第一章 反井鉆機選擇

煤礦、金屬礦和非金屬礦、水電站和蓄能電站、人防工程、交通、鐵路和隧道、軍事工程等地下工程施工環(huán)境、工程參數（深度、直徑和傾角等）、地質(zhì)條件（巖石巖性、硬度、抗壓強度、構造等）千差萬(wàn)別；如何正確地配備合適的施工機具、制定先進(jìn)的施工工藝、合理選擇各種參數、落實(shí)可靠的安全措施是反井鉆井施工成敗的關(guān)鍵。

第一節 反井鉆機選型

1． 設備選擇的依據
根據豎井或斜井施工的綜合條件，在確定采用反井鉆井法施工后，即要開(kāi)始選擇反井鉆機和配套設備及工藝選擇。選擇設備主要依據是：
（1） 工程條件。主要包括工程性質(zhì)、用途、主要技術(shù)參數（井孔深度、終孔直徑、井孔傾角度等）、相關(guān)工程狀況。根據施工井筒的深度和傾角等要求，結合現有設備及市場(chǎng)情況確定鉆機。
（2） 地質(zhì)條件。包括巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、巖體產(chǎn)狀、主要地質(zhì)構造及參數、水文地質(zhì)條件等。對于深孔、斜孔，應有鉆孔位置的勘探孔資料和地質(zhì)柱狀圖。根據施工井位的地質(zhì)構造及巖性，確定沖洗液為泥漿或清水，從而選擇用泥漿泵或水泵。
（3） 施工條件。運輸條件，吊裝條件以及供電、供水情況。根據井位供電、供水、運輸及井位下水平巷道開(kāi)通情況確定鉆機的類(lèi)型。一般在井位處應有供電、供水，具有鉆機工作空間，在下水平巷道開(kāi)通的情況下，選擇上擴法施工，應選擇上擴類(lèi)全斷面反井鉆機。在煤礦多選擇電驅動(dòng)液壓反井鉆機。
2． 可行性分析和風(fēng)險評估
對工程施工條件進(jìn)行分析，包括上下水平隧道是否形具有運輸、出渣、供水、供電、通風(fēng)等生產(chǎn)系統；
對地質(zhì)條件進(jìn)行分析，分析圍巖在反井鉆井施工過(guò)程中和擴孔期間能否穩定，不發(fā)生較大的涌水和塌方，造成鉆孔堵塞和下部設施淹沒(méi)。因為在反井施工期間，無(wú)法進(jìn)行支護，若圍巖不能自穩，發(fā)生塌方，將會(huì )堵塞鉆孔，造成事故；
對施工位置安全狀況進(jìn)行分析，包括交通運輸、通風(fēng)、隧道支護情況及穩定情況、洪水、有害氣體等是否對施工人員和設備傷害程度。
綜合以上分析，以確定是否具有采用反井鉆機施工可能。
3． 反井鉆機選擇
3.1 鉆孔參數的確定
工程本身已確定了鉆孔深度和傾角，還要確定擴孔直徑。鉆孔的作用是溜渣、排水、通風(fēng)，因此要有足夠的斷面強。需要再擴挖（刷大）的工程，擴挖期間不發(fā)生堵塞。擴孔直徑太小，除了容易發(fā)生堵塞外，還增加了擴挖時(shí)打眼和出渣工作量，降低擴挖速度。導井直徑過(guò)大，反井鉆井施工成本增加，因此，鉆孔直徑選擇必須合理，一般鉆孔直徑選擇如表4-1。
表  4-1  鉆孔直徑選擇參考

開(kāi)挖直徑（m）	通風(fēng)井等偏斜精度要求低的工程	井筒、壓力管道等偏斜精度要求高的工程
<2	一次鉆成	一次鉆成
2~3	一次鉆成、用兩個(gè)小直徑孔代替、導井直徑1m后擴挖	導井直徑1m后擴挖
3~5	導井直徑1~1.5m后擴挖	導井直徑1~1.5m后擴挖
5~7	導井直徑1.5~2m后擴挖	導井直徑1.5~2m后擴挖
>7	導井直徑2m后擴挖	導井直徑2m后擴挖

