂砾石中一齐开采出来。所以，在勘探时所取的试样应当尽可能与开采时砂砾石质量相接近。
如果这种有害物质或颗粒比较集中，或构成较厚的层次，而其层位在砂砾石层之上部或下部(如图4)。则应分别取样，或将这种层次列为无效层，则不必取样。那么开采时就可以不去开采或者当无效层挖去，这样做对砂砾石质量来讲是没有任何影响的。
图4根据不同的地质情况，进行不同取样的示意图
五、水工混凝土对砂砾石物理性质的一般规定
天然建筑材料无论是野外或室内定名，皆应根据工程地质分类按不同粒径给予适当的名称。工程地质分类与建筑材料分类是有区别的。因此，在内业整理分析资料时，应将合乎质量要求的砂砾石层的名称，即原依工程地质分类定名换算成建筑材料分类标准，如不合乎质量要求的砂砾石层则不必换算，而用其原工程地质分类定名与描述。如有效层只有一层，为了工作方便起见也可直接用建筑材料分类定名与描述(参阅表3)。
按松散岩石颗粒成分，可将其组成颗粒分成下列数组：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
建筑材料分类：
表3
在评定砂砾石质量，主要是根据苏联“水工建设中的天然建筑材料技术规范”的规定*。
1.砂砾石混合的质量试验
砂与砾石应按下列不同粒径求出百分比：
天然颗粒级配(混合的，单位mm)：＞150，150～80，80～40，40～20，20～10，10～5，5～2.5，2.5～1.2，1.2～0.6，0.6～0.3，0.3～0.15，0.15～0.005，＜0.005的百分数，以及换算成100%的砾石与砂的百分数(参阅表4，5)。
并应求出砾石中最大粒径D，所谓最大粒径D是指通过该筛的砾石不小于整个试样95%的筛子孔径大小。
2.砾石的质量
表4
3.砂的质量
表5
对砂砾石质量的评价(物理性质方面)主要将试验资料与国家标准进行比较，来分析与研究各产地的砂砾石质量，最后可以根据混凝土抗压强度做出结论。
六、储量计算
储量计算是整理砂砾石材料产区地质资料不可分割的一部分，储量计算的结果，可以获得产区与勘探阶段相适应的砂砾石的数量，从而作为设计的依据。
储量计算可分为：地质储量计算和勘探储量计算两种。在技术经济调查报告阶段，根据地质资料，估计砂砾石分布面积与深度，得出一粗略的储量，或根据少数坑孔计算，则可得到“C”级储量。在初步设计与技术设计阶段时，则应根据勘探坑孔的地质资料进行计算，在勘探网范围内所计算出的结果，属于“B”级或“A2”级，而勘探网范围外所计算出的数量为次一级储量。例如，在进行“A2”级，勘探网范围内的储量属于“A2”级，勘探网之外则属于“B”级。这样可以获得A2+B级储量，或B+C级储量。
储量计算的精确度，一般在初步设计阶段时，其计算误差不得超过产地总储量的20%～40%，技术设计阶段的误差不得超过10%～15%。计算数字位数只需达到设计所需提出的相当位数即可。其他位可以零代替(根据И—13规程)。
储量计算方法有：算术平均法；平行断面法；三角法；等值线法等。计算时可以用二种或二种以上方法计算，以便相互校正，具体方法的选择取决于勘探地区的具体情况，一般常用前三种方法。
在岩层厚度、坑孔间距及勘探线的分布不均的情况之下，可采用算术平均法，这种方法很简单，获得结果较正确，即在平面图上圈定储量计算范围，求其面积，然后根据面积内的勘探资料计算平均厚度。
计算公式：
Q=FH(体积法) Q=FHD(重量法)
Q——储量(单位m3/t)；F——面积；D——比重；H——平均厚度。
平行断面法：在该面积内沿平行线或接近于平行线排列的坑孔，作垂直剖面图(图5)。
图5 平行断面储量计算平面图
图6 三角形储量计算法示意图
