一米直径大口径钻孔钻进介绍
黄河三门峡地质勘探总队
为了更进一步了解灌浆试验的效果，检查基岩裂隙中灰浆充填情况和灰浆扩散范围，我们在第三灌浆试验地段竣工后，开始钻了一个直径为一米大口径的钻孔。现将一些主要的操作方法与钻进经验简短介绍如后：
一、一般情况
1.对钻孔的要求：为便于地质人员、灌浆施工人员下井检查岩石中灰浆充填情况和地质素描工作，故钻井口径要求为一米。孔壁需保持完整，不应有因受震而产生的新裂隙。每钻近两米，将孔壁孔底洗刷干净，便于人员下井工作。
2.采用的设备：(1)上海制的小型转盘式钻机，外圆直径 886mm，内圆直径360mm。(2)20kW电动机一台。(3)中间架一个。(4)2K～6A小型离心水泵二台(Q=10～30t/h)，一台钻进供水用，一台井内抽水用。(5)电动卷扬机一台(出碴用)。(6)3吨手摇绞车一台(钻进用)。
3.钻进方法：使用铁砂旋回钻进。
4.使用的钻具：
(1)特制水接头(图1)
(2)钻杆是用直径为127mm，壁厚8mm的岩心管做成，为便于安卸，另做公母扣接头连接(图2)。
(3)钻头是用12mm厚的铁板并焊而成，内外各加焊一层6mm厚的铁板(如图3A)，为的是使钻头的外径较岩心管外径大，钻进时不易卡钻，内径比岩心管内径小，钻出的岩心小，不会憋水。钻头直径实际为1012mm，长度为50cm。
图1
图2
图3
图4
(4)岩心管也是用12mm厚的铁板并焊而成，与钻头直接焊在一起，长度为1.1m，不再以丝扣相连(图3A)。
(5)导向管(图4A)及锥粉管(图4B)各一，锥粉管与岩心管、钻头连接一起，不经常拆卸，其上连接导向管，导向管主要作用是加长钻具，保证孔直。因受钻台高度的限制，在起钻时，可在此处卸开，分别提取(图4B)。
二、钻进工作
1.钻具的起卸：转盘式钻机中心圆孔直径为360mm，当钻头直径小于360mm时，可用卷扬机直接将钻具起吊出来。钻头直径若大于360mm时，如我们这次钻头的直径为1012mm，即必须采用以下两种方法起吊或下降钻具。
(1)搭设钻台：台上安装钻机，钻具由孔内起出后，在钻台下进行接卸工作，钻台高度应大于岩心管与钻头的总长度(见照片Ⅳ版3)。
(2)建立轻便轨道，使钻机在其上移动又迅速又方便，在起吊钻具时，将钻机移开井位，吊出钻具。
我们采用的是第一种方法，利用旧方木(断面18cm×18cm)和铁扒锯子搭成钻台(图5)，台高2m，台下形成高1.6m，长4m的廊道，作为起卸钻具之用。
2.钻具的旋转：转盘式钻机应该使用方钻杆，而我们用的是圆的，钻进时在钻杆上夹一管夹，转盘上有两直径为55mm，长为50cm的圆铁。开动电动机，由于皮带的传动转盘旋转，圆铁即转，以管夹别住圆铁，将钻杆带动随之而转(图6)。
图5
图6
图7
3.加压装置：考虑到钻头底面积很大，约为753cm2(100×2.4×π)，若钻头底部压力以10kg/cm2计算，即需要7530kg，数值很大，因此除钻具自重外，还须加压，故设计加压装置(如图7)，可利用绞车或加挂重锤。
另外，钻具本身加重也是个办法，例如可在导向管中加灌混凝土或其他材料，加重其重量，但钻具总重最好不超过3～5t，为的是在发生卡钻时，提升方便，不足的压力可由外力加重。
4.钻场的全面布置(如图8A)
