DPP100汽车钻在覆盖区地质调查取样钻探中的应用

摘 要 以内蒙古自治区阿巴嘎旗白音图嘎区域地质调查项目取样钻探施工为例，介绍了应用DPP100-5C型汽车钻机在浅覆盖区1：5万区域地质矿产调查试点项目取样钻探试验过程，提出了与之相适应的参数、施工工艺并分析总结了应用效果。

关键词 DPP100-5C型汽车钻；覆盖区；取样工艺

中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0091-01

2013年，武警黄金第四支队承担了中国地质调查局试点项目：内蒙古白音图嘎、哈沙图、甘珠庙、明图庙（L50E019003、L50E019004、L50E020003、L50E020004）幅浅覆盖区1：5万区域地质矿产调查试点（编号：基[2013]01-22-004）取样钻探8000米。从7月中旬开始施工至10月中旬结束，历时4个月，完成取样孔543个，取化探样580组，取基岩样181个（不包含全孔取样），累计完成取样工作量10090.48米，取得了试点成功。

1 地层情况及取样要求

内蒙古白音图嘎地区草原植被好，施工区水源充足，地下水位较高，浅覆盖区主要由上部第四系风成砂、湖积淤泥、冲洪积砂砾，下部泥质砂岩及风化岩等组成。浅覆盖区区域地质矿产调查试点目的是查明区内地层、构造、岩浆、变质、矿产以及其它各种地质体特征及相互关系，化探样品部位是基岩上部风化碎石层，即土壤发生层中含有较多基岩风化碎石的B+C层。采样粒级-4-+20目，采样密度为9个点/km2，样品直径不小于Ф90 mm；地质岩样取样部位在未风化的完整基岩层（紫红色玄武岩），取样直径不小于40 mm，长度大于300 mm。

2 取样方法和钻机选择

钻探采样通常采用回转钻进方法或空气冲击式钻进方法完成钻进取样工作，空气冲击钻以空压机及潜孔锤冲击钻孔方式实现钻进取样，空气冲击钻取样工艺虽然钻进效率通常比回转钻进高（通常能达到10米/小时），但因其在覆盖区无法取得完整化探及地质样，只能取出小颗粒岩样，取粉样对于化探研究基本能满足工作要求，但是还不能满足地质取样需要。因此，本区取样工作只能采用回转取样钻进方式。通过考察对比，汽车钻由于移孔运输更加机动灵活，钻进口径范围大、钻进深度和回转速度等性能均较其他类型钻机更适用于覆盖区地质调查取样要求，因此确定以DPP100-5C型汽车钻为主进行试点施工。

3 钻机参数与钻孔结构

DPP100-5C型汽车钻机为北京探矿机械厂生产的DPP100改进型钻机，其主要是参数为：开孔直径200 mm时，钻进深度可达70米；开孔直径150 mm时，钻进深度可达100米。钻杆为直径50 mm普通锁接头钻杆，回转器给进行程长达1.2米，转速：65，114，192（r/min），反转55。（六方）主动钻杆规格：75*5500 mm，泥浆泵为BWT-450型，排水量为49、70、172、245、92、131、350、450、159、226（L/min）。依据设备性能和取样要求，本区钻孔施工初步确定如下结构：开孔直径为Ф110 mm，终孔于基岩的直径为Ф75 mm。

4 钻进取样工艺应用

4.1 钻具配备

Φ110、Φ91合金钻头，Φ75金刚石钻头；Φ108、Φ91、Φ75单管钻具；Φ50锁接头钻杆等。

4.2 工艺参数

依据地层情况和取样要求，对于化探取样孔钻进，采用单管合金“干钻法”施工，其参数只考虑压力和转速即可，遇有砂砾石层可加大压力，放慢转速钻进。对于基岩岩心取样钻进，采用单管金刚石钻进，其参数包括压力、转数和泵量。通过实测施工钻孔钻进参数，在本区依据地层类别推荐经验参数如下（见表1）。

表1 钻进技术参数

地层分类口径

（mm）压力

（kN）转速

（r/min）泵量

（L/min）

表土层1102-365

第四系风成砂、

冲洪积砂砾1102-365

泥质砂岩及风化碎石110-913-4 65-114

玄武岩（基岩）91-752-311449

4.3 工艺方法

开孔采用Ф110 mm普通单管合金钻头（镶大八角合金，镶焊角采用直镶式、单排内外镶），接长0.5 m的Ф108岩心管，“干钻法”加压钻进，待岩心管装满土样后提钻出孔口，孔口覆盖档板，防止土样掉进孔内，将水泵顶土器（DPP100汽车钻配备专用取样工具）高压管接头与钻具连接，开泵以水泵压力将土样顶出，按序装置在样品箱中，钻进到1.5米后可换长1米的岩心管，超过2米后可换1.5或2米长岩心管，便于提高回次进尺长度。当穿过泥质砂岩进入风化碎石层并完成化探样品采集，记录下取样部位及深度并贴上样品标签，取样完成后，可换Ф75 mm口径钻探施工，首先使用Ф75 mm合金钻头及单管钻具，用清水或泥浆作冲洗液循环钻进，钻至基岩部分，难以进尺时，提钻卸下合金钻头，装配Ф75 mm金刚石单管钻头及扩孔器，下钻继续钻进基岩以下，取出完整岩心300 mm以上即可终孔，同时记录下取样部位及深度并贴上样品标签，放置样品箱中。完成一个单孔化探及地质岩样的采集过程。

对于部分只采取化探样的钻孔，在采集完成化探样后即可终孔；而全孔要求采样的钻孔，要求从开孔到基岩风化层全部采用“干钻法”施工采集土样，进入基岩后采用金刚石回转钻进加冲洗液循环方法采集完整岩心后终孔。

5 效果

本区共施工取样钻孔543个，完成全孔取样42个，取化探样580组，基岩样孔181个，全部满足地质要求，根据施工全孔取样和非全孔取样（化探样、基岩样）钻孔进行分类，列表如下。

表2 取样钻孔技术统计表

钻孔类别钻孔数总进尺小时效率单孔最深样品质量备注

全孔取样孔421154.154.4383.2质量合格

化探、

基岩取样孔5018936.336.0956.58质量合格

统计表明，化探及基岩取样钻孔平均小时效率可达6米左右，取化探样孔施工采用“干钻法”施工，水力顶土取样，最高达9.01米/时，施工效率较高，全孔取样钻孔平均孔深为26.87米，最深孔已达83.2米，多个取样钻孔深度超过50米，证明了该型汽车钻完全适应较深覆盖层的取样施工；钻取的化探样和基岩岩心层位准确，样品完整，代表性强，得到中国地质调查局的高度认可，为覆盖区地质填图提供了详实准确的基础数据。

6 认识与结论

1）DPP100-5C型汽车钻机从钻深能力和钻进效率上能够完全满足区矿调覆盖区钻探取样要求。

2）该型号汽车钻机所采取化探及基岩样能够符合化探、地质样品质量要求。

3）以“干钻法”取化探样、泥浆循环法取基岩样复合施工工艺适用于覆盖区钻探施工，施工效率较高。

4）该钻进方法可以推广应用于今后其他覆盖层区域地质调查取样工作。

参考文献

[1]谭春亮，宋殿兰，贾军.全液压车载钻机在缺水地区化探取样中的应用研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2009（9）：7-10.

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[3]顾宝和，高大钊，等.建设部GB 50021 2001 岩土工程勘查规范[S].

[4]刘桂松.干钻法在砂砾石层钻进中的成功应用[J].西部探矿工程，2001（4）.

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