三角法：当坑孔间距不等或勘探线不够规则时，可采用此法。在平面图上联结各勘探点成许多三角形；利用三角形的面积求出储量(图6)。
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
a，b——为三角形之底和高；h——为有效岩层之厚度；Q1——为一个三角形之储量；Q1+Q2+Q3+…=Q为产区之总储量。
最后，应该计算出覆盖层与有效层之比。
同样，也用以上方法计算其覆盖层体积。
表6 平行断面法计算表
七、内业整理与报告的编制
(一)内业整理
一般分下列三个方面：
1.颗粒成分的整理
把在野外以及在试验室内所求得的有效岩层砂砾石颗粒成分，均列入一个汇总表中，同时在这个表中计算出每个坑孔，每层和整个产地砂砾石成分的加权平均值。在地质剖面上分出的扁豆体(凸镜体)和薄夹层的颗粒成分，不单独进行分析，把它们包括在较厚的成分内。有时，个别砂砾石层分层不明或成层不经常，那么最好是将几个岩层合并为一个大层，并根据这一个大层计算颗粒成分的加权平均值。
有效层(砂砾石层)的颗粒成分的加权平均值应以表格形式列入本文报告中，把它绘在适用标准曲线图上。如果加权平均颗粒成分的累积曲线没有超出界线，那么砂砾石是适用于水工建筑物混凝土骨料的标准(参阅图7、8)。
图7 混凝土的砾石颗粒成分曲线图
附注：①所谓D最大是指通过该筛的砾石不小于整个样品的95%的筛子孔径大小；②对混凝土适用的砾石，其颗粒成分不超出斜线面积范围
图8 混凝土的砂砾颗粒成分曲线图
注：对混凝土合适的砂子，其颗粒成分不超出斜线面积范围
加权平均颗粒成分按下列公式计算：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
式中：B——某层颗粒加权平均含量；
b1——第一试验层或第一试验段的同一种颗粒含量；
b2——第二试验层或第二试验段的同一种颗粒含量；
m1、m2…mn——试验段或试验层的厚度。
为了计算加权平均成分，可以采用辅助表(参阅表7、8)，在辅助表中写入坑孔编号、取样深度、试验段厚度及试验段厚度乘上颗粒最初百分率含量的结果。在任何情况下全部颗粒的总量都应该等于试验段厚度乘100。每类颗粒的加权平均成分很容易地用试验段总量厚度除以乘数的和求得。
如图-×-×则合乎标准、—×—×则不合乎标准，颗粒偏细。
表7 储量计算表
表8 颗粒成分加权平均计算辅助表（建筑材料分类）
表9 岩石颗粒成分表(建筑材料分类)
在砂砾石混合成分中换算成砂和砾石的总含量，可将不同粒径的砾石的百分含量乘上100。再用砾石的总含量除，用同样的方法也进行砂的换算。
砂和砾石的颗粒换算根据一般所采用的方程式计算：——
对于砾石40：100=10：X、则
(砾石总含量)(某颗粒百分数)
对于砂子60：100=8：X、则
(砂子总含量)(某粒径百分数)
每个坑孔的换算结果均须列入汇总表内，同时在这表内还应该列入各层与整个产地的资料。
2.物理性质的整理
所有试验成果资料，应汇于总表中，列入表中的平均值，如算术平均值一样，根据试验数值计算出。并应列表说明：平均值、变化范围(即最大或最小)和试验次数。
砂与砾石是否适用制备水工混凝土骨料，则必须将物理性质平均指标与国家标准要求相比较的基础上作结论。
3.图件整理工作
砂砾石材料勘探结束后，应提交坑孔检验表、纵横剖面图、平面图等。在地质情况较为简单地区，地质地貌图与坑孔平面布置图可以综合在一起，在技术设计阶段并应提交地下水位等高线图、有用岩层与覆盖层等厚线图。
柱状图的比例尺根据坑孔深度而定，深度在10m上下的坑孔，一般用1：50的比例尺(参阅图2)。
绘制砂砾石材料勘探剖面图的方法与一般地质剖面图没有多大的区别，但为了储量计算方便常将岩层分界线用直线表示。剖面图的比例尺也应根据具体情况确定，总的要求是以能在图上清楚的表示地质情况，地下水位以及取样深度，储量计算界线等为原则。
