(一)机械测斜仪器及其测斜操作方法
下面重点介绍JXY-2型罗盘测斜仪的操作使用与维护。
JXY-2型罗盘测斜仪是一种能在一个测点同时测量钻孔顶角和方位角的单点全测仪。它只适用于非磁性环境中对钻孔的弯曲度和空间位置进行测斜。其测斜的原理:利用地磁场定向原理(即罗盘指针始终指北)测量钻孔方位角;利用悬锤(即悬挂着的重锤始终垂直水平面)原理测量钻孔顶角。
JXY-2型罗盘测斜仪结构见图3-5所示。测量时用来装测斜仪的专用外套筒见图3-6所示。其主要适用于直径大于80mm的钻孔弯曲测量。
图3-5 JXY-2型罗盘测斜仪结构图
1,3—上下轴;2—定时挺针;4—定位齿条;5—顶角指示器;6—框架;7,13—仪器壳;8—重锤;9—胶木盖;10—罗盘;11—磁针;12—时钟装置定时器;14—水平轴承;15—轴承座;16—埋头螺钉;17—轴承;18—罗盘盒底;19—定向座;20—防振垫;21—钢球
图3-6 JXY-2型罗盘测斜仪外套筒结构图
1—上体;2—垫片;3—上管;4—上接头;5—圆螺帽;6—下接头;7—皮碗;8—下管(2);9—下体;10—下管(1)
1.仪器使用前的准备工作
为保证测斜工作顺利进行以及测斜数据准确,测量前应检查仪器。其方法是:开启定时装置(0～30min),观看磁针和罗盘下面的倾斜刻度是否能灵活转动;锁卡时,时钟上的时间刻度是否恢复指示到“0”线,锁卡的时间是否与刻度指示符合,如果有少量的超前或落后锁卡情况,应记录下超前和落后的时间。锁紧后轻轻拍动仪器本体,观察磁针和倾斜刻度器是否有位移发生的情况。
如是新仪器或长期未用的仪器(或经检修过的仪器),均应放在JJG-1型校正台上检验仪器的测量精度。如果仪器的顶角和方位角的读数与校验台的读数差值在仪器的允许误差内,则该仪器可投入钻孔弯曲测量使用。
仪器下入钻孔前,必须严格地检查仪器密封情况,以保证下入孔内后不致渗漏。
安装绞车,并把悬吊仪器的钢丝绳与外套筒连接好。
估计定时钟启动后行走的总时间。总时间的确定可按以下公式计算:
T=t1+t2+t3 (3-4)
式中:T为总时间(min);t1为组装仪器的时间(从启动定时钟旋钮开时计算到仪器装入外套筒后直到把外套筒连接好为止;熟练者,一般只需3～5min即可);t2为仪器从孔口下入到测点所需的时间(min);t3为稳定时间,仪器到达测点后因受惯性力的影响,测斜器具一时静不下来,为了保证测量精度,必须待仪器静止后仪器才锁紧,所需一个稳定时间,一般t3≥10min。
2.测量操作
第一步:开启定时钟。在扭动定时钟旋钮后,就立即与地面时间(如记录钟、或手表)核对,以便控制提升测具的时间。并检查仪器转动部件是否灵活。
第二步:组装仪器。将仪器的主体(测量系统)及里套简装入保护筒内。里套筒的上下两端均应安放防震橡皮垫,盖上胶木盖。然后将保护筒放入外套筒的上、下管中。保护筒的上下两外端均应放置防震皮垫,并旋紧圆螺帽。最后将外套筒连接好,在接头处必须加密封圈或碗形牛皮密封圈。
第三步:将仪器下入测点。下降过程中,速度不能过快,以免仪器受冲击。
第四步:仪器在测点处停留锁定。待锁卡时间过后再延长10min,即可提升仪器。
第五步:仪器提出后,先将外套筒洗净、擦干,取出测量系统,读出方位、顶角测量结果。若两个仪器读数符合规定要求,测量有效,取其平均值。若相差过大,应进行重测。
测斜结束,应将仪器擦干净,按规定放入专用木箱内。
3.测斜操作注意事项
1)仪器拆装中,只能使用专用工具,严禁使用硬物敲打仪器及和附属件。
