提高软弱破碎岩层岩芯采取率的探讨研究

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1、提高软弱破碎岩层岩芯采取率的探讨研究兰州铁道设计院有限公司甘肃兰州730000摘要：岩芯采取率是判断钻探施工质量的重要指标之一，在地质勘察中经常会遇到诸如断层破碎带、滑坡滑面带、软弱夹层等软弱破碎岩层，岩芯的釆取率极低，甚至取不上岩芯，钻探效果也相应较低，给工程质量、进度造成一定影响。木文通过结合兰合铁路勘察项目，从影响钻探质量的技术和管理两方面，详细论述在断层破碎带地层钻探过程中所釆取的一系列针对性对策措施和相关研宄，总结了一套系统完善的钻探体系，有效提高了软弱破碎岩层岩芯采取率，以期为同类条件下地质勘察钻探提供借鉴。关键词：钻探；软弱破

2、碎；岩芯釆取率1工程概况兰合铁路位于甘肃省丙南部，北起甘肃省兰州市，向南经永靖县、临夏回族自治州到达甘南藏族自治州合作市，系目前临夏、甘南两自治州对外联系的唯一铁路通道，长度约179.238km。全线地处黄土高原与青藏高原的过渡地带，在青藏高原低中山IX，河谷深切，基岩裸露，地质构造发育，沿线发育多条大型断裂构造，断层附近岩体破碎。尤其在沿线王格尔塘附近，发育一长大断裂（F8切龙沟〜得木强南斜冲断层），该断层为逆断层，压扭性，走向总体上为北丙丙向，倾向南南丙，倾角为70°〜80°，延伸K:度约44公里，该断层主要发育于二叠系

3、炭质板岩地层内，炭质板岩强度低，且受附近断裂影响，岩体极其破碎，属于软弱破碎岩层，断层破碎带相对较宽。2研究背景兰合铁路在前期勘察工作过程中，发现在王格尔塘段钻探过程中岩心平均采取率较低，仅为54%（如图1所示），未能满足规程要求的65%[1],尤其在断层附近炭质板岩软弱破碎岩层中，岩芯为岩粉状，无法辨识，严重影响断层破碎带范围的判定和炭质板岩的围岩等级划分，以致该段工程设置存在不确定性，影响全线方案的稳定。因此，在该铁路项0定测勘察前，地质勘察项0组针对上述问题，开展相关研究，提出有效措施，保证钻探质量，准确查明断层破碎带宽度及炭质板岩的

4、地层围岩情况，为线路方案选线设计和合理设置工程类别提供合理依据。最终在实践中从技术、管理两方面结合，总结出一套完善的针对软弱破碎岩层的钻探操作规程，在今后类似项B中推广应用，以奋效提高软弱破碎岩层岩芯米取率，保证钻探质量，提高勘察效率。3影响因素研究分析(1)根据现场调查收集的资料和实践活动中发现的问题，通过梳理、总结，采用因果分析图，分别从人员、材料、方法、环境、设备五个方面确定了影响软弱破碎岩层岩芯采取率的末端原因(如图2所示)。(2)通过进一步深入分析论证，认为造成采取率过低的主要影响因素如下：①岩体软弱破碎、地下水发育炭质板岩，成份

5、主要为黏土矿物，泥质结构，薄层板状构造，节理发育，岩质极软，遇水易软化，锤击多呈薄片状，且受附近大断裂影响，岩体极其软弱、破碎，力学强度极低。钻进时进入到内管的岩芯容易被震碎，提钻吋内管及卡簧夹持不住岩芯造成岩芯采取率不足［2］。由于地下水较发育，造成循环液返液量大于泵入量的现象，循环液被稀释，不能在岩芯表面形成坚韧的泥皮以保护岩芯，致使岩芯受磨擦损耗［3】。②钻进工艺影响钻具的选择对采取率有很人的影响，由于单管单动岩心管在钻探过程中，钻取岩芯进入岩心管后，随着岩心管一起旋转、晃动，与岩心管内壁碰撞、摩擦，并接受循环液冲刷，最终导致岩芯破碎

6、、磨圆，细小岩粉随循环液返冋孔口，导致岩芯质量损失量严重，造成岩芯采取率极低。①循环液影响循环液为钻探过程中的一种冲洗液，又被称为钻探的“血液”。苏主要有以下四种功用：冷却钻头、清洗孔底、保护孔壁以及润滑钻具。然而在单管钻进中冲洗液会冲刷整个岩芯，会造成对岩芯的严重漏失。双管钻进中岩芯进入内管后虽然冲洗液不会再直接冲刷岩芯但在钻头部位克取岩芯时对软弱破碎岩层的冲刷也会造成岩芯采取率降低［2］。②钻进参数影响冲洗液用量、泵压、钻机转速、钻压、冋次进尺等钻进参数的选择也会对岩芯采取率造成一定的影响。③管理不当，盲0地追求效率，人员操作技术不符合

7、规程要求。4对策措施研究分析通过深入细致讨论分析，针对主要影响因素分别制定了对策措施，详细的对策措施实施如下：(1)钻具的选择经过小组成员讨论，一致认为应采用双管单动岩芯管(如图4所示)替换单管单动岩芯管，双管单动岩芯管在钻进过程中，外管转动而内管不转动,避免了因钻具转动而产生的摩擦振动对岩芯的机械破碎作用，从而可以保证岩芯采取率和完整性。(2)循环液的选择利用植物胶浆液替代泥浆作为循环液，有效降低了泥浆循环液对软弱破碎岩层的冲刷，另外植物胶浆液能在岩样表面形成坚軔的胶膜，可胶结包裹软弱的岩芯，使软弱破碎的岩芯保持原状结构，冋吋利用植物胶的

8、润滑作用又能减少钻具震动，有效提高了岩芯采取率。(3)钻进参数的控制措施①冲洗液量：在达到排粉、冷却钻头、润滑钻具的前提下，尽可能采用小泵量，减少冲洗液对松散岩层的扰动，一般采用