平面图内容包括两个：一为地质情况，岩层水平分界线，地貌分界线等，地质方面内容要求较为简单不必过于复杂(如产地地质情况的确相当复杂，则应单独绘制地质图)。二为实际材料图，图上的数字必须十分准确，柱状图、剖面图、平面图彼此之间没有矛盾和出入。并在图上注明坑孔编号、高程、水位、砂砾石层厚以及覆盖层厚度等。如为了研究与分析各坑孔质量具体情况，也可以在平面图上表示某些试验项目的指标。并按质量情况，分成数区。
表10××产区砾石质量
表11××产区砂的质量
(二)报告的编制
建筑材料普查与勘探技术报告：通常是工程地质总报告的一个组成部分，它由以下两部分组成：文字和图表附件。文字部分应包括必要的图纸和表格，文字的附录包括颗粒成分总表，岩石物理性质总表以及其他图件等，排列在参考文献目录的后面。
建筑材料产地普查和详细勘探报告通常包括：①绪言；②普查工作成果；③勘探成果；④总的结论。如果建筑材料报告不包括在总报告中，而单独成立一报告时则应增加“区域地质概述”和“区域气候概述”。
在第一部分“绪言”中需指出野外队的任务(所需储量及其用途)和任务的提出者，所设计水力枢纽的简单资料(水力枢纽的主要建筑物及回水高程)，野外工作进行时期主要的完成工作量(表格形式)及完成量与计划的比较，野外工作和室内整理工作的执行者。
在第二部分“普查工作成果”中包括普查和初步勘探时的全部资料。每个产地要进行描述，并对整个做出结论。对产地进行描述时，要指出：产地距坝址的相对位置，完成坑孔的数量，地质和水文地质情况，质量符合“C”级的储量，以及有关利用材料的建议。
第三部分“勘探工作成果”最好根据它们的功用分类，然后再详细描述。对每个产地的描述都成为一个单独的章，每章中应包括：①概论；②产地地质和水文地质简述；③勘探工作和取样试验；④质量鉴定；⑤储量计算；⑥结论。
在“概论”中应指出：产地的地理位置，产地距施工场地的距离，交通运输及其他情况如何，产地地形特点，地面高程和成因类型。对以前的工作也应加以简略叙述。
在“产地地质和水文地质简述”中，须指出岩层产状特性和成因，各个岩层的颗粒成分及厚度，同时要说明有用岩层及含水情况。
在“勘探工作和取样试验”中，列入完成钻孔的全部资料，坑孔最深最浅，平均的深度、勘探方法、孔径大小、排水情况、检查坑孔号数及数量、勘探线间和线上坑孔间平均距离等。此外还应说明取样方法与数量。
在质量鉴定一节中，包括两种资料：(1)小颗粒成分资料，附带说明蛮石含量及大小；(2)物理性质及有害杂质物的资料。然后将各项试验成果与国家标准进行比较产地质量估价。
“储量计算”一节中应指出，已经勘探过的面积和计算储量的面积，认为勘探范围内某段不适用的原因，那些属于土层?那些属于有用岩层?储量计算范围应标明在平面与剖面上。并附上储量计算的结果。
结论：在这部分中应指出产地距坝址的位置，砂砾石质量与数量上的简述，有关利用或改善以及今后工作的建议。
最后在“总的结论”中，应写出普查时所调查过的每类产地和已勘探的每一产地的简要情况。然后，进行所有产地的比较评述，并提出有关利用或进一步勘探产地的意见。
(原载于《水文地质工程地质》1957年第8期)
⑩ 地基与基础处理
(一)大直径钻孔桩施工
大直径钻孔桩施工是指成桩直径在800mm以上的钻孔桩。
钻孔灌注桩施工应根据地质条件、桩径大小、入土(岩)深度和设备条件,选用适当钻具和钻孔方法,以保证顺利地钻到预计孔深,然后,清孔、下水钢筋笼、灌注水下混凝土等。其成孔和成桩工艺见图2-33所示。
图2-33 水上钻孔灌注桩施工程序