2)测斜点以上的孔段要求通畅;因此在测斜时,下仪器前,应探孔一次。若仪器不是采用钢丝绳连接下入孔内,而是采用钻杆送入孔内时,钻杆不能直接连接在仪器的外套筒上,外套筒与钻杆间必须用钢丝绳连接,且钢丝绳的长度不能小于2m。
3)测斜中若采用单个测量仪器测量时,同一测点必须进行两次测量。若两次的结果相近或相同时,测斜结果有效。
4)操作中要做到轻、稳,严防跑钻事故。
5)仪器在使用中应做到轻拿、轻放。
4.仪器的维护保养
1)仪器使用后,应清洗擦干;仪器的各部件应按规定陈放在木箱内。特别是测量仪器应呈锁紧状态后再陈放。
2)定期在轴承部位加防锈油,机械钟部分的轴承位置加钟表油。
3)仪器因漏水等原因被污染后,应由专业人员进行彻底清洗、修理后才能使用。
4)仪器应贮存在干燥、没有较强磁性干扰之处。
5)仪器在运输中,应避免受较大的震动;并且仪器应处于锁紧状态,以免转动部分的零件受到磨损而影响仪器测量精度。
(二)校正孔深
钻探工程施工过程中,孔深记录必须与实际相符,以便正确反映目的层的所在深度位置。从而正确地确定目的层的埋藏深度、厚度、产状和形态,为工程设计与施工提供可靠的资料。如果钻孔深度的准确性很差,将会给建设工程造成巨大损失,同时也给钻探施工带来困难和麻烦。
1.校正孔深要求
为了保证孔深的准确性,必须按下列要求进行孔深校正:
1)正常钻进中,孔深间距为50m或100m时需进行孔深校正。
2)遇到主要标志层或划分地质年代的层位,需进行孔深校正。
3)下套管前和终孔后应进行孔深校正。
4)钻进硬岩层或深孔,钻进效率很低而钻进时间又很长,一月内未钻进到50m或100m,也应在月末进行一次孔深校正。
2.产生孔深误差的原因
1)丈量工具本身精度差;丈量时拉尺的松紧程度不一致;丈量时使用皮尺作丈量工具(皮尺的伸缩性大)。
2)更换立根、单根和粗径钻具丈量不准或计算不准确。
3)更换钻杆时,钻杆接箍丝扣未上到位就开始丈量长度,下孔后钻进中又上紧而产生误差。
4)钢粒钻进时,在计算进尺时未减去钻头的消耗量而产生误差。
5)各班丈量钻具的方法不统一而产生误差。
3.预防的方法
1)丈量钻具时,必须使用钢卷尺,严禁使用皮尺。
2)加减钻杆和钻具时,应正确丈量和计算;更换新钻杆和换接头时,丝扣必须上紧。
3)丈量钻具和机上余尺时,各班的方法必须统一,尽量不出现误差。
4)丈量钻具时,读数要精确,最小数值读到5mm,掌握好“四舍五入”的尺度。
4.校正孔深的方法
孔深校正最大允许误差范围为1‰(测绘孔为2‰)。在允许范围内,报表可不作修正。超过此范围者,必须重新丈量,找出原因,及时进行修正,消除误差。
校正孔深有如下几种方法:
(1)计算实际孔深
Hs=L-(h高+h余) (3-5)
式中:Hs为实际孔深(m);L为钻具总长(m);h高为机高(m);h余为提钻前的机上余尺(m)。
(2)百米误差计算公式(平差法)
以记录孔深为标准,记录孔深Hj等于各个回次进尺的累计孔深,如果实际孔深Hs大于记录孔深Hj(ΔH＞0)时,称为盈尺;如果实际孔深Hs小于记录孔深Hj×(ΔH＜0)时;称为亏尺,生产上以百米误差作为质量标准。
1)百米误差公式
ΔH100=100ΔH/Hd (3-6)
式中:ΔH100为百米误差(m);ΔH为百米孔深(进尺)误差(m);Hd为所验证的孔段长(m)。
2)百米孔深(进尺误差)ΔH
ΔH=Hs-Hj (3-7)
式中:ΔH为百米孔深(进尺)误差(m);Hs为实际孔深(m);Hj为记录孔深(m)。
3)实际孔段长计算公式
Ls=Lj(1+Δh) (3-8)
式中:Ls为实际孔段长(m);Lj为记录孔段长(m);Δh为每米进尺误差(m)。
(3)孔深误差率
地勘钻探工：初级工、中级工、高级工
