空气潜孔锤钻进技术在河南的应用发展与成效

1 空气潜孔锤钻进技术在河南的应用发展与成效 靳双喜 摘要：“十二五”开局之年，作者概要回顾了自上世纪八十年代以来河南地质勘探行业引进、推广应用空气潜孔锤钻进技术并不断发展的历程及其成效，旨在进一步推动河南地质科技进步，着力提升河南地质工程科技水平，促进工程技术高层次人才发展，带动专业技术队伍整体水平提升，在当前实现深部找矿工程突破战略中，为河南地质找矿突破和跨越式发展做出更大贡献。 关键词： 空气潜孔锤 地质勘探 应用 发展 0、概述 空气潜孔锤钻进以其高效、优质、低耗等显著特点倍受国际钻探界的青睐，自六十年代以来已先后在一些工业发达国家得到广泛应用。我国地矿部门于1978年开始进行该项新技术应用在水文水井钻探的研究，八十年代初，原地矿部水文方法队和山西水文一队相继开展了水文水井钻探气动潜孔锤钻进技术的研究与应用工作，在河北保定、山西太原等地缺水山区的水井施工中成效显著。河南最早于1986年由省地矿厅水文一队开始研究、引进空气潜孔锤钻进技术并应用于缺水山区的水文水井钻探施工，随着对该项技术研究的深入和设备发展的日趋成熟，目前在河南已发展到地质工程施工的各个领域，工艺技术方法实现了多样化，各项技术经济指标先进，取得了十分显著的社会和经济效益，极大推动了河南地质工程施工技术进步，为河南地勘行业经济发展作出了重要贡献。 1、发展状况 2

1.1、水文水井钻探工程 河南省地矿厅水文一队最早于1986年开始进行气动潜孔锤钻进试验的调研、立项和设备配套，1987年7月进行水文水井钻进生产性试验研究，先后完成了《气动潜孔锤钻进试验》、《多工艺空气钻进试验》、《气动贯通式潜孔锤反循环钻进工艺研究》等多项研究项目。 1.2、金矿勘探工程 为解决河南嵩县大张乡范疙瘩金矿区复杂地层取芯困难问题，1990年长春地质学院和河南地矿厅地质二队联合开展GQ—100/44型贯通式潜孔锤反循环取芯（样）钻进试验，解决了该矿区取芯难、效率极低等问题，满足了地质技术要求，取得了良好的技术经济效果。目前吉林大学将该项技术在河南栾川县南泥湖钼矿勘探中推广应用，每年完成数千米工作量。 1.3、煤层气井工程 2003年以来，河南豫中地质勘察工程公司将气动潜孔锤钻进技术应用于煤层气抽采井施工，配备了数台套大功率、高风压、大风量空压机、增压机和先进的进口全液压动力头多功能车载钻机，在河南安阳、焦作，沁水盆地（山西省的晋城、高平、长治、阳泉、沁水、阳城、安泽等市县），陕西榆林，安徽淮南等多处煤碳基地和煤层气富集区，已完成1100余眼煤层气井施工，其中230余眼采用气动潜孔锤钻进技术，累计进尺愈11万余米。 1.4、抗旱救灾工程 1992年在豫西三门峡地区的抗旱打井工程中，采用气动潜孔锤钻进技术高效、优质的完成抗旱井3眼，解决了当地部分群众的人畜用水问题， 3

受到了原地矿部张文岳副部长、河南省地矿厅和三门峡市政府主要领导的现场嘉奖。 2010年3月，在赴云南抗旱救灾打井施工中，采用气动潜孔锤钻进技术， 26天内突击完成19眼抗旱井的施工任务，累计钻探进尺1261.70m，平均时效15m/h，累计出水量1878m3/d，解决了3.756万人的安全饮水问题，创该地区单位时间内打井数量、钻探进尺、出水量之最，率先超额完成国土资源部下达的云南抗旱钻井任务，受到了云南省政府、国土资源部的表彰和通令嘉奖。 2011年3月，在河南荥阳、巩义、博爱等地已完成钻井6眼，约1700m