1—用振动器下套管;2—用抓斗挖掘,3—安装钻机,4—反循环钻进;5—丈量孔深;6—下钢筋笼;7—下入导管清孔;8—灌注混凝土,9—起拔套管,10—桩完成
大直径钻孔桩的施工方法包括:回转、冲击、冲抓、螺旋钻、潜水钻、沉管成孔、钻孔扩底施工等。但不包括爆扩灌注桩、人工挖孔灌注桩的施工。
1.泵吸反循环钻进成孔
1)泵吸反循环钻进成孔具有施工效率高、桩孔质量好、成本费用低、施工安全等优点,在桩孔施工中应优先采用。
2)泵吸反循环钻进工艺适用于填土层、砂土层、黏土层、淤泥层、砂层、卵砾石层和基岩钻进成孔。但填土层中的碎砖填石和卵砾石的块度不得大于钻杆内径的4/5,否则易堵塞钻头水口或管路,影响冲洗液的正常循环。施工的桩孔直径一般在600mm以上,孔深一般不超过70～80m。
3)冲洗液循环系统设置应遵守下列规定:①规划布置施工现场时,应首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的安设,以保证泵吸反循环作业时,冲洗液循环通畅,污水排放彻底,钻渣清除顺利;②地面循环系统一般分为自流回灌式和泵送回灌式两种(图2-34)。应根据施工场地、施工地层和设备情况,合理选择循环方式。由于自流回灌式循环系统设施简单,清渣容易,循环可靠,应优先使用;③循环系统中沉淀池、循环池、循环槽(或回灌管路和回灌泵)等的规格,应根据钻孔容积,砂石泵的型号规格来选定;循环池的容积,应不小于桩孔实际容积的1.2倍,以保证冲洗液正常循环。沉淀池的容积一般为4～8m3。桩孔直径小于800mm时,选用4m3;小于1200mm时,选用6m3;大于1200mm时,选用8m3。溢流池的容积不小于桩孔实际容积的1.2倍,以确保灌注混凝土时,冲洗液不致外溢;循环槽(或回灌管路)的断面积应是砂石泵出水管断面积的3～4倍。若用回灌泵回灌,则泵的排量应大于砂石泵的排量;循环槽(或回灌管路)的坡度不宜小于1∶100。④沉淀池和循环池等可用砖块砌制或用4～6mm钢板加工制作。⑤沉淀池应满足钻渣清除外运的方便。
图2-34 泵吸反循环泵送回灌系统示意图
1—砂石泵;2—钻机;3—桩孔;4—泥浆溢流槽;5—除渣设备;6—出水管;7—沉淀池;8—水龙头;9—循环池;10—转盘;11—回灌管路;12—回灌泵;13—钻杆;14—钻头;15—沉淀物
4)冲洗液净化。①清水钻进时,钻渣在沉淀池内通过重力沉淀后予以清除。沉淀池应交替使用,并及时清除沉渣;②泥浆钻进时,宜使用多级振动筛和旋流除砂器或其他机械除渣装置进行除砂清渣。振动筛主要清除较大粒径的钻渣,筛板(网)规格可根据钻渣粒径的大小分级确定,旋流除砂器的有效容积,要适应砂石泵的排量,除砂器数量可根据清渣需要确定。
5)钻进参数应根据不同地层情况、桩孔直径,并获得砂石泵的合理排量和经济钻速按表2-19的值加以选择。
表2-19 泵吸反循环钻进推荐参数和钻速表
注:①本表钻进参数以GPS15型钻机为例;砂石泵排量要考虑孔径大小和地层情况灵活选择调整,一般外环间隙冲洗液流速不宜大于10m/min,钻杆内上返流速应大于2～4m/s。②桩孔直径较大时,钻压宜选用上限,转速宜选用下限,以获得下限钻速;桩孔直径较小时,钻压宜选用上限,以获得上限钻速。
2.正循环钻进成孔
1)正循环钻进成孔适用于填土层、黏土层、淤泥层、砂土层、基岩,也可在卵砾石不大于15%,粒径小于10mm的部分砂卵砾石地层施工。施工的桩孔直径一般不宜大于800mm。
2)正循环钻进成孔应采用泥浆护壁,泥浆的性能指标应符合前述规定。