一般规定每次验证ΔH100不超过0.1m时可在下次记录中直接减、加误差,而不必用平差法消除误差,但如超过0.1m时,必须用平差法进行补救。
钻孔孔深误差ΔH的产生是由验证孔段每米误差Δh的积累而成,因此消除孔深误差,应把ΔH平均在每米进尺上,在作钻孔柱状图、计算层次和整理其他钻孔资料时,都要按平差法把误差考虑进去。
例如:某钻孔在孔深300m时,校正孔深后误差在规定范围内,孔深未作修正。孔深在400m时,校正孔深后,得实际孔深为399.64m,在这一孔段中,穿过目的层,某记录厚度为30m,其孔深误差和目的层的真实厚度。
解:由300m到400m的孔深误差为
ΔH=Hs-Hj=399.64-400=-0.36m
根据平差法公式,其百米误差为
ΔH100=100ΔH/HD=100×(-0.36)/(400-300)=0.36(m)
每米误差Δh=-0.36/100=-0.0036(m)
记录厚度30m的目的层实际厚度为
Ls=Hj(1+Δh)=30×(1-0.0036)=30×0.9964=29.892(m)
答:目的层的实际厚度为29.892m。
(三)封孔操作方法及检验
封孔是钻孔施工的最后一项工序。通常在钻孔终孔后,为了保护(矿体等)目的层和封闭、隔离含水层,需要根据不同的设计要求,选用合适的材料进行回填或封闭止水工作,称为封孔。
1.封孔方法
按封孔材料不同,主要有黏土封孔、水泥封孔。
(1)黏土封孔
将黏土掺水搅和后,制成泥球或泥柱,并且阴干一段时间后,便于向孔内投送。阴干的泥球可由孔口直接投入,并逐段捣实。泥柱可用岩心管投送。
黏土封孔适用于地下水承压不大,水头和流量不高的钻孔,以及松散含泥质较多的岩层孔段。
如果制造黏土柱的工作量较大,为了提高封孔效率,最好采用泥柱机(如图3-7所示)制作。泥柱机的结构较简单,黏土从漏斗处倒入,经压缩套的压缩后,由成型套挤出;再用钢丝截成小段。
图3-7 泥柱机
1—成型套;2—压缩套;3—漏斗;4—主动齿轮;5—螺旋轴;6—滑橇;7—箱壳;8—传动齿轮;9—皮带轮
(2)水泥封孔
由于水泥能在水中固化,且与钻孔孔壁具有一定的胶结力,同时又具有较好的隔水性能,所以,在见有主矿层、主要含水层、第四纪浅层等水文地质条件比较复杂的钻孔中进行分层封孔时,均可选用水泥作为封孔材料。
常用的封孔水泥有硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥两大类。
水泥封孔操作方法(程序)如下。
1)洗孔。为了使注入的水泥浆与孔壁很好地结合,保证有良好的封孔质量,在注送水泥浆之前,应进行冲孔换浆,以排除孔内的岩屑和清除孔壁上的泥皮。当钻孔内的地层稳定时,应采用清水洗孔。一般采用喷射式洗孔器进行。洗孔时,将洗孔器下入需要封闭的孔段,用水泵送水。在泵压作用下,水从洗孔器水眼喷出,并同时开车转动,洗孔器在钢丝毛刷的作用下,孔壁上的泥皮即被刷掉冲走。洗孔器构造如图3-8所示。如果孔内情况复杂、孔壁不稳固,则应采用稀泥浆洗孔,以减薄孔壁泥皮,防止钻孔坍塌。
2)架桥。在钻孔较深、封孔段距比较大的情况下,为了使封闭的位置准确,减少水泥浆的用量,需要下入隔离物来堵截钻孔和承托水泥浆。这种方法在钻探中常称为架桥。架桥物的种类很多,但其原理相同。一般常用的有。钢丝倒刺木塞、特制木塞、草把、竹筋等,如图3-9～图3-12所示。使用木塞时,木塞长度为1.0～1.5m,其直径比钻孔直径小1～2mm。其具体操作方法是:将木塞连接在钻杆上,下到预定的深度;然后由孔口投入直径为5～10mm的碎石子,待木塞卡牢后,拉紧钻具,开车正转使钻杆与木塞在反扣接头处脱离。