3.2 選擇破巖滾刀
反井鉆機靠滾刀對巖石的擠壓、刮削和剪切破碎巖石，根據巖石的礦物構成、硬度、磨蝕性以及抗壓、抗拉、抗剪等力學(xué)指標來(lái)確定滾刀齒形類(lèi)型，選擇如下：
巖石的磨蝕性：低→中→高；
硬度：軟→中硬→堅硬
齒形：楔齒→錐形→復合型→球形；
滾刀結構：?jiǎn)稳斜P(pán)形滾刀（無(wú)鑲齒）→多刃盤(pán)形滾刀（刀刃上鑲齒）→無(wú)刃滾刀（刀體錐面鑲齒）。
反井鉆機滾刀選擇后，根據巖石條件在擴孔鉆頭合理布置滾刀，也就可以確定，破碎巖石需要的最大鉆壓。
如在抗壓強度100MPa的巖石中，鉆進(jìn)深度200m、直徑1.4m的鉆孔，在擴孔鉆頭上需要布置6把中硬巖滾刀，每把滾刀需要約30kN破巖壓力，整個(gè)鉆頭的破巖鉆壓180kN。
3.3 鉆桿選擇
鉆桿包括普通鉆桿、穩定鉆桿、接頭鉆桿，選擇鉆桿時(shí)要滿(mǎn)足拉力和扭矩共同作用下的強度、剛度要求，同時(shí)要達到一定的抗疲勞破壞能力，鉆桿連接絲扣要有通用性和互換性。鉆桿選擇完成后，鉆桿的重量是影響鉆機選擇的因素。如有效長(cháng)度1.0m、外徑182mm的鉆桿，重量約155kg。穩定鉆桿和接頭鉆桿外徑，要予導孔鉆頭外徑匹配。
3.4 反井鉆機的選擇
首先根據鉆孔深度、鉆孔直徑，初步選擇相應的反井鉆機，然后對鉆機的主要技術(shù)參數進(jìn)行驗算：
實(shí)際工作拉力=動(dòng)力頭重量+擴孔鉆頭重量+鉆桿重量+最大鉆壓
實(shí)際工作扭矩=破巖阻力矩+摩擦阻力
如在抗壓強度100MPa的巖石中，鉆進(jìn)深度200m、直徑1.4m的鉆孔，可以初步選擇LM－200型反井鉆機（其參數前面以作說(shuō)明），進(jìn)行鉆機拉力和扭矩驗算：
實(shí)際工作拉力＝40kN（動(dòng)力頭及油缸重量）＋25kN（擴空鉆頭重量）＋200m×155kg×9.8（重力加速度）/1000＋180kN（鉆壓）＝548.8kN
扭矩
一般要求實(shí)際工作拉力不超過(guò)鉆機設計最大提升力的60%，扭矩不超過(guò)設計最大扭矩的60%。在本例中LM－200型反井鉆機最大拉力為850kN，實(shí)際工作拉力/最大拉力比是64.5％，LM－200型基本上滿(mǎn)足工程要求，但也可以選擇更大的型號的反井鉆機。