进尺，钻进最大深度457m、单井最大出水量45m3/h，取得了良好的的阶段性成果，目前该工程正在实施中。 1.5、国外供水井工程 1997年以来，河南地矿行业为开辟国际工勘市场，先后在非洲的加纳、几内亚、塞内加尔等非洲国家，采用气动潜孔锤钻进技术共完成城镇及农村人畜供水井工程施工项目近20余项，完成供水井施工近二千余眼，工作量10万余米，赢得了当地民众的高度赞扬和国际社会的普遍认可，为河南地矿开辟国际工勘市场做出了较大贡献，也为当前河南地矿在非洲国家实施走出去战略的地质找矿、资源开发计划奠定了良好的基础。 1.6、地灾治理工程 1995年以来，河南地矿局探矿三队采用气动潜孔锤钻进技术，完成了以《厦门惠阳大厦高边坡治理》、《小浪底水库进水口边坡锚索加固》为代表的10余项地灾治理及建设工程高边坡支护加固施工项目，完成工作量约 4

4万余米。 2、工艺、技术方法及效果 2.1干空气钻进 采用国产W10/60型高压空压机双台并联，在可钻性为6-7级的地层条件下，钻进最大孔径Φ250mm，平均时效15m/h，单回次最高时效40m/h, 单井最大出水量110m3/h，钻进最大深度796.53m，水下钻进最大深度275m。 2.2空气泡沫钻进 对空气泡沫潜孔锤钻进的设备配套、泡沫材料选型、泡沫配方等进行了较为系统的研究，分别采用了廊坊勘探所、长春地质学院、成都地质学院研制的DF—1、CDT—812、ADF—1和ABS、十二烷基硫酸钠等多种类型的泡沫材料，钻进最大孔径Φ250mm，平均时效14.01m/h。解决了干空段粉尘污染和潮湿层段岩粉糊钻问题，提高了在潮湿层段的钻进效率。 2.3空气潜孔锤跟管钻进 1990年在辉县黄水河水文地质勘察中卵石层钻进中，采用无锡探矿厂生产的GDY—2型工程动力头钻机，配用自行研制的潜孔锤跟管钻具进行了跟管钻进探索性试验并取得较好效果，完成了该项目的钻探施工任务。 2.4空气潜孔锤反循环钻进 采用长春地质学院研制的GQ –200和GQ—100/44型贯通式潜孔锤，选用SHB127/87型和SDC—89/43型外平卡槽式双壁钻杆、W10/60型高压空压机，分别进行了水文水井和金矿勘探空气全孔反循环钻进试验研究，取得了水井钻进平均时效3.72m/h、最高时效9.16m/h、岩芯（样）采取率98%以上、岩芯最大直径62mm、最大长度35mm；金矿钻进平均时效4.08m/h、 5

最高时效46m/h、最大提钻时间间隔86m、钻头平均寿命75m最高寿命124m、岩芯（样）采取率100%、岩芯最大直径44mm、最长102mm的良好的技术经济效果。该项研究在国内首次实现了气动贯通式潜孔锤全孔反循环连续取芯（样）钻进，填补了国内该项技术空白。钻进情况分别见照1、照2、照

3： 照1：水井钻现场 照2：栾川钼矿钻进现场 照3：反循环钻进岩芯(样) 2006年河南豫中地质勘察工程公司与吉林大学工程学院在山西潞安煤矿煤层气工程孔施工中，联合开展了大直径钻孔、多通道贯通式潜孔锤反循环应用试验，钻孔直径Φ630mm，孔深48m ,进尺32m，钻进效率3.0m/h，较常规回转钻进时效0.13 m/h提高了23倍，试验效果良好。 3、主要设备的优化配置 3.1、空压机：由初期采用国产高风压、低风量、高耗能的W10/60型空压机，逐步优化配套了进口智能型中高风压、大风量、低能耗的英格索兰（Ingersoll--Rand）系列750、1070型、阿特拉斯(Atlas-Copco)系列385型和高压力增压机等型号空压机。各型号空压机见下照4、照5、照6： 6