3)泥浆循环系统的设置应遵守下列规定:①循环系统由泥浆池、沉淀池、循环槽、废浆池、泥浆泵、泥浆搅拌设备、钻渣分离装置等组成,并应具有排水、清渣、排废浆设施和钻渣转运通道等。一般宜采用集中搅拌泥浆,集中向各钻孔输送泥浆的方式(参阅反循环成孔)。②沉淀池不宜少于2个,可串联并用,每个沉淀池的容积为4～6m3。泥浆池的容积为钻孔容积的1.2～1.5倍,一般不宜小于8～10m3。③循环槽应设1∶200的坡度,槽的断面积应能保证冲洗液正常循环而不外溢。④沉淀池、泥浆池、循环槽可用砖块砌筑和水泥砂浆砌筑牢固,不得有渗漏或倒塌。泥浆池等不能在新堆积的土层上,防止下陷开裂,漏失泥浆。
4)应及时清除循环槽和沉淀池内沉淀的钻渣,必要时可配备机械钻渣分离装置。钻进砂土层或容易造浆的黏土层,应控制冲洗液相对密度和黏度变化,并可用絮沉,适时补充低相对密度、低黏度稀浆或加入适量清水,调整泥浆性能。泥浆池、沉淀池和循环槽应定期进行清理。清出的钻渣应及时运出现场,防止钻渣废浆污染施工现场及街道。
①冲洗液量可由下式计算:
Q=60×10·F·V (2-1)
式中:Q为冲洗液量(L/min);F为环空面积(m2);V为上返流速(m/s),如表2-20。
表2-20 冲洗液上返流速表单位:m/s
②转速。一般砂土层钻头回转速度,推荐为1.2～1.6m/s,相应转速为40～80r/min;较硬或非均质地层,钻头回转速度可适当调变。
③钻压。在松散地层中,给进压力应以保证冲洗液畅通,钻渣清除及时为前提,灵活加以掌握;在基岩中钻进可通过配置加重钻铤或加重块提高钻压。钻压可按表2-16所示进行选择。
3.潜水钻钻进成孔
1)潜水钻进适用于填土层、砂土层、黏土层、淤泥层和强风化基岩。施工孔径可为4600～1200mm。潜水钻的主要设备和机具包括潜水电钻、卷扬机、电缆卷筒、水管卷筒、泥浆泵、砂石泵、方型钻杆、电缆线、进浆胶管、正反循环钻头、配电柜、给、排水设备等。潜水钻设备简单、体积小、无噪音,具有正反循环功能,适合于城市狭小场地施工。潜水钻成孔的现场布置和冲洗液循环系统设置,宜采用泵吸反循环为主的循环方式。选用泥浆作冲洗液,其性能指标同前述。
2)潜水电钻、卷扬机和砂石泵的电缆均应接入配电箱,便于控制,应注意通入潜水电钻的电缆不得破损、漏电,并须指定专人负责收放电缆和进浆胶管。电缆的安全架设和收放操作,应严格遵守电气操作安全规定。
3)钻进时潜水电钻产生较大的反扭矩。因此,必须将钻杆卡固在导向滚轮内以承受反扭矩,并使钻杆不旋转。
4)为防止潜水电钻因钻杆折断或其他原因而掉落孔内,应在电钻上加焊吊环,系一保险钢绳并通出钻孔外吊住;还需在电钻的电缆线和进浆管上用油漆标明尺度,便于和钻杆上所标尺度相校核。
5)钻进中应根据钻速和进尺情况及时放松电缆线及进浆胶管。应勤放少放,以免放得过多,造成电缆或胶管缠绕钻头而发生事故。
6)潜水电钻的泵吸反循环或正循环的启动、主要操作要点、钻进参数选择、钻速控制、事故处理等可按本章第四节和第五节的有关规定执行。如果利用压缩空气作反循环,则混合器的沉没深度以不超过空压机工作压力为限。
4.冲抓锥成孔
1)冲抓锥成孔是用具有冲击功能并由锥瓣直接抓取土石的冲抓锥来钻进成孔。它的冲击作用在于使锥瓣易切入地层中,而不以击碎土石为主要目的。这种方法适用于杂填土层、黏土层、砂土层、砂卵砾石层、漂砾层等,不宜用于基岩钻进成孔。施工直径一般为700～1200mm,孔深一般在20m以内。当孔深超过20m,则因提升下落冲抓锥时间长,钻进效率降低,可改用冲击钻进成孔。
2)冲抓锥成孔的主要设备和机具包括:钻架、卷扬机、冲抓锥、自挂脱机构、出渣车及泥浆搅拌机等。
3)冲抓锥按操纵锥瓣开合方式不同,分:双绳冲抓锥和单绳冲抓锥。双绳冲抓锥由两根钢丝绳直接控制锥瓣开合,无须自动挂钩机构,设备安装简便,且可多次冲击再提冲抓锥,故宜优先采用。
4)提升冲抓锥的钢丝绳,应选用同向捻制、纤维心、无死折迹、无断丝的,其安全系数不得小于12。
