空气潜孔锤

1．概述

空气潜孔锤钻进工艺，以其优质、高效享誉全世界。我院在部、局领导下，为解决山西老区、山西人畜吃水及工业用水问题，从1994年开始应用此项新工艺打井，截止1997年底共成井16眼，进尺7220.15m,，总涌水量1800t/d,，单孔最深进尺712m，最大终孔直径250mm，最高台月效率1626m/台月，最高回次进尺220.11m，平均时效4.05m/h，最高时效42.03m/h，实现产值705万元，获得很好的经济和社会效益。例如：河津下华乡周家湾村、杜家湾村由于多年缺水，人畜吃水每担水（约30L）1.5元，几个乡镇煤矿常年吃矿井水及雨水，成井后，几个自然村、学校及煤矿均能吃上优质的地下水，人们奔走相告，自动云集到井场庆贺，村委会给钻机工人发奖金5000元，并赠锦旗以表谢意，乡宁县光华镇西坡村、土窑村过去吃的是雨水和河里的污染水，成井后，人们载歌载舞高开庆功会，现已建成一座焦化厂，井水能保证生产、生活用水；中条山有色金属公司篦子沟矿，3000余名职工几十年来一直没有从根本上解决吃水问题，我院选择了一个裂隙发育地段打基岩井一眼，水质优良，出水量大，从此解决了他们的吃水问题；晋东南壶关县多年吃水困难，我院设计施工两眼700多米深的基岩水井，解决了人畜吃水问题，同时乡镇企业也焕发了新的生机；乡宁县冶炼总公司、永鑫冶炼公司、振兴焦化厂的生产生活用水，全部由我院采用潜孔锤钻进工艺所打水井供水，他们1997年产值突破1亿元。

2.设备及钻具

空压机：XHP-750-CAT型，XHP－760－CAT型，单机风量21.3m/min，最大风压2.1MPa；钻机：SPJ-300型（带水刹车），ZJ150－1型改装成水井钻机，最大扭矩23kN?m,最小转速15r/min；泡沫泵；BW250/50型(去掉两个缸);排尘鼓风机:4-72/4.5A,风量2328m/h;动力机:4135柴油机,75kW发电机组.89mm钻杆;气动潜孔锤:J350,J250-B;J200-B;DH6-10A。

3.地质条件及水井井身结构

⑴地质条件

上部为第四系松散层,岩性以砾石、漂石、砂土为主，夹有亚粘土、粘土层，厚度20～50m。

中部为石炭系地层夹有多层煤层，岩性以砂岩为主，研磨性强，煤层最大厚度6m。

下部为奥陶系灰岩，岩性以灰岩为主，部分地区夹有厚层泥质灰岩，易坍塌、掉块，个别地区（如壶关）泥灰岩呈流塑状，富水。

3．2井身结构

所施工水井井身结构大致可以分为两类：⑴基岩含水层稳定：松散层下入钢管，基岩井段裸眼成井；⑵基岩含水层不稳定；全井下入钢管，含水层部分下光花管（打眼直径6～10mm）。在确定井身结构时，尽量避免变径过大，级差大，以防止上返风速在变径处发生变化，造成岩屑淤积，引起埋钻事故。

4 钻进技术

4．1 机场布置及钻具连接

空压机离钻机15～20m，压缩空气通过手动阀、逆止阀、高压胶管、四通，水龙头、主动钻杆、钻杆进入潜孔锤使其工作。破碎岩屑在风的带动下上返至井口，排渣鼓风机进风口通过排渣胶管在井口管处产生负压，岩粉屑通过排渣管进入集渣箱，混合空气在集渣箱中产生涡流，将岩粉分选出来沉积，一个回次结束后，打开集渣箱门，将岩屑清除干净。

如果井深或岩粉潮湿时，岩屑不能仅靠空气顺畅排出，需加入泡沫溶液，在高压空气携带下进入井底发泡，起到携带岩粉岩屑的作用。设在四通处的压力表能准确反映系统内压缩空气的压力。

4．2 钻进参数

⑴钻具转速：根据钻头直径（D）、钻头上硬质合金柱直径（d）、潜孔锤冲击频率（∫）来确定转速（n）。n=fd/∏l我们一般控制在15～20r/min.

⑵钻压：一般控制在8～15kN之间。

⑶风量：全风量31.3m/min。

⑷泡沫剂加量：勘探技术研究所生产的ADF－1型泡沫剂，浓度4‰～6‰。并深超过200m后，适当提高浓度，可达1％，

泡沫剂溶液送量30L/min。

4．3 操作方法及注意事项

⑴保持钻具内孔清洁，以防将潜孔锤活塞卡住而不能工作，防止过快磨损内缸套和活塞。

⑵钻具接近井底0.3m时送风，待风返回井口后再开车转动钻具，扫到井底，潜孔锤工作正常后方可按正常参数钻进。

⑶加钻杆时把钻具提离井底，主动钻杆出井口后方可停风、加钻杆。

⑷加钻杆后，先探明井底内沉渣，如超过0.5m时，要先送风清渣，然后再正常钻进。

⑸若井深超过100m，孔径在200mm以上，每进尺6～9m至少要专门清渣一次，观察返上来的岩屑数量，确定岩粉全部返出后，方可进尺，以防井壁储存过多岩屑，造成埋钻事故。

⑹当井深超过300m时，泡沫剂溶液送量如超过30L/min，就会影响潜孔锤正常工作，应采取分段清渣法。即每进尺3m左右，将钻具提离井底，潜孔锤停止工作，加入泡沫剂溶液，待岩屑清除后，再少送泡沫剂溶液，转入正常钻进，以此循环。

⑺若井径超过300mm，风量严重不足，加入泡沫剂也清除不了岩屑，要在潜孔锤上部加带取粉管，以取粉管的容积大小来确定回次进尺深度，另外一种办法是两台空压机并联使用清渣，这样效果很好。

⑻泡沫钻进时，先送风，再泵入泡沫溶液，以防循环系统堵塞时泡沫剂溶液进入空压机内部造成设备事故。

⑼当地层以砂岩为主且厚时，一个潜孔锤钎头就很难钻进到预计井深，需用两个以上相同规格的钎头交替使用，以防止经磨损外径相差较大时，新钎头下不到井底。

⑽如空气潜孔锤钻进过程中遇大厚度塑状泥灰岩（如壶关井在420～443m遇大厚度塑状泥质灰岩），先用葫芦钻头打穿泥灰岩，再下井管使其坐到泥灰岩上部，然后再用潜孔锤正常钻进，这时在钻进过程中井管自然下行到硬岩处。

⑾每回次结束，要及时检查潜孔锤，如丝扣连接部位及钻头卡销等关键部位，以防潜孔锤零部件脱落井内。

5 结语

空气潜孔锤钻进不但成井质量好（井孔垂直），判层准确，钻杆不易磨损，能快速穿过坍塌掉块等复杂地层，设备故障少，不易堵塞含水层通道，根据背压大小能准确判定涌水量，而且在工程地质堪察（遇卵石层）和基岩采空区桩基工程方面更显威力。如我院1995年在乡宁县七郎庙桥工程地质堪察、恒曲县粮贸集团公司工程地质堪察均遇卵石层，采用潜孔锤钻进技术顺利完工。在荫营煤矿基岩采空区桩基施工中采用空气潜孔锤钻进技术也取得很好的经济效益和社会知名度。山西地处黄土高原，山区、丘陵区占全省面积约72％，而且缺水地区很多，空气潜孔锤钻进工艺在山西应用前景广阔。