照4：国产W10/60型 照5：英格索兰750型 照6：英格索兰1070型 3.2、钻机：根据钻孔类型将单一采用SPC—300H型黄河钻机推广应用到红星400、SPJ—300、DPP-100、TSJ石家庄煤机厂水井系列等型号钻机。2006年豫中地质勘察工程公司又引进了德国宝峨RB50型、美国雪姆T130XD型全液压动力头多功能车载钻机，大幅度提高了空气潜孔锤钻进设备的技术性能和适应能力。 3.3、冲击器：根据不同孔深、孔径和地层条件，采用了JG、 DHD、TH、CZ等多种系列无阀式高压冲击器，大幅度提高了钻进效率、水下钻进深度、冲击器及钻头使用寿命等指标。 4、完成的主要技术指标及科技成果 空气潜孔锤钻进技术在河南地质工程领域推广应用以来，在水文水井钻探、矿产勘查、煤层气施工、地质灾害治理和建设工程施工等各个工程施工领域，均取得了先进的技术经济指标和显著的社会经济效益，极大地推进了河南地质工程技术进步，为河南地质勘探经济发展作出了重要贡献。完成的主要成技术指标见下表1；取得的主要技术成果见表2： 完成的主要技术经济指标 表1 应用类别 工 艺 方 法 孔数（个） 工作量 （m） 岩石可钻性（级） 孔 径 （mm） 平均时效 （m/h） 最高时效(m/h) 最大孔 深（m） 水下钻深（m） 岩芯直 径（mm）

水文水井 空气正循环 3800 168700 5--6 165--250 15 40 457 257 岩样 泡沫正循环 26 7290 5 165--250 14.01 457 岩样 全孔反循环 4 475 5 250 3.72 9.16 160 110 62 矿产勘查 全孔反循环 9 1764.62 7--8 110 4.08 46 259 220 44 7

煤气勘查 空气正循环 230 112300 4--8 215 28 40 796.53 岩样 工程施工 空气正循环 10项 43180 4--6 100 6.80 18.40 25 取得的主要技术成果 表2 成 果 名 称 获奖时间 奖 励 等 级 获 奖 单 位 贯通式潜孔锤及反循环钻进研究与应用 1992年 地矿部科技一等奖 长春地院、河南一水、无锡探矿厂 潜孔锤反循环钻头及钻进技术 1995年 国家发明四等奖 长春地院、河南一水、无锡探矿厂

金矿复杂地层贯通式潜孔锤反循环连续取芯（样）钻探试验研究 1996年 地矿部定向成果二等奖 河南地矿厅地质二队

气动潜孔锤钻进试验 1990年 地矿部、河南省科技三等 河南地矿厅水文一队

多工艺空气钻进试验 1991年 省科技二等、部科技三等 河南地矿厅水文一队

气动贯通式冲击器反循环钻进工艺研究 1992年 地矿部、河南省科技三等 河南地矿厅水文一队

5、研究发展方向

⑴、在现有的高压冲击器基础上，改进冲击器结构设计，提高冲击器的工作压力，在深水位、大水量、高背压条件下获得平稳的钻进效率、增大水下钻进深度能力。 ⑵、改进贯通式冲击器和反循环钻头结构设计，满足固体矿产勘探对岩矿芯分析样品最小尺寸的要求，促进该项技术在多矿种固体矿产勘探、开发中的应用。 ⑶、改善潜孔锤钻进钻具结构形式，进一步提高在火成岩强造斜地层中钻进防斜、纠斜能力。 ⑷、进一步开展在大孔径（孔径大于215mm）、深水位、大水量条件下的综合钻进工艺研究，以解决高海拔缺水山区人畜供水和特殊用途、特殊要求的井孔（矿山通风井等）工程施工问题。 6、结束语 上世纪八十年代以来，空气潜孔锤钻进技术在河南成功应用于水文水井钻探、金矿勘探、煤层气施工、地质灾害治理和建设工程施工等各个钻探施工领域，极大地推进了河南地质工程技术进步，为河南地质勘探经济发展作出了重要贡献。值此“十二五”开局之年，谨以此文，期望进一步提升全省地质工程科技水平，在当前实现深部找矿突破战略中，为河南找矿突破和跨越式发展做出更大贡献。