巖土工程師輔導(dǎo)資料：鑿井知識1

　　鑿井是開采地下水的主要手段之一。清咸豐十年(1860年)，英商在黃浦江畔旗昌洋行開鑿第一口井(深76.8米)，至民國初年，開掘深井已有150多處。但鑿井設(shè)備和技術(shù)落后，除了少量日本人的鑿井隊伍采用蒸汽機(jī)為動力外，國人大多采用古代打自流井的機(jī)具鑿井，勞動強(qiáng)度大，但成本低。后改用鐵管作鉆桿回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，人力推動鉆桿旋轉(zhuǎn)，用人力卷揚機(jī)提升鉆具，泥漿泵循環(huán)泥漿。直到抗日戰(zhàn)爭勝利后，才有少數(shù)鑿井隊使用電動卷揚機(jī)提升鉆具，使用發(fā)動機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)。洗井使用單缸空壓機(jī)。1956年，公私合營后成立的上海市鑿井公司，開始制造250型轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，鑿井才開始擺脫“人推磨”的現(xiàn)象。60年代后期，上海探礦機(jī)械廠、建工部鄭州鉆探機(jī)械廠，先后設(shè)計制造了SPJ-300型鉆機(jī)和紅星300、紅星400型轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，并制造了與上述鉆機(jī)配套的B-850型和“紅星號”泥漿泵，鑿井工程基本上實現(xiàn)了機(jī)械化。

　　大口徑松散層供水井

　　50年代，開鑿供水井按照蘇聯(lián)的規(guī)定，鉆探、成孔中禁用泥漿。因此，在上海水文地質(zhì)勘察中，面對巨厚的松散土層(300～400米)，只能采用沖擊、套管跟管鉆進(jìn)方法，這樣做成本高、工期長，而且鉆進(jìn)和起拔套管難。當(dāng)時，上海第一批5個勘探孔，均采用套管沖擊鉆進(jìn)，費工費時，最深的1個孔僅拔套管就用了1年3個月。

　　1958年，上海勘察院開展在水文地質(zhì)勘探中應(yīng)用泥漿鉆探的研究。內(nèi)容包括鉆進(jìn)方法，合理的泥漿指標(biāo)，成井工藝，特別是洗井方法，以消除采用泥漿后，對測定水文地質(zhì)參數(shù)的影響，以及采用套管護(hù)壁與泥漿護(hù)壁取得的水文地質(zhì)參數(shù)的對比。研究成果表明，在上海地區(qū)采用大口徑回轉(zhuǎn)泥漿鉆進(jìn)是較為適宜的，完成300～400米的井，比其他鉆進(jìn)方法速度快、成本低。只要遵循研究成果所規(guī)定的成孔、成井工藝，泥漿鉆探可以用于水文地質(zhì)勘探，所測得的各項水文地質(zhì)參數(shù)與不使用泥漿鉆進(jìn)所測得的參數(shù)一致。70年代后期，太倉自來水廠鑿井?dāng)?shù)口(地層與上海一致)，堅持按規(guī)定的成孔、成井工藝施工的井，單井出水量都在2000立方米/日以上，其中1口井沒有按規(guī)定的成孔、成井工藝施工，井過濾器為泥漿堵死，抽水?dāng)?shù)月，水量每天僅幾十立方米，相差一百倍。上海地區(qū)數(shù)百口井中，凡堅持按成孔、成井工藝施工的單井水量大，水位下降小。否則不是井的出水量小，就是水的含砂量大，給使用帶來困難，甚至影響環(huán)境?？偨Y(jié)出的下列成井工藝流程為提高鑿井質(zhì)量積累了經(jīng)驗：終孔后需進(jìn)行修孔，用鉆進(jìn)的鉆頭，自上而下掃孔，修正孔壁，括去泥皮，測定孔徑、孔斜。修孔達(dá)到孔底后，要沖孔并調(diào)整泥漿比重和含砂量，使井內(nèi)泥漿上下均勻，不含泥塊，含水量達(dá)到規(guī)范要求。在下過濾器前，應(yīng)先將過濾器在地面配好并編號、按序下入孔內(nèi)。過濾上口密封后，從過濾器外逐步稀釋泥漿到比重1.05左右。按設(shè)計填入規(guī)定粒徑的填礫。填礫上部用粘土球止水，然后用粘性土填到地面，將孔封閉以免地表污水流入。化學(xué)、物理洗井，用活塞與空壓機(jī)反復(fù)洗井。洗井結(jié)束后，處理沉淀砂，抽水試驗，取水樣，測水的含砂量后下泵驗交。