(1)为便于起重，采用复式滑车，三角架上挂有双滑车，下部与单滑车相连。最后钢绳连于手摇卷扬机上，用以起落钻具(如图8B)。
图8
(2)传动皮带最好是采用4″或5″宽的平皮带。
三、技术操作中的几个问题
1.转数：大孔径钻孔的转数较小口径要慢，但钻头回转的圆周速度比小口径要大很多，我们最后用的转数是55转/分，圆周速度为2.9m/s，运转情况良好。
2.压力：转数快，压力大，进尺即快，转数加快而压力仍很小，碾不碎铁砂，铁砂将起滚珠作用，进尺反而很小，我们最初在开孔时，没加压力，仅靠钻头及钻杆自重钻进，钻头底部单位压力仅有0.7kg/cm2，进尺很慢，钻进了一米多加大压力后，效率显著提高。实际钻进情况如下表：
黄河三门峡水利枢纽工程地质勘察史
注：孔内水柱压力未计在内。
3.给砂方法：采用一次给砂与零星给砂相结合的办法，先一次投砂20～30kg，钻进一个时期后如发觉余砂不多，钻头不再采砂时，再零星投砂，每次5kg左右，从孔口均匀下投，在正常情况下相互结合投砂，可顺利钻进80～120cm，直至岩心将岩心管填满为止再起钻，铁砂消耗量平均为25kg/m。
4.水量与出水口：此孔因在灌浆区域内，所以孔内漏水很少，所给水量多数均由孔口返回，故用水量不太大，约为80～100L/min，水口可割2～3个，每个高度约为20cm，底部弧长16～18cm，成∩形，钻头耗磨量为2～3cm/m。
5.开孔：因孔口地形高低不平，故先用混凝土在孔口浇筑成一个外方内圆(如图9)的小台，内圆直径即为钻头直径，在圆内倒有碎铁砂，钻头在圆内磨转即钻成圆槽顺利钻进。
6.一般的操作：这种类型钻机的最大缺点是没有给进把，对孔底情况如何了解不够，例如说“采砂”问题，仅能利用听声音、摸扶钻杆和观察返水颜色来判断是否“采砂”。但采砂性能好坏，不易感出，钻机运转时，有一人手扶卷扬机手把，当卡钻不转时，迅速上提钻具，钻机又可旋转，钻机旋转后再徐徐下落钻具，继续钻进。
若下落钻具不能到底，而且钻机阻力又大，发出“吭”“吭”的响声，并且经常卡钻时，即证明有块石掉入钻槽内，这时就要即刻起钻，抽水，而后人员下井清理孔底后，再继续钻进。
在完整的岩石中钻进，正常情况下，8小时可连续钻进，不用起钻，钻出的圆槽宽度约为4.5～5cm，平均效率15～20cm/台时，最高效率达到35cm/h。
7.钻具的移出，孔口铺有两根小铁轨，特制小平台车，当钻具提出孔口后，装在小车上，推到廊道外面去(图9)。
图9
四、岩心采取
利用爆炸法捞取岩心，在钻完一段后，将井内水抽干，人员下井用风钻在岩心中钻孔，其深度超过钻进深度10cm左右，内装炸药，爆破炸裂后，利用卷扬机上提岩心，用药量要少，因有钻槽隔离孔壁，故爆炸后孔壁不受其影响。
1.一般情况下，在岩心中钻一个孔，内装硝铵炸药0.15～0.2kg爆破即可。
2.若欲取出较完整的岩心，可根据岩心的裂隙分布情况钻4～5个孔成梅花形分布，内装少量黑色火药(每孔装药10%～15%，总重不超过0.4～0.5kg)，用电引法爆破即可。
3.岩石若有水平裂隙、节理，则可取出一个整的岩心。
4.岩石若破碎，则不必用炸药炸，仅用人员下去撬取即可。
五、钻进中安全事项
1.钻机开动时，应先将钻具提升稍离孔底再开动，待运转正常后，将钻具徐徐下落到孔底，正常钻进。