第二節 輔助設施選擇

1. 導孔鉆頭選擇
 
2. 循環(huán)液選擇
3. 循環(huán)泵選擇
4. 出渣設備選擇
5. 電控設備選擇
6. 冷卻系統選擇

反井鉆井施工鉆機穩裝（固定）

反井鉆機在開(kāi)鉆前，必須將其固定在基礎上或鉆進(jìn)峒室中，以承受因鉆進(jìn)而產(chǎn)生的推拉力和扭矩，以防止機器偏移和振動(dòng)，這種對鉆機的固定方法稱(chēng)之為鉆機穩裝。
（1） 技術(shù)要求。選定鉆孔地點(diǎn)后，按主機基礎圖進(jìn)行基礎施工。該基礎必須水平，而且要有足夠的強度。井字型框架在離擴孔直徑的地基上用數根底腳螺栓緊固，螺栓緊固的形式可根據現場(chǎng)巖石（煤）情況而定，但每根螺栓的錨固力不得低于4t，螺栓與井字框架以及井字框架與鉆機底腳板的連接必須緊固，基礎混凝土厚度不得小于300mm，強度不得低于25MPa標準的強度。當鉆機沒(méi)有頂部支撐，則鉆機的自重及鉆機在作業(yè)中的反扭矩、反鉆壓全靠基礎承受?；A的施工好壞直接影響成井質(zhì)量，甚至造成鉆機穩裝失效，因此，基礎的浮渣必須徹底清除干凈，澆筑時(shí)必須搗固，仔細找平。對于井位是煤層或破碎地層及對井筒偏斜率要求較高的深井，應適當加大基礎的面積和厚度，一般可將面積增至3.0m×3.0m，混凝土基礎厚度可增至0.8m以上。
（2） 注意事項。穩裝的好壞對鉆機工作十分重要。鉆進(jìn)時(shí)，如果穩裝失效，往往會(huì )引起鉆機偏移，機器振動(dòng)急劇加大，鉆進(jìn)效率顯著(zhù)降低，嚴重時(shí)損壞鉆桿、鉆頭以及鉆機各部件，甚至迫使鉆進(jìn)中斷。實(shí)踐證明，為了不使鉆機穩裝失效，必須做好以下工作：①安裝鉆機前的鉆機基礎準備工作，必須嚴格按照鉆機基礎設計施工，混凝土質(zhì)量符合技術(shù)要求，底腳螺栓質(zhì)量、基礎井字框架質(zhì)量必須在基礎施工前做認真的檢查，發(fā)現損壞的應及時(shí)更換，決不能敷衍湊數；②安裝時(shí)，要按規定將所有緊固件固緊，特別是基礎底腳螺栓與基礎井字框架及基礎井字框架與鉆機底腳板上螺栓、螺母，一定要逐一檢查緊固；③鉆進(jìn)工作開(kāi)始后，當班輔助工要根據鉆機的工作狀況，經(jīng)常注意檢查關(guān)鍵性緊固件，發(fā)現稍有松動(dòng)，務(wù)必及時(shí)緊固處理。
 