　　在60年代研究成果的基礎(chǔ)上，經(jīng)長期實踐又不斷補(bǔ)充完善，改進(jìn)了鉆頭，增設(shè)了保徑圈，運用“鉆具一次彎曲”理論控制鉆壓及合理泥漿指標(biāo)的采用等。這項研究成果已為國內(nèi)外的水文地質(zhì)老師所接受，沖破了水文地質(zhì)勘探中，不允許采用泥漿鉆探的規(guī)定。

　　深井開采中，過濾器是重要的環(huán)節(jié)。1958年以前，上海深井過濾器的設(shè)計很落后，由于本地區(qū)含水層顆粒很細(xì)，為了防止砂粒進(jìn)入井內(nèi)，穿孔過濾器外面包棕皮，孔徑比過濾器外徑大50毫米左右，終孔后，過濾器下入孔內(nèi)洗井即成井，由于抽水后，砂子嵌在棕皮的小孔內(nèi)，最終井出水量越來越少，因而報廢，井的使用壽命平均只有5.2年，最短的1.3年，最長的不超過7年。1958年，上海勘察院和建工部西安鑿井公司上海工程處都采用礫石過濾，井的出水量大，動水位下降小，含砂量同樣可以達(dá)到要求，井的使用壽命增加，在上海得到推廣。這種礫石過濾器是由纏有梯形銅絲的穿孔管和外面填有50～100毫米厚、粒徑為含水層顆粒平均直徑6～12倍的小礫石組成，礫石起到阻止含水層中的砂粒進(jìn)入井內(nèi)，穿孔纏絲過濾器起到阻止填礫進(jìn)入井內(nèi)，使井四周地下水流入井內(nèi)的水力環(huán)境大大改善。80年代后期，引進(jìn)聯(lián)邦德國設(shè)備制作的橋式過濾器，進(jìn)一步代替了穿孔纏絲過濾器，使井的進(jìn)水阻力進(jìn)一步改善，過濾器成本也進(jìn)一步降低。

　　大口徑基巖供水井

　　在山區(qū)，尤其是在喀斯特發(fā)育的地區(qū)，在砂、礫巖的斷層破碎帶和在灰?guī)r與火成巖的接觸帶找水，往往單井出水量很大，可達(dá)2000～10000立方米/日，小口徑井是不能滿足生產(chǎn)要求的。1962年，建工部給水排水設(shè)計院直屬華東水文地質(zhì)大隊，自行設(shè)計、制造168～425毫米的大口徑巖心鉆具。1963年，在杭州飯店西湖古生代石灰?guī)r中開鑿了第一口大口徑基巖井，最初采用硬質(zhì)合金鋼鉆頭鉆井，效率低，小口徑鉆進(jìn)用的鋼砂(直徑1.5～2毫米)粒徑太小，大粒徑(3～5毫米)鋼砂當(dāng)時市場上還沒有供應(yīng)，只能采用碎玻璃屑(3～5毫米)作研磨材料，后來基巖井開鑿數(shù)量多了，就用白口鐵加工3～5毫米的鋼砂，鉆進(jìn)效率大大提高。70年代初，在山東萊蕪電廠十幾口井施工中，采用鋼粒鉆進(jìn)，效率進(jìn)一步提高。杭州飯店巖石井成井的關(guān)鍵之一，是封閉上部第四系的土層，不使井四周土層向井內(nèi)流動，以免地面坍塌。

　　在杭州空軍療養(yǎng)院的鑿井中，遇到溶洞中大量砂、石隨抽水擁入井內(nèi)，將井填塞。后采用下長巖粉管泥泵送清水清孔，撈出砂、石，然后根據(jù)砂、石的粒徑設(shè)計過濾器，有的是骨架(不纏絲)，有的穿孔纏絲(和松散砂層一樣處理)，把過濾器送到出泥砂的溶洞部位，抽水后，砂、石擠在過濾器外面，形成反濾層，又把過濾器擠住，再退出鉆桿，復(fù)活了一口井。

　　在華東地區(qū)很多地方，喀斯特發(fā)育巖層埋藏淺，與第四系松散土層有直接聯(lián)系，抽水后上覆土層中泥砂通過溶斗進(jìn)入溶洞，流入井內(nèi)，造成井四周地面塌陷，房屋裂縫。江蘇宜興三疊系青龍灰?guī)r中，這種現(xiàn)象很普遍，當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)部門稱該含水層不可開采。上?？辈煸航邮荞v宜興部隊營房鑿井任務(wù)后，根據(jù)斷層面傾斜方向的特點，把井布置在距斷層一定的距離，取深部溶洞中的水，然后把上部淺層溶洞封閉，取得較好的效果。

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