沖擊鉆孔

 

  沖擊鉆探是指把鉆桿和巖芯管提到一定的高度后自由落下對土壤和軟弱巖石進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)的過程。這種鉆探的適用范圍較小，主要是土壤和軟巖，效率較低。往往在達(dá)到一定深度以后，由于地下巖芯的抗壓強(qiáng)度會逐漸增大，鉆進(jìn)效果就會慢慢減弱，除非遇到軟土層，比如土壤或者軟質(zhì)巖在地下水位以下等這樣的情況后可繼續(xù)鉆進(jìn)。否則就要停止。

 

  鉆孔保護(hù)膜以及鉆孔工具的尺寸一般是150mm、200mm。對于特殊項(xiàng)目250mm、300mm是適用的。在地質(zhì)條件良好的地層其最大的鉆取深度約為60m。鉆探設(shè)備的類型可能包含一個水力驅(qū)動的巖芯鉆取用的鉆頭夾具。鉆孔工具在一根鋼纜上用絞盤離合器沖擊，這些工具包括：粘土切割機(jī)，用于干燥的粘性土；巖芯管或者打包機(jī)，用于非粘性土；鑿子，用于破碎巖石及其它堅(jiān)硬的地層。粘土切割機(jī)和巖芯管提取擾動材料，這些材料一般具有充分的代表性可用來鑒別地層。

 

  回轉(zhuǎn)取芯鉆孔

 

  鉆頭在鉆孔底部回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)鉆孔方法用于巖石鉆孔和有時勘查用的土壤鉆孔。從表面通過空心鉆桿到鉆頭面的鉆孔液用來冷卻和潤滑鉆頭，將鉆屑運(yùn)送到地面，在使用特殊的鉆孔液時，可以穩(wěn)定鉆孔。鉆孔液體通常是清潔的水、空氣或二者的混合物。在某些情況下，泥漿、聚合物或泡沫用于保持或支持鉆孔的穩(wěn)定性，協(xié)助將鉆屑運(yùn)送到地面并使巖心采取率最大化，特別是在表面沉積物和弱巖石構(gòu)造中。必須安排鉆孔液清潔和再循環(huán)，以便鉆屑從鉆孔底部運(yùn)出。

 

  取芯鉆孔，這種鉆孔環(huán)形鉆頭固定到芯管的外回轉(zhuǎn)管底部，切削在芯管裝置內(nèi)部管內(nèi)獲取的巖芯并運(yùn)送到表面用于檢驗(yàn)和試驗(yàn)。取芯時，通常使用臨時套管來支撐不穩(wěn)定土地或封堵引起鉆孔液過量損失的裂縫或孔隙。鉆孔液體添加劑或水泥灌漿的作用一般比較好。

 

  回轉(zhuǎn)取芯鉆孔通常利用傳統(tǒng)的或配備金剛石或鎢尖頭取芯鉆頭的鋼絲繩型雙層或三層取芯筒(三層取芯管系統(tǒng)可以使用一個雙層取芯管裝配一個半硬質(zhì)塑料襯墊模擬)進(jìn)行。取芯鉆孔的目的是獲得與成本一致的最佳的取芯率和取芯質(zhì)量。

 

  傳統(tǒng)雙層取芯管包括兩個同心圓筒。外筒由鉆桿旋轉(zhuǎn)，在其下端攜帶取芯鉆頭。內(nèi)部圓筒安裝在轉(zhuǎn)環(huán)上，以便其再鉆孔過程中不旋轉(zhuǎn)。巖芯由取芯鉆頭切削，向上傳送到內(nèi)部圓筒中，在取芯運(yùn)行結(jié)束時，取芯管組件通過升高和逐個拆下每個鉆桿上升到表面。利用一個取芯夾具防止巖芯落到芯管外，取芯夾具由彈簧鋼構(gòu)成并剛好位于取芯鉆頭的上方。鉆孔液體在其通過取芯鉆頭的路上向下流過內(nèi)外取芯圓筒之間的環(huán)帶。巖芯自身僅在其通過取芯鉆頭時與鉆孔液體接觸。

 

  對于三層管取芯筒，非轉(zhuǎn)動內(nèi)圓筒包含一個可拆卸的取樣管或襯墊。在每次取芯運(yùn)行結(jié)束時該襯墊和其包含的巖芯一起提取并存儲在一個巖芯盒中。因?yàn)橐r墊在因此使做記錄的地質(zhì)工作者能夠提取比其他套管更多的信息，襯墊可以用各種材料制成并采取對開管口、無縫管或剛性和半剛性塑料襯墊的形式。三層管取芯筒可以是專門設(shè)計(jì)的，但更通用的傳統(tǒng)雙層管取芯筒可以進(jìn)行修改，采用內(nèi)部半剛性塑料襯墊，并充當(dāng)三層管取芯筒。

 