第三節 反井鉆進(jìn)工藝
一、 反井鉆機工藝原理
反井鉆進(jìn)工藝（主要說(shuō)明第一類(lèi)反井鉆機），包括導孔鉆進(jìn)和擴孔鉆進(jìn)。反井鉆進(jìn)工藝原理是通過(guò)鉆機的電機帶動(dòng)液壓馬達，液壓馬達驅動(dòng)水龍頭，并利用液壓動(dòng)力將扭矩傳遞給鉆具系統，帶動(dòng)鉆桿及鉆頭旋轉，導孔鉆頭或擴孔鉆頭上的滾刀在鉆壓的作用下，沿井底巖石工作面作純滾動(dòng)和微量滑移。同時(shí)，主機油缸產(chǎn)生的軸向拉、壓力，也通過(guò)動(dòng)力頭、鉆桿作用在導孔鉆頭或擴孔鉆頭上，使導孔鉆頭的滾刀在鉆壓作用下滾動(dòng)，產(chǎn)生沖擊載荷，使滾刀齒對巖石產(chǎn)生沖擊、擠壓和剪切作用，破碎巖石。被破碎的巖屑在導孔鉆進(jìn)時(shí)被正循環(huán)的洗井液沖洗，巖屑沿著(zhù)鉆桿與孔壁間的環(huán)形空間由洗井液提升到鉆孔外。在擴孔時(shí)巖屑靠自重直接落到下水平巷道內，采用裝巖機和運輸設備及時(shí)清理運出。導孔鉆進(jìn)時(shí)鉆桿不斷加長(cháng)，從上水平到鉆透的下水平形成小直徑（200～300mm）的鉆孔。之后將導孔鉆頭卸下，裝上擴孔鉆頭。擴孔鉆進(jìn)時(shí)不斷拆下鉆桿，直到鉆桿拆完，擴孔鉆頭從下水平拉到上水平為止。例如，鉆鑿Φ1.4m的井孔時(shí)，只需先鉆Φ216mm的導孔，直至導孔鉆透下水平巷道，將導孔鉆頭在此卸下，接上Φ1.4m的擴孔鉆頭，再由下往上擴孔鉆至上水平巷道即可。若需鉆進(jìn)Φ2.0m的井孔，再將Φ1.4m鉆頭下放到下水平巷道拆掉，接上Φ2.0m擴孔鉆頭，繼續由下往上鉆進(jìn)，直至鉆頭露出。
好的反井鉆機只是鉆成高質(zhì)量反井的必要條件，必須根據不同的條件確定不同的施工工藝。反井鉆機功能主要考慮的是滿(mǎn)足反井鉆進(jìn)推進(jìn)和旋轉的基本要求，以及其它方面的輔助工藝要求，還要由掌握工藝技術(shù)的人員實(shí)施，才能達到應有的效果。
可見(jiàn)，反井鉆機在地下惡劣的環(huán)境、復雜的地質(zhì)條件下鉆進(jìn)地下工程，不但需要有可靠的設備，而且需要有適合的鉆進(jìn)工藝，以便在達到一定的質(zhì)量要求前提下，安全、高效、快速的完成施工任務(wù)。導孔的作用是將鉆具下放到下水平，以便連接擴孔鉆頭。導孔破巖量雖然只占總破巖量的2.5%或更小，但導孔鉆進(jìn)關(guān)系到鉆孔的質(zhì)量，是反井施工的關(guān)鍵。導孔的垂直度決定了鉆孔的偏斜率；導孔鉆進(jìn)過(guò)程也是對地層探測的過(guò)程，可以了解巖石性質(zhì)、地質(zhì)構造等，對擴孔鉆頭破巖刀具的選擇及工程支護方式的選擇都有參考價(jià)值；還可以通過(guò)導孔，對穩定性較差的地層進(jìn)行預加固處理。導孔鉆進(jìn)時(shí)一般要求推進(jìn)速度較快、推進(jìn)壓力大（有時(shí)需要上拉）、轉速高。反井鉆機鉆進(jìn)導孔施工工藝見(jiàn)圖4-1。
擴孔鉆進(jìn)過(guò)程是大量破碎巖石的過(guò)程，需要根據巖石條件選擇破巖滾刀，布置擴孔鉆頭，制定相應的鉆進(jìn)參數。擴孔鉆進(jìn)一般要求推進(jìn)速度較慢、推進(jìn)力大（上拉力大）、轉速低，以達到鉆進(jìn)效率最高。反井鉆機擴孔施工工藝見(jiàn)圖4-2。
 
圖4-1  反井鉆機導孔工藝
1- 動(dòng)力水龍頭；2- 鉆桿；3- 導孔鉆頭；4- 從泥漿泵壓入的泥漿；
5- 從環(huán)形空間返回的攜帶巖渣泥漿；6- 泥漿循環(huán)池；7- 泥漿泵
 
