不良地质地层导孔钻进的施工技术控制 要点

导孔在不良地质的施工情况分析  利用反井钻机导井法比用人工导井法安全、可靠，机械化程度高、速度快、效率高，在很大程度上能提高经济效益和社会效益。但在施工钻进过程中可能会遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等地质不良段，轻则加大处理时间，影响施工进度。重则导致卡钻、埋钻、掉钻或钻孔偏斜等恶性事故。我们在小湾电站、水布垭电站的反井钻机竖井及斜井施工中均有发生。常见情况如下：  在断层，破碎带和煤层中钻进，有时会出现突然塌孔，岩块稍大时会卡住钻头，此时如不加大循环水的水量和压力，也可出现因细粒沉积卡钻或埋钻，被迫停止钻进。有轻微塌落时出现个别浮石卡住钻杆，亦可使钻杆不能正常旋转，在清水钻进时经常有此现象出现。  由于溶洞和裂隙等存在，导致循环水流失。由于外界水压力不够，致使孔内岩渣沉淀而堵塞，钻进无法继续，严重会导致卡钻、埋钻。  在钻机经过软弱夹层后，由于钻机遇软会偏斜的特点，导致钻孔无法沿正常轴线钻进导致钻孔无法满足要求。  

常见情况的解决方法  （1）通过几个工程的施工实践，我们认为采用反井钻机施工竖井、斜井时，首先应根据井位的柱状图对井筒所通过的岩性、断层、溶洞、风化带厚度、含水层及地下水流动情况等进行详细的了解与分析。对施工中可能出现的问题和应采取的措施列入施工组织设计，并在施工前向施工人员进行交底。负责施工的技术人员要及时掌握进度，在预计不良地质段前采取预防措施。具体措施如下：  （2）塌孔处理。这种现象多出现在断层、破碎带和松软砾石层，一般表现为循环水正常，严重时循环水减少或堵塞，钻进扭矩增大，水泵压力上升，此时应立即提钻，然后再试探性钻井，并用手扶住钻杆，此时可感觉到井底碎石与钻头接触情况，据此决定是否改清水钻进为泥浆钻进，并确定泥浆的参数以护壁。如系中间某处塌孔，应立即边旋转边提升至塌孔上部，如遇岩块阻卡导向器，可上下窜动，不可强行提钻，待浮石松动后再徐徐扫孔，认为中继续钻进时再将钻头下到孔底。否则亦应采用混浆护壁，此后方可正常钻进；  （3）导向器被卡。此种故障多出现于膨胀性岩层破碎带和煤层中，此时扭矩增大。遇此情况也要进行动钻提升，扫孔后继续钻进，在一定时间内再行提钻扫孔，并根据地层情况决定采用泥浆或清水钻进。若用泥浆钻进，应确定合理的泥浆参数。亦可在该段设置宽导向器护壁；  （4）钻杆内孔堵塞。此时只有将全部钻具提出井外进行疏通，且应注意的是当钻杆停转时要将钻头提升至离孔底0.5m以上，以防孔底岩屑继续堵孔。此外接钻杆的时间应控制在5min之内；  （5）循环水流失。钻进中无循环水返回时可停钻注水，如注入一定水量后循正常，说明溶洞或裂隙与外界无水力联系或联系不大，此时可继续钻进。如果循环水流失过多，而钻进扭矩又大，说明岩渣向孔底堆积，此时应增加辅助压气管协助排渣。当钻孔与外界水源相通，且水位高于钻孔，循环水量增加，如压力不大，流量恒定，但排渣不畅，亦可采用压气排渣；如流量较大，压力很高，应立即停钻封孔。

关键性技术的解决方法  在导孔钻进过程中有时会出现由于塌孔、水压力不够、停电等导致孔内石碴滞留堆积后出现卡钻，或是导孔、扩孔施工过程中钻杆断裂后钻杆、钻头滞留在孔内，这些情况处理起来相当困难，并且发生的频率也较多，属于反井钻机导井法施工的难点及重点，在此我们根据经验谈几点体会。  1、导孔钻进过程中的卡钻  我们采取了几种方法进行处理，其中一种方法是采取高压水强行冲孔，在冲孔过程中起动钻机转动钻杆，直至钻杆转动提升。另外一种方法是导孔离下下平洞较近的情况下，从下往上人工打导井贯通导孔，贯通后用高压水冲孔。  2、扩孔过程中的掉钻  在扩孔过程中，由于钻杆断裂，如果扩孔钻头卡在已扩挖成形的孔内，此时若从下面处理非常危险。所以我们考虑从上面导孔中进行，第一种方法：将钻杆接上后采取钻杆对钻头施加压力使其自然坠落至下平洞。第二种方法：在孔口通过钢丝绳将炸药送入钻头卡住部位，引爆后将钻头震落至下平洞。该方法每次炸药用量控制在5～8kg，对钻头不会构成大的损伤。  3、导孔施工过程中的钻杆断裂  部份长期使用的钻杆在导孔钻进及扩孔过程中可能会发生断裂，反井钻机单根钻杆长度为1m，重达180Kg。在钻杆断裂后，如果不将钻杆取出，那么一方面要丢失钻杆、钻头，造成经济。另一方面还得重新造孔，有些特殊部位还不允许重新造孔。因此如何打捞钻具成了反井钻机导井法施工的一个难题。为此我们发明了一种钻杆打捞器，钻杆打捞器的原理跟膨胀螺栓原理相同，其上部与钻杆呈直螺纹连接，下部为椎形套，前进过程中可以直接进入已断裂钻杆的内壁，进入内壁后，在打捞器提升过程中椎形套会张开，与断裂钻杆内壁紧紧连接，越拉越紧，然后通过打捞器将孔内钻杆提升到孔口用夹钎器固定后逐一取出钻杆。该打捞器一次能提升40吨以上的重量。即能提取200m以上的钻杆长度。基本能满足取钻要求。

 

不良地质地层施工方法  经过实践，我局总结出以下两种方法进行不良地质地层施工。 1、循环钻灌成孔法   我局在小湾左岸砂石系统遇2#竖井、水布垭电站4#引水斜井、4#母线竖井、交通电梯井及三板溪电站的2#、4#引水竖井在钻孔过程中遇到断层、裂隙、溶沟、溶槽或软弱夹层等地质不良段，在钻进过程中不同程度的出现孔口不返水排碴现象。均采用循环钻灌成孔法进行处理。具体方法为在现场制备0.4~0.55水灰比的水泥砂浆或泥浆，通过灌浆设备或人工自流输送浆液的方法进行灌注，利用浆液填充断层、裂隙、溶沟、溶槽，灌注浆液24小时后即可进行钻孔施工。这个方法实施较为安全可靠，但由于要反复取钻、灌浆，对施工进度影响较大。   2、强行成孔法  该方法适合于断层、裂隙带范围不大，且处于竖井及斜井的深孔带，该方法就是在竖井及斜井孔深超过100m后，在遇到断层、裂隙后出现孔口不返水时，继续钻进并不断的用泥浆泵向孔内压水，直至孔口返水。该方法的特点是利用水压力将钻孔时的积碴强行通过裂隙、断层或孔口排除并堵塞裂隙里的渗水通道。我局在三板溪电站、小湾电站竖井施工均采用过该方法，对加快施工进度方面非常有效。  在实际施工中，可根据情况两种方法均酌情采用。