  有很多取芯鉆頭可用，能在任何給定的土地條件下提供最佳結(jié)果的類型可能必須利用試驗(yàn)來確定。應(yīng)該承認(rèn)影響最佳鉆孔速率鉆頭選擇的因素可能不同于確定巖芯質(zhì)量的鉆頭。薄壁鉆頭產(chǎn)生的鉆屑較少，允許使用較低的沖洗速率，以減少干擾。從另一方面來說，薄壁鉆頭通常不提供用于沖洗液的正面排放，在液體通過鉆頭內(nèi)部和巖芯之間時可能出現(xiàn)一些干擾，不過這可以利用伸出或收縮型取芯圓筒避免。在某些情況下成梯狀的鉆頭提供鉆孔速率和質(zhì)量優(yōu)點(diǎn)；它們也趨向于形成較直的孔。對于強(qiáng)磨蝕巖石，金剛石質(zhì)量和矩陣選擇是重要考慮事項(xiàng)。

 

  鉆頭一般有合金鉆頭、金剛石鉆頭、復(fù)合片鉆頭等，每個鉆頭都有它適合的地層范圍，合金鉆頭一般是土層、軟巖層或者砂層。金剛石和復(fù)合片一般適用于硬質(zhì)巖層。

 

  與輔助表面和采用的孔內(nèi)設(shè)備匹配并適合于預(yù)計(jì)的鉆孔地質(zhì)條件的沖洗介質(zhì)的認(rèn)真選擇非常重要。水和空氣使用最簡單也是最普通的。鉆孔泥漿包括水加粘土或皂土，水加添加劑，如氯化鈉、泡沫、聚合物混合物和空氣/水霧，也用作沖洗介質(zhì)。混合物和水加添加劑在鉆屑可能以較低的沖洗速度去除中的水和空氣，因此可減少切削鉆頭上或弱或未膠結(jié)結(jié)構(gòu)中的鉆孔內(nèi)的干擾和沖洗。將空氣用作沖洗介質(zhì)可能在某些地質(zhì)構(gòu)造中或在對使用其他涉及含水層或地下水污染的液體施加限制時更有優(yōu)勢。鑒于水和聚合物可能易于增加巖芯的自然含水量，使用空氣可能傾向于減少含水量。在某些構(gòu)造中空氣可能破壞軟弱構(gòu)造并形成弱路徑，可能引起空氣沖洗泄漏并永遠(yuǎn)變成地下水路徑。

 

  國內(nèi)鉆探工藝的流程和要求：  國內(nèi)現(xiàn)行的鉆探工藝主要是單管旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)的工具由鉆桿、巖芯管、鉆頭及相應(yīng)的現(xiàn)場測試工具組成。

 

  在鉆探過程中，鉆桿是和巖芯管鉆頭按照順序收尾相接起來，由鉆機(jī)上的主軸帶動鉆桿到鉆頭轉(zhuǎn)動的過程。隨著深度的增加，鉆桿會慢慢的加長，巖芯管也會根據(jù)地質(zhì)要求或者地層情況進(jìn)行變徑，鉆頭也要對應(yīng)著和它相適應(yīng)的地層，這樣，鉆探的質(zhì)量和效率才能達(dá)到最大化。

 

  在鉆探的過程中，鉆頭通過鉆具在地表柴油機(jī)的帶動下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，巖芯通過鉆頭的向上傳遞進(jìn)入到巖芯管中，當(dāng)鉆探的每一個回次的長度達(dá)到地質(zhì)上要求時，或者變層、遇到地下水及其他遇到的應(yīng)該停止鉆進(jìn)的問題時，要停止鉆進(jìn)，向上提鉆，提鉆之前，要對巖芯管里現(xiàn)有的巖芯進(jìn)行一個固定，防止巖芯管在向上提升的過程中巖芯丟失，巖芯的固定可以由以下幾種方法來實(shí)現(xiàn)：

 

  1、 對于土層，可以在提升之前在鉆孔里利用鉆具向下的俯沖力墩到孔低，反復(fù)幾次，直到把巖芯壓實(shí)，防止丟失。

 

  2、 對于巖層，可以向鉆塔頂部的鉆具中投入幾根短鐵絲，然后再進(jìn)行之前的俯沖操作，用鐵絲將巖芯卡在巖芯管里。 提鉆就是鉆具在向上提升的同時，把鉆桿一一拆卸下來，最后讓巖芯管及鉆頭回到地表的過程，巖芯管回到地表后，要把巖芯管里面的巖芯推出到地表，一般有這樣幾種方法：

 

  1、 把巖芯管豎直架高，然后用大錘敲打巖芯管底部的鉆頭，借震動力使巖芯從巖芯管 里慢慢下滑，直到巖芯全部出來為止。

 

  2、 把巖芯管豎直架高，向下俯沖，利用產(chǎn)生的離心力將巖芯推出巖芯管外。

 

  3、 當(dāng)鉆到地下水位以下時，經(jīng)過地質(zhì)上同意以后，可以利用水沖時產(chǎn)生的推力將巖芯 推出管外。  以上這幾種方法都有一個很重要的注意點(diǎn)，一定要按照真實(shí)的深度將巖芯推出來以后進(jìn)行擺放，不能產(chǎn)生錯誤，以免誤導(dǎo)工程技術(shù)人員對地層的順序所作出的判斷。