圖4-2 反井鉆機擴孔工藝
1- 擴孔鉆頭；2- 下水平巷道；3- 擴孔自由落下的巖渣
二、 鉆進(jìn)參數的選擇
（1） 鉆壓
鉆壓是指鉆機施加給破巖滾刀上的壓力總和。但有效鉆壓應使巖石達到體積破碎，也就是能夠達到合理的鉆進(jìn)速度（m/h）。
鉆進(jìn)導孔時(shí)，鉆壓是鉆機對鉆具的推力和鉆具的重量之和。為了保證鉆孔的垂直度，要恒壓鉆進(jìn)。開(kāi)孔時(shí)要以小鉆壓鉆進(jìn)，鉆壓的大小根據鉆孔直徑、破巖刀具類(lèi)型、鉆進(jìn)速度和地質(zhì)條件而定。不同類(lèi)型的巖石所需要的鉆壓也不同，一般情況下，對松軟地層和過(guò)渡地層巖石抗壓強度低，應采用低鉆壓，對堅硬巖石和穩定地層宜采用高鉆壓。在導孔快要鉆透時(shí)，應逐漸降低鉆壓。施工直徑1.2m和2.0m的鉆孔時(shí)，在不同巖石中，鉆壓和鉆速的關(guān)系，可參照表4-1、表4-2所示。
表4-1  （D2 =1.2m）鉆速與鉆壓的關(guān)系

鉆 速（mm/h） 鉆 壓（kN）   巖石抗壓強度（MPa）	2500	2000	1500	1000	500	300
20	116.2	103.9	90.0
40		207.8	180.0	146.9
80		311.8	270.0	220.3	155.9
120			450.0	367.4	259.8
160					367.3	281.7

 
表4-2  （D2 =2.0m）鉆速與鉆壓的關(guān)系

鉆 速（mm/h） 鉆 壓（kN）   巖石抗壓強度（MPa）	2500	2000	1500	1000	500	300
20	205.5	183.8	159.2
40		367.6	318.4	249.0
80			477.5	389.9
120				649.8	459.5
160					643.2	498.3

（2） 轉速
為了使巖石從巖體上破碎下來(lái)，必須使刀齒和巖石有足夠的接觸時(shí)間。因為鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具的受力狀況十分復雜，刀齒和巖石接觸時(shí)間過(guò)短，破巖鉆壓主要消耗在使巖石發(fā)生變形，而使機械能損耗掉，只有適當的接觸時(shí)間，破碎效率才高，所以轉速應滿(mǎn)足導孔鉆進(jìn)和擴孔鉆進(jìn)的需要。導孔鉆進(jìn)鉆孔直徑小，為提高導孔鉆速和鉆孔精度，需要轉速高一些，采用三牙輪鉆頭，有相應的推薦轉速范圍，一般取推薦的下限。擴孔鉆進(jìn)時(shí)要考慮邊刀的最大線(xiàn)速度和刀齒破巖需要和巖石接觸的最短時(shí)間，轉速要低一些，由于邊刀自轉速度限制，其大小主要根據擴孔直徑確定。對于軟巖滾刀刀齒接觸時(shí)間可取小值，相反則應取大值。一般認為接觸時(shí)間不快于0.02～0.03s之間比較適宜。對鑲齒滾刀的轉速（n），可用下式求得：

式中   n—轉速，（r/min）；
—滾刀大端半徑，（cm）；
—同一排齒上兩齒之間的夾角（°）；
—破巖所需量的接觸時(shí)間，（s）；
Rb—鉆頭半徑，（cm）。
例如，當=15cm，Rb=60、70、100cm；=0.02～0.03s，=10°～20°時(shí)，其n值如表4-3：
表4-3  不同鉆頭直徑n值的變化

轉速（r/min）     鉆頭半徑（mm）	10°	15°	20°
600	13～20	20～31	27～41
700	11～17	17～26	23～35
1000	8～12	12～18	16～24

