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本书重点介绍了水文地质钻孔的设计及钻进技术方法，并对水源井设计施工中的井位选择、成井技术工艺进行了详细说明。全书共分为5章，分别是水文地质钻探、矿井水文地质钻探、水源井成井技术、老旧井的处理改造及增大出水量的方法、井内事故的预防及处理。

    随着新技术、新材料的快速发展和国家能源战略的调整转移,传统的水文地质钻探和水源井成井技术在近20年得到了长足的进步,国家和各个行业也相继制定颁发了相关的规程、规范,为推动水文地质钻探和水源井成井技术的提高起到了相当大的作用。但目前全面系统、专业的介绍并可供工程设计及施工人员参考的书籍较少,满足不了快速发展的水文地

    质钻探和水源成井技术工作的需要。本书正是在这样的背景下完成的。本书是在参考大量出版的图书和近几年来国内外杂志上公开的资料,并结合自己20多年来的生产实践的基础上完成的。其主要创新点体现在以下几个方面:第一,结合规范,对有关概念进行了系统厘定;第二,根据钻孔的孔径大小和钻进过程取心与否,对钻进方法进行了分类,并提出了各自的适用条件、钻进方法和技术参数,进而明确了复合钻进的概念和

应用条件;第三,细化了不同岩性和地形地貌条件下水源井井位选择的方法,并用实例进行佐证,进而提出了将水平井、斜井技术应用到水源井设计中的构想;第四,对近年来出现的成井新技术,如二氧化碳洗井在水泥管中的应用以及特深水位的测量方法进行了研究总结。

    在本书初稿完成后,得到了中国煤炭地质总局水文地质局王玉春、谭家政高级工程师,中国煤炭地质总局地质工程总公司候常文高级工程师和中煤科工集团西安研究院姬中奎高级工程师的认真审查,并提出许多修改意见。全书由《中国煤炭地质》编辑部常务副主编、高级工程师孙常长和中国煤炭地质总局干部学校吴浩老师统一校核。在此一并表示感谢。