2.手摇卷扬机旁边，时刻有专人留守，遇有卡钻或其他情况时，立即提升钻具，以免损伤机械或出事故。
3.零星投砂时也应将钻具提升稍离孔底，均匀投砂完毕后，再落下钻具继续钻进。
4.井内打风钻时，浮尘很大，故应设良好的通风装置，吹散灰尘，防止呛人，通风装置可利用压缩空气。
5.井内应有良好照明装置，电灯线应用绝缘胶皮电缆线，最好是用低压(36V)，防止伤人。
6.井内人员上下及传送、吊升物件，应专门制定规程严格执行。
7.井内工作人员一定要带安全帽，在井内工作时，切实注意安全。
8.井内出碴时，井下人员若无特殊制做的保护装置时，一定要人员先上来，而后再起吊石块，以免石块下落伤人。我们的办法是一根起重钢绳穿过人员坐的吊斗下部，再系挂吊桶，每次除碴，人员坐在吊斗上，并用麻绳将人身与起重绳绑扎妥牢，吊桶在其下一起吊上，要注意钢丝绳的安全系数应大于8。
9.井口应有栏杆围护，在井口工作人员要带好安全带，以免滑落井内。
10.停止运转时，井口要用井盖盖好。
11.井内爆破时，要将井口用木板、草袋等盖好，防止石块飞出损伤机械。
12.爆破工作的安全注意事项，依照爆破安全规程执行。
13.井内工作的安全注意事项，依照坑探安全规程执行。
六、存在的问题与改进意见
1.钻头与岩心管部分总长度可加长至2.5m，这样在正常情况下，一次即可钻进两米多再起钻，减少岩心采取次数，提高钻进效率。
2.根据实际运转情况来看，现在的转数55 转/分是较为合适的，但压力较小，现在钻头底部单位压力仅为2～3kg/cm2，钻进效率不高，考虑若能增加压力至6～10kg/cm2，效率将更可提高。我们在钻孔深度超过10m后，若再多加压，钻机即不转了，故若考虑加大压力提高效率时，这类型钻机似嫌小一些。
3.应特别注意孔直，若是钻孔垂直，钻进时即轻松又省力，故在开孔时一定要注意钻孔中心应与钻机中心一致，钻机内圆与圆钻杆间应有特制掐瓦固定，以免钻杆摇幌将孔开歪，钻进2～4m时仔细测斜一次，发现歪斜设法纠正，以后每钻进5～10m再行测斜一次。
4.我们所用水泵的流量及压力均小，在停钻取锥粉时，锥粉吹到锥粉管内数量不多，应换用大流量(500～600L/min)、大压力(10kg 以上)的水泵，便于清除锥粉，有利钻进。
5.岩心采取仍应进一步研究，最好是人员不下井即可将岩心取出，这样既可节省时间又安全，我们考虑下次将使用绞链办法绞断岩心。
6.这类钻机没有给进把，我们考虑加装给进把，便于掌握井底情况。
七、结语
用这样钻大孔的方式来检查灌浆质量，效果是良好的，它克服了用开挖竖井检查所存在的缺点。开挖竖井检查所存在的缺点是：
1.因受到开挖时爆破的震动，使原状受到了影响，往往在孔壁发现有一些没有灰浆的细小裂缝，很难判断出是由于震动而产生的新裂纹呢，还是灌浆试验没有灌好的原有的细小裂纹呢?不好做结论。
2.难于看出灌浆注入与填实的程度。用大口径钻孔来检查就保持了地下岩石的原状，很容易观察，同时又是使用机械，减轻了体力劳动。
另外，在水电建设的其他部分为了不同的目的，有时也需要钻这么大口径或是更大口径的钻孔。
以上仅将我们仅有的一些不成熟的经验介绍出来供同志们在工作中参考。
(原载于《三门峡工程》1958年3期)