（3） 鉆速
鉆速是指單位時(shí)間內鉆進(jìn)長(cháng)度，包括導孔鉆速和擴孔鉆速。它和鉆機推進(jìn)和提拉速度不完全相同，與地層條件、排渣有關(guān)。
（4） 鉆孔傾角
鉆孔傾角是指鉆孔軸線(xiàn)和水平面的夾角。反井鉆機鉆孔傾角也是由工程需要確定，但一般要滿(mǎn)足擴孔過(guò)程破碎下來(lái)的巖屑靠自重可以自動(dòng)下落；另一方面，隨著(zhù)鉆孔傾角的變小，鉆孔精度控制難度也在加大，綜合考慮，一般要求鉆孔傾角大于40°，這也可以滿(mǎn)足一般地下工程需要。但對于一些市政管網(wǎng)，不能采用其它方法施工時(shí)，反井鉆機也可以施工近水平孔，但工序復雜，要采取控制鉆孔精度的特殊設備，施工成本較高。
（5） 鉆孔偏斜
鉆孔偏斜是指導孔鉆進(jìn)開(kāi)孔中心點(diǎn)和透孔中心點(diǎn)在垂直于鉆孔設計軸線(xiàn)的平面內投影的最大偏移距離除以鉆孔設計長(cháng)度的百分比。它是衡量鉆孔精度的重要依據。工程類(lèi)型不同，對鉆孔精度要求也不同，如對于一些通風(fēng)孔，鉆孔精度可要求低一些，但對于還要刷大的工程，鉆孔至少要在開(kāi)挖荒徑內，要求鉆孔精度高一些。鉆孔精度與鉆機和鉆具設計結構有關(guān)，對反井施工實(shí)際操作有更重要的關(guān)系，即是衡量鉆機性能和操作管理水平的重要指標。一些反井鉆機雖然標明鉆孔偏斜率，但這并不是一個(gè)限定的指標，可作為參考。
 