5)冲抓锥与护筒中心线对正,先将冲抓锥悬空停稳,然后慢慢放入护筒内,检查处于锥中心的起重钢丝绳是否在护筒中心位置,若偏离中心位置,应调整钻塔位置,使钢丝绳居中。
6)冲抓锥钻进时,可根据需要直接向孔内灌入泥浆,倒入黏土或投入泥球。倒入黏土后,将锥瓣收拢的冲抓锥放入孔内,冲挤黏土使之与松散的孔壁胶结,然后提起冲抓锥张开锥瓣进行冲抓钻进。
5.冲击钻成孔
1)冲击钻成孔适用于杂填土层、黏土层、卵砾石层、漂砾石层和风化基岩。在含有较大卵。砾石层、漂砾层中施工,成孔效率较高。冲击钻施工的桩孔直径一般为600～1200mm。最大可达3000mm左右。冲击成孔的主要设备和机具包括:冲击式钻机、冲击钻头、抽砂筒等。常用冲击钻头有一字形和十字形;抽砂筒有碗形阀门,单扇活门多种形式,可根据施工需要合理选择钻机类型和钻头形式。
2)冲击成孔使用高相对密度、高黏度的泥浆护壁和浮渣,也可直接向孔内投入黏土或泥环护壁。
3)抽砂筒捞渣应遵守下列规定。①抽砂简直径应为桩孔直径的70%～50%;②开孔阶段,孔深不足3～4m时,不宜捞渣,应尽量使钻渣挤入孔壁;③每钻进0.5～1.0m应捞渣一次,每次捞渣4～6筒为宜。当卵石、漂石层小时进尺小于5cm,在松散地层,小于15cm时,应及时捞渣,以减少钻头的重复破碎现象;④每次捞渣后,应及时向孔内补充泥浆或黏土,保持孔内水位高于地下水位1.5～2.0m。
6.螺旋钻成孔
1)长螺旋钻适用于地下水位以上的填土层、黏土层,砂砾石层等干作业成孔。施工桩孔直径一般为300～600mm。成孔效率高,施工现场没有泥浆污染,在适合条件下,宜优先采用。
2)螺旋钻成孔的设备机具主要包括:导向架、卷扬机、螺旋钻杆、动力机、出土器、钻头等。螺旋钻分长螺杆和短螺杆,钻头的形式有:尖底式、平底式、耙式、筒式等,应根据不同地层和施工条件,选用不同形式的钻头和钻杆。
3)钻进时应遵守下列规定。①开钻前应纵横调平钻机,安装导向套。②开孔时或穿过硬土层分界处时,应慢速回转,控制进尺不宜过快,并保持钻杆垂直。③钻进时应保持钻具工作平稳,尽量减少螺杆晃动,防止钻孔超径或偏斜。④钻进速度应根据孔底阻力大小(电流值变化),及时调整并保持均匀给进,不得忽大忽小造成机具损坏。⑤钻进过程中,随时清理孔中积土。遇到孔内渗水、塌孔、缩径等异常情况时,应将钻具从孔内提出,然后会同有关部门研究处理。⑥采用长螺旋钻具钻进至要求深度时,一般应在原处空转清土,然后停止回转,提升钻具。如孔底虚土超过允许厚度,应使用掏土工具掏出或用夯实工具夯实清底。⑦采用短螺旋钻具钻进时,每次钻进深度应与螺旋长度大致相同。⑧遇较大的卵、砾石、探头石、发生卡钻、夹钻时,不得强行钻进或提升,防止蹩断螺杆。应缓慢回转,上下活动,以解除卡、夹钻事故。
7.沉管成孔
1)沉管成孔是以锤击或振动冲击将带有桩尖的钢管,沉入地层形成桩孔,施工中没有渣土排出和废水污染。适用于填土层、黏土层、砂土层、砂层。沉管的直径一般为φ300～600mm,采用“复打”后,桩径可增加30%左右。沉管的主要设备机具包括:卷扬机、动力设备、钻塔、冲锤或振动锤、钢管、锤垫和桩尖等。
2)桩尖有混凝土预制桩尖和活瓣桩尖两种:预制桩尖的混凝土标号不得低于300号,桩尖的尺寸和配筋布置应符合设计要求,桩尖埋设时应与设计位置相符合,钢管应垂直套入桩尖,并保持两轴一致;活瓣桩尖与钢管连接应牢靠,活瓣转动应灵活,合拢时间隙小;磨损过多时应及时更换。
3)沉管受力应均匀,锤击或振动力须通过钢管中心,防止偏心受力、损坏桩尖、钢管偏斜。
4)沉管过程中,地下水有可能进管内时,应在管内灌入1.5m左右的封底混凝土再沉管。