图3-8 冲孔器
1—水孔;2—钢丝
图3-9 光木塞
1—反正接头;2—钻杆;3—木塞;4—铁丝;5—接箍
图3-10 弹簧刺木塞
1—木塞;2—弹簧刺
图3-11 发钢丝木塞
1—硬木棒;2—废钢丝
图3-12 竹条木塞
1—硬木棒;2—竹条(或细树枝);3—铁丝
3)注送水泥浆的方法。①水泵注入法。利用机场的泥浆泵,将需要的水泥浆通过钻杆送到孔内封闭段。由于泵压的作用,水泥浆能够进入岩石缝隙,封孔效果好。这种方法适用于封闭的孔段长,体积大,用水泥量大的钻孔。一般采用的水灰比为0.50～0.60。②导管灌入法。灌浆时,将导管(一般用钻杆)下入孔内封闭段底部0.5～1.0m处,先倒入一些清水,随即灌浆,借助于导管内外液面的高差和比重差,砂浆注入孔底,如图3-13所示。这种方法效率高,设备简单,操作方便。适用于水灰比0.4～0.5的净浆和比重大的砂浆。③注送器注送法。这种方法适用于深孔,且封闭段较小、需要灌注砂浆体积小的孔段。现场常采用水压塞式注送器。其结构如图3-14所示。使用时,先将阀门关闭。并用销钉销住,下入孔内,用夹板夹于孔口,然后,将砂浆(水泥浆)装入盛浆管内,再装上活塞、滑动接头及压盖。采用钻杆送入孔内封闭段。送水后,泵压逐渐升高,而后突然下降,再有回升,这说明阀门已打开,水泥浆即注入孔内的封闭段。
图3-13 注浆导管
1—漏斗;2—储浆筒;3—导管
图3-14 水压活塞式注浆器
1—压盖;2—滑动接头;3—钻杆;4—分水接头;5—活塞;6—盛浆管;7—圆柱销;8—阀门
2.封孔质量的检查
钻孔封闭后,应对封孔质量进行检查。其方法有采取液样和透孔取心两种。
(1)采取液样
采样的目的有二:一是查明封闭液而的实际位置,从而检查封闭位置是否符合设计要求,二是从浆液的稀释情况来检查其质量。如果封闭位置与设计相符,取出的样品与注入时的质量无大差异,则封孔基本符合要求。
常用的采取液样工具有提筒和取样器。
1)提筒取样。提筒用长2～5m的小口径的岩心管制作,在注浆完毕后,将提筒下入到孔内灌注部分,稍停2～3min后提出地表,即可确定其灌注位置,并观察上部浆液的稀释情况。
2)球阀式取样器。此种取样器有两种形式:一种是体积小,用测绳下入孔内,适用于浅孔。该取样器如图3-15所示。另一种是用钻杆或钢丝绳下入孔内,适用于采样较多的中深孔,该种取样器如图3-16所示。
图3-15 球阀式取样器之一
1—下阀座;2—球阀;3—取样筒;4—上阀座;5—球阀;6—排水眼;7—接头
上述取样器的作用原理是:借助于取样器自重作用的惯性力,使孔内的浆液顶开球阀,进入取样筒。当送到取样深度后,即可提钻。提钻时球阀受筒内液压而关闭,使液样不致漏失。
(2)透孔取心
为了进一步了解封孔材料凝固后与孔壁的胶结情况,应在一个矿区选择少数有代表性的钻孔,进行透孔取水泥心检查。
检查时,根据地质要求可采取对封闭段全透或部分透,以及造斜取心等检查方法。
在透孔时,为防止透斜钻孔及提高样品采取率,可参照图3-17所示的钻具来进行透孔。该钻具的特点是:导正岩心管使透孔能按原孔方向进行;内管超前。钻头上的合金呈锥形镶焊,以减弱对孔壁的切削。
图3-16 球阀取样器之二
1—连接管;2—球阀罩;3—挡水胶皮;4—球阀;5—上座接头;6—取样筒:7—球阀罩;8—挡水胶皮;9—球阀;10—下球阀座接头
图3-17 透孔检查钻具
1—取粉管;2—取粉管接头;3—导正岩心管;4—特制双管接头;5—外管;6—外管接头;7—内管;8—锥形内管钻头
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