第四節 反井鉆進(jìn)洗井液
反井鉆進(jìn)洗井液主要用于導孔的鉆進(jìn)，在施工中，應根據不同的地層，選用不同的鉆孔洗井液，如清水、泥漿等。反井鉆進(jìn)一般采用正循環(huán)洗井方式，對于軟巖和硬巖互層或破碎巖石，水敏性地層，以及部分涌漏水地層，采用泥漿作為鉆孔洗井液，故本節著(zhù)重介紹泥漿洗井液。
一、 泥漿洗井液的作用及其類(lèi)型
1. 泥漿洗井液的作用
（1） 通過(guò)鉆孔洗井液的往復循環(huán)，將孔底巖屑攜帶到孔外，保持孔底清潔。
（2） 冷卻鉆頭、潤滑鉆具，或水力沖擊松軟地層，提高鉆頭進(jìn)尺。
（3） 形成泥皮，保護孔壁，確保安全鉆進(jìn)。
（4） 借助孔內泥漿柱的壓力，可防止孔內坍塌、掉塊、涌漏水等。
2. 泥漿洗井液的類(lèi)型
反井鉆進(jìn)泥漿洗井液采用水基泥漿，其主要組成部分是粘土、水和化學(xué)處理劑。其中，粘土為分散相，水為分散介質(zhì)。按分散狀態(tài)及應用范圍，反井鉆進(jìn)泥漿洗井液屬細分散鈉基泥漿，也稱(chēng)淡水泥漿。其中，含鹽量（NaCl）＜1%，含鈣量（Ca2+）＜120mg/L，一般是用純堿作處理劑。有時(shí)對某些地層還需加入一些有機處理劑，如降失水劑、增粘劑和稀釋劑。
該種泥漿的特點(diǎn)是固相（粘土）含量高，易分散于水中。它是通過(guò)粘土的分散程度來(lái)調整泥漿的各種性能，以滿(mǎn)足鉆進(jìn)地層的需要。
二、 泥漿洗井液的基本原料
反井鉆進(jìn)常用的水基泥漿洗井液，其主要基本原料為粘土和水，其中，粘土是重要組成部分，它的性質(zhì)對泥漿性能的變化及化學(xué)處理的效果有著(zhù)直接的影響。
1. 造漿粘土
反井鉆進(jìn)泥漿常用膨潤土配制，對膨潤土的要求：
（1） 要使用鈉質(zhì)膨潤土（可交換性離子，即鈉離子）或鈣土經(jīng)改性處理為人工鈉土。
（2） 蒙脫石的含量高，陽(yáng)離子交換容量大。
（3） 可溶性鹽和非粘土礦物含量少。
（4） 膨脹倍數大，分散性好，造漿率高。
（5） 配制出的泥漿流變特性好，失水量小。
2. 造漿用水
水是泥漿的重要組成部分，水具有很強的溶解能力，能溶解很多有機物和無(wú)機物。一般水中都含有不同的雜質(zhì)，最多的是鈣、鎂等鹽類(lèi)。水中這些雜質(zhì)的存在對泥漿的質(zhì)量有著(zhù)很大的影響。如果造漿用水含雜質(zhì)較多時(shí)，或礦化度高時(shí)，應事先加純堿（Na2CO3）進(jìn)行軟化處理，或造漿后再對泥漿進(jìn)行處理。
一般均就地取水配制泥漿，如河水、塘水、湖水、地下水等。這些水均含有不同程度的碳酸鹽、重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、氧化物和氫氧化物等鹽堿物質(zhì)。它們能溶于水，呈離子狀態(tài)。高價(jià)離子對泥漿性能影響很大，其中以鈣鎂離子影響最大。所以水的礦化度要低，中硬度以下的水為好。
三、 泥漿洗井液的性能參數
反井鉆進(jìn)泥漿洗井液性能主要包括密度、粘度、失水量、含砂量、膠體率和PH值等。這些性能的優(yōu)劣直接影響護壁堵漏、排除巖粉、潤滑鉆具、冷卻鉆頭、鉆進(jìn)效率、成本及安全鉆進(jìn)。在反井鉆進(jìn)過(guò)程中，為了適應不同地層對泥漿洗井液性能的要求，就必須向泥漿內加入一定量的化學(xué)處理劑，來(lái)改善泥漿洗井液的性能。這種方法也稱(chēng)為泥漿的化學(xué)處理，其常用的化學(xué)處理劑主要有：
（1） 碳酸鈉（Na2CO3）。碳酸鈉又稱(chēng)純堿、蘇打，易溶于水，強堿性。在配制新泥漿時(shí)，若加入適量純堿，就能夠增加鈉離子和碳酸根離子，它可以使粘土改性，從而改變粘土的水化性能，提高泥漿洗井液的質(zhì)量。
（2） 鈉羧甲基纖維素（Na-CMC）。根據其溶液粘度的大小，分為高粘度、中粘度和低粘度三種類(lèi)型。一般多用中粘度型作為泥漿洗井液處理劑，增大泥漿洗井液的粘度，降低泥漿洗井液的失水量，提高泥漿洗井液的膠體率。
（3） 三聚磷酸鈉（Na5P3O10）。它是一種鏈狀的縮合磷酸鹽，極易溶于水，可作為泥漿稀釋劑，能有效降低泥漿粘度、切力，改善泥漿流變性，維持較低的相對密度；稍降失水量，有利凈化，減少含砂量，減薄泥皮等。在配有三聚磷酸鈉的泥漿中，PH值可保持在最適宜的范圍內，即呈中性或弱堿性。反井鉆進(jìn)泥漿性能參數選擇參考值見(jiàn)表4-4。
表4-4  反井鉆進(jìn)泥漿性能技術(shù)指標

相對密度	粘度 （S）	靜切力 （Pa）	失水量 （mL/30min）	泥皮厚度 （mm）	膠體率 （%）	PH值
1.10～1.20	﹤30	4.9～19.6	10～20	﹤3	100	7～8.5