5)应严格控制最后一阵冲击的贯入度或最后两个两分钟振动的贯入速度,其值应遵守设计要求,或根据试桩和当地长期的施工经验确定。采用“复打”时,应清除管外的泥、砂,前后两次沉管轴线应重合。复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝之前进行完毕(包括第二次灌注混凝土)。振动沉管时,应采用收紧钢丝绳加压或配重加压,以提高沉管效率。
8.钻孔扩底成孔
1)钻孔扩底是桩孔施工到预定深度时,撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层扩大孔底。钻孔扩底成孔适宜于较硬实的砂土层、黏土层和砂卵砾石层,淤泥层不宜扩底。
2)钻孔扩底应遵守下列规定:①钻进速度不宜大于500mm/min。②钻进至设计标高后,应保持空转不进尺,逐渐撑开扩刀,切土扩底。应注意观察动力设备运转情况,随时调节扩孔刀片切削土量,防止出现超负荷现象。扩底完毕应继续空转几圈,才能收拢扩刀。③必须在扩刀完全收拢后,才能提升钻具。钻具提出孔口前,应将孔口积土清除干净。④桩孔扩底完毕,应清除孔底虚土或沉渣。⑤水下扩孔必须采用泥浆护壁,并适当提高泥浆的黏度和相对密度。
(二)三层管旋喷施工
分别使用输送水、气、浆三种介质的三重注浆管。在以高压泵产生20MPa左右的高压水喷射流的周围,环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流,进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体,形成较大的空隙。再由泥浆泵注入压力为2～5MPa的浆液填充,当喷嘴作旋转和提升运动,最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体。三重管旋喷注浆施工见图2-35所示。
图2-35 三重管旋喷注浆示意图
喷射成桩时,开始先送高压水,再送水泥浆和压缩空气,在一般情况下,压缩空气晚送30s。在桩底部边旋转边喷射1min后,再进行边旋转、边提升、边喷射。
(三)标贯作业
标贯作业即标准贯入试验。
1.试验设备组成
标准贯入试验设备由标准贯入器(图2-36)、触探杆、穿心锤组成。贯入器外径为51mm,内径35mm,长500mm,端部为管靴;穿心锤为63.5kg,自由落距76cm;触探杆一般采用外径为42mm的钻杆。
图2-36 标准贯入器(单位:mm)
1—贯入器靴;2—由两个半圆形管合成的贯入器身;3—出水孔;4—贯入器头;5—触探杆
2.试验要点
1)与钻探配合进行,先钻进到需要进行标准贯入试验的土层,清孔后换用标准贯入器,并测量深度尺寸。
2)将贯入器打入试验土层中,先打入15cm不计击数(称为预打),继续贯入土中30cm,记录其锤击数,此数即为标准贯入击数N63.5。若砂层比较密实,贯入30cm的锤击数超过50击时,也可选记小于30cm的锤击数,并按下式换算成贯入30cm的锤击数。
地勘钻探工：初级工、中级工、高级工
式中:n为所选取的任意贯入量的锤击数;△S为对应锤击数n的贯入量(cm)。
3)拔出贯入器,将贯入器中土样取出进行土样描述,然后换以钻探工具继续钻进至下一试验深度,再重复以上操作。一般可每隔0.5～1m进行一次试验。
4)在不能保持孔壁稳定时,可下套管保护孔壁。
5)当触探杆长度大于3m时,锤击数N63.5应按下式进行触探杆长度校正:
N63.5=α·N (2-3)
式中:N63.5为标准贯入试验锤击数;α为触探数,可按表2-21确定;N为实测贯入30cm的锤击数。
表2-21 触探杆长度校正系数α
3.指标应用
根据锤击数N63.5确定砂土和黏性土的容许承载力(表2-22)和砂土的密度(表2-23)。
表2-22 土的容许承载力
表2-23 砂土的密度