    由于本人水平有限,在总结过程中难免以偏概全,存在不足之处,在此敬请读者批评

指正。

作 者

2015年4月

1 水文地质钻探……………………………………………………………………………………………… 1

1.1 任务与特点………………………………………………………………………………………… 1

1.1.1 任务………………………………………………………………………………………… 1

1.1.2 特点………………………………………………………………………………………… 1

1.2 钻孔分类及施工程序……………………………………………………………………………… 2

1.2.1 钻孔分类…………………………………………………………………………………… 2

1.2.2 钻孔施工程序……………………………………………………………………………… 2

1.3 钻孔设计…………………………………………………………………………………………… 5

1.3.1 钻孔结构及其设计原则…………………………………………………………………… 5

1.3.2 钻孔地质设计书…………………………………………………………………………… 7

1.4 钻探设备选择及安装……………………………………………………………………………… 7

1.4.1 钻探设备选择……………………………………………………………………………… 7

1.4.2 钻探设备安装……………………………………………………………………………… 13

1.5 钻进技术方法……………………………………………………………………………………… 18

1.5.1 常规钻进方法……………………………………………………………………………… 19

1.5.2 特种钻进方法……………………………………………………………………………… 57

1.5.3 复合钻进…………………………………………………………………………………… 82

1.6 封闭止水…………………………………………………………………………………………… 83

1.6.1 常见的形式及作用………………………………………………………………………… 83

1.6.2 分类………………………………………………………………………………………… 84

1.6.3 止水材料…………………………………………………………………………………… 84

1.6.4 止水层位…………………………………………………………………………………… 85

1.6.5 止水方法…………………………………………………………………………………… 85

1.6.6 止水质量检测……………………………………………………………………………… 87

1.7 简易水文观测与钻孔编录………………………………………………………………………… 88

1.7.1 简易水文观测……………………………………………………………………………… 88

1.7.2 钻孔编录…………………………………………………………………………………… 90

1.7.3 资料整理及移交…………………………………………………………………………… 90

1.8 钻井液及钻孔护壁堵漏…………………………………………………………………………… 90

1.8.1 水文地质钻探对钻井液的要求…………………………………………………………… 91

1.8.2 钻井液性能参数…………………………………………………………………………… 91

1.8.3 常用钻井液处理剂的分类及作用………………………………………………………… 94

1.8.4 钻井液性能的调整及净化………………………………………………………………… 99

1.8.5 主要钻井液类型及其应用……………………………………………………………… 100

1.8.6 钻孔护壁堵漏…………………………………………………………………………… 102

1.9 提高钻孔质量的措施…………………………………………………………………………… 105

1.9.1 钻孔岩心描述…………………………………………………………………………… 105

1.9.2 简易水文观测…………………………………………………………………………… 105

1.9.3 止水……………………………………………………………………………………… 105

1.9.4 抽水试验………………………………………………………………………………… 106

1.9.5 水样采集及钻孔深度的检查…………………………………………………………… 106

2 矿井水文地质钻探……………………………………………………………………………………… 107

2.1 目的与任务……………………………………………………………………………………… 107

2.2 探放水钻探……………………………………………………………………………………… 107

2.2.1 钻孔设计………………………………………………………………………………… 108

2.2.2 常见水源的探放方法…………………………………………………………………… 110

2.3 疏排水钻探……………………………………………………………………………………… 116

2.3.1 分类……………………………………………………………………………………… 116

2.3.2 特点……………………………………………………………………………………… 116

2.3.3 设计……………………………………………………………………………………… 117

2.3.4 钻进工艺………………………………………………………………………………… 117

2.3.5 成井工艺………………………………………………………………………………… 119

2.4 注浆孔钻探……………………………………………………………………………………… 121

2.4.1 分类……………………………………………………………………………………… 121

2.4.2 地面注浆孔……………………………………………………………………………… 122

2.4.3 井下注浆孔……………………………………………………………………………… 123

2.4.4 注浆材料的选用………………………………………………………………………… 124

2.4.5 浆液的配制……………………………………………………………………………… 126

2.4.6 注浆设备选择…………………………………………………………………………… 127

2.4.7 注浆段高和方式………………………………………………………………………… 129

2.4.8 注浆参数的确定………………………………………………………………………… 130

2.4.9 注浆结束标准及质量检查……………………………………………………………… 131

2.5 矿山应急救援钻探……………………………………………………………………………… 137

3 水源井成井技术………………………………………………………………………………………… 142

3.1 水源井在钻探和设计上的特点………………………………………………………………… 142

3.1.1 水源井在钻探上的特点………………………………………………………………… 142

3.1.2 水源井在设计上的特点………………………………………………………………… 142

3.2 井位选择………………………………………………………………………………………… 143

3.2.1 程序……………………………………………………………………………………… 143

3.2.2 常见地区的井位确定…………………………………………………………………… 144

3.3 成井技术………………………………………………………………………………………… 159

3.3.1 下管工艺………………………………………………………………………………… 159

3.3.2 填砾工艺………………………………………………………………………………… 176

3.3.3 止水工艺………………………………………………………………………………… 180

3.3.4 洗井工艺………………………………………………………………………………… 180

3.4 下泵抽水………………………………………………………………………………………… 195

3.4.1 常见泵的类型…………………………………………………………………………… 195

3.4.2 泵型的选择……………………………………………………………………………… 198

3.4.3 泵的下入………………………………………………………………………………… 199

3.4.4 开泵抽水………………………………………………………………………………… 200

4 老旧井处理改造及增大管井出水量方法……………………………………………………………… 201

4.1 老旧井处理改造………………………………………………………………………………… 201

4.1.1 基本原则………………………………………………………………………………… 201

4.1.2 现场施工程序…………………………………………………………………………… 201

4.1.3 分类……………………………………………………………………………………… 201

4.1.4 处理措施………………………………………………………………………………… 202

4.2 增大管井出水量方法…………………………………………………………………………… 209

4.2.1 设计过程中……………………………………………………………………………… 209

4.2.2 施工过程中……………………………………………………………………………… 214

4.2.3 使用过程中……………………………………………………………………………… 217

5 井内事故的预防及处理………………………………………………………………………………… 219

5.1 孔内事故发生的主客观因素…………………………………………………………………… 219

5.1.1 客观因素………………………………………………………………………………… 219

5.1.2 主观因素………………………………………………………………………………… 219

5.2 处理孔内事故的基本原则……………………………………………………………………… 219

5.2.1 安全原则………………………………………………………………………………… 219

5.2.2 快速原则………………………………………………………………………………… 220

5.2.3 灵活原则………………………………………………………………………………… 220

5.2.4 经济原则………………………………………………………………………………… 220

5.3 常见事故的预防与处理………………………………………………………………………… 220

5.3.1 卡钻……………………………………………………………………………………… 220

5.3.2 钻具断落事故…………………………………………………………………………… 226

5.3.3 套管事故………………………………………………………………………………… 228

参考文献……………………………………………………………………………………………………… 231