 
第四節 鉆頭及刀具的選擇
一、 導井鉆頭的選擇
導孔鉆頭本身及導孔鉆頭與地層的匹配關(guān)系，對鉆井的偏斜和鉆進(jìn)速度影響很大。軟巖鉆頭采用較小夾角的長(cháng)楔齒或碳化鎢一字形鑲齒；硬巖鉆頭則采用較大夾角的短楔齒或碳化鎢半球形鑲齒。此外，軟巖楔齒或鑲齒之間的間距比硬巖楔齒或鑲齒之間的間距大。理想的反井導孔鉆頭應具有硬巖鉆頭設計的大多數特性，以獲得最小的鉆頭移步量和最大的邊刀強度。同時(shí)還應具有中等范圍的內列切割結構，以便在低鉆壓下能夠獲得最大的鉆進(jìn)速度。
近年來(lái)鉆頭設計甚至是軟巖鉆頭設計都趨向于采用碳化鎢鑲齒刀具，如選用碳化鎢半球形鑲齒短型球齒的導井鉆頭，既滿(mǎn)足了鉆頭和地層的匹配關(guān)系，又減少了鉆頭本身的移步量。
反井鉆機導孔鉆頭一般為三牙輪鉆頭，三牙輪鉆頭可分為銑齒鉆頭和鑲齒鉆頭。銑齒鉆頭主要用在低抗壓強度、高可鉆性巖層或沖積層到半磨蝕性巖層中，反井鉆機一般不采用。鑲齒鉆頭主要用在磨蝕性強的高抗壓強度的巖層中。導孔鉆頭的選擇，應根據工程巖石情況，比廠(chǎng)家推薦的鉆頭適用范圍高一級使用。
二、 擴孔鉆頭的選擇
擴孔鉆頭由刀具、刀盤(pán)體、中心管、穩定器、冷卻裝置等部分組成。根據擴孔方式分為一次擴孔鉆頭和分次擴孔鉆頭。反井擴孔鉆頭結構如圖4-3所示。
擴孔鉆頭應根據巖石的堅硬程度來(lái)選擇，有鑲齒滾刀、盤(pán)形滾刀，可參照表4-4選用。
 
表4-4  滾刀類(lèi)型表

滾刀類(lèi)型	適應巖石類(lèi)型	巖石單向抗壓強度（MPa）
盤(pán)型滾刀  鑲齒滾刀 （ZY）	鈣質(zhì)膠結礫巖，堅固的頁(yè)巖、堅固的泥灰巖、砂眼、泥灰質(zhì)石灰巖、致密灰巖、片麻巖	≤110
盤(pán)型滾刀  鑲齒滾刀 （Y）	堅固的石灰巖、堅固的砂質(zhì)頁(yè)巖、石灰質(zhì)膠結的致密砂巖、白云巖	110～160
鑲齒滾刀	花崗巖、石英巖、輝綠巖、玄武巖等	160～200

三、 破巖滾刀
破巖滾刀是反井鉆井技術(shù)的關(guān)鍵工具，特別是硬巖反井破巖滾刀。在大部分水電站，壩址巖石堅硬，如山東泰安抽水蓄能電站、四川自一里水電站、吉林白山水電站、福建穆陽(yáng)溪水電站等，多為花崗巖地層，巖石堅硬，單軸抗壓強度達到310MPa，這類(lèi)巖石石英、長(cháng)石等磨粒性強的礦物含量在70%以上。如在泰安抽水蓄能電站使用普通滾刀，其壽命只有5～10m，工效非常低，破巖刀具費用達到1萬(wàn)元/m以上，這樣必將限制了反井鉆機作為工程設備的推廣應用。為此，北京中煤礦山工程有限公司，對硬巖反井破巖滾刀進(jìn)行了專(zhuān)項研究，研制出特殊的極硬巖滾刀，在泰安工程應用時(shí)其壽命達到125m以上，并經(jīng)多個(gè)水電站不同巖石條件應用實(shí)踐，硬巖滾刀可以滿(mǎn)足不同工程需要，解決了硬巖地層中鉆進(jìn)反井的難題，使反井鉆機能夠較高效地破碎巖石，提高了反井鉆機功效，降低了工程成本。
 
圖4-3  反井擴孔鉆頭結構示意圖
a - Ф1.4m中間孔擴孔鉆頭; b -Ф2.0m中間孔擴孔鉆頭
1- 中心管；2- 滾刀；3- 刀盤(pán)體；4- 穩定器；5- 冷卻水軟管

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