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一季度全国海洋天然气产量同比增长8.3%,区域公司组建工作组要严守重组期间的纪律
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建立健全项目实施、建设、管理办法,贵州省共有生产矿井煤矿总计443处

及时做好地质灾害应急响应工作,勘探技术研究所正以自己尖端的科研成果支撑绿色勘查与开采

2017年8月8日21时19分,四川阿坝州九寨沟县发生7.0级地震。地震诱发了大量山体滑坡和崩塌等地质灾害,部分景观体受地震影响而破损。2017年11月18日06时34分,西藏林芝市米林县发生6.9级地震,地震波及到米林、巴宜、墨脱、察隅、波密和工布江达等6个县(区),造成1.2万多人受灾,部分道路、通信线路、防洪堤、灌渠等基础设施不同程度受损。

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中国地质调查局勘探技术研究所作为中国地质调查局直属技术支撑机构,是中国地质钻探装备与技术研发的领航者,拥有高级以上职称专业技术人员62人,国土资源部科技创新领军人才2人、百人计划人才6人、杰出青年1人。近年来,该所研制的高精度对接连通井、液动冲击回转钻探、大口径长筒取心、小口径膨胀波纹管护壁等技术居国际领先水平。

两次地震发生后,中国地质调查局探矿工艺研究所均充分发挥专业优势,第一时间与地方政府联系沟通,及时做好地质灾害应急响应工作。

  4月24日,总局党委委员、纪委书记汤念楚到广东局调研指导工作。
  汤念楚听取了广东局的工作汇报,对广东局深化改革发展的决心与进展情况给予了肯定,并要求:广东局在改革发展过程中要着眼于适应地区产业发展要求,以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引,围绕总局“11463”总体发展战略,大力实施“133”工程,紧紧抓住广东经济政策和产业发展的前进方向,重点关注新时代地质勘探与生态文明建设的发展新常态,加强政策学习研判,加大产业拓展力度,提高转型升级质量,努力推进广东局更好更快发展。针对广东局土地资源盘活与开发工作,汤念楚强调指出,总局高度重视各单位土地资源盘活与开发工作,广东局要加大对职工住房拆迁安置方案的研究力度,树立全局一盘棋思维,强调机会平等原则,合理化解矛盾分歧,加快推进各项工作,并切实履行工作过程中廉政建设的各项要求。
  在广东局“广州市轨道交通安全评估勘查项目部”,汤念楚认真检查了施工现场各项工作并听取了项目负责人的汇报。他指出,广东局要积极融入地方经济,建立与地方政府及相关企业的长效沟通机制,强化主动营销思维,积极发挥好地勘单位的技术优势,强化项目精细化管理,努力在相关产业内形成核心竞争力。

自1957年成立以来,勘探技术研究所累计完成重要科研成果逾500项,其中150余项获国家、省部级以上奖励。包括获国家科学技术进步一等奖1项,二等奖2项,国家创造发明奖和新产品奖6项,省部级科技成果一等奖10项、二等奖31项。

 

 

勘探技术研究所紧紧围绕地质中心工作,在地质勘探技术与装备研发中,坚持生态文明战略和找矿突破并举,既瞄准国际前沿水平,又体现绿色环保、节能高效的理念,研制了绿色勘查开采的技术与装备,其中地质勘查系列铝合金钻杆便于人工搬迁,减少了机台道路的占地面积,使钻探工作得以进入高原湖泊等生态脆弱地区;自主研发的高精度受控定向钻井技术和高精度定向钻进中靶导向系统两项核心技术,应用于水溶性矿产和页岩气等开采,布井占地少,将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通,节约了宝贵的土地资源,是一种典型的绿色开采方法;依托科研项目研制的多种型号钻机、绳索取心钻具液动锤、钻头等装备及自动化控制等技术,提高了钻探效能,实现了智能控制、精准钻进,这些装备重量轻、寿命长,节省了原材料,在各类科学钻探、地质调查、找矿领域广泛应用,做到了节约集约利用自然资源。

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呵护美丽国土,珍爱绿水青山,是所有地质工作者的情怀。勘探技术研究所正以自己尖端的科研成果支撑绿色勘查与开采,践行着“既要金山银山又要绿水青山”,托举起人与自然是生命共同体这一崭新理念,朝着永续进步、造福人类、让地球充满生机的不懈追求奋勇前行。

震后临时安置场地

 

 

钻探技术

A.科学部署,制订应急排查工作方案

 

时间就是生命。为了保障工作的顺利开展,中国地质调查局探矿工艺研究所所长胡时友积极组织,统筹部署,确定了四项工作任务:一是紧急召开专题会议,研究工作方案,成立临时工作组,明确任务分工;二是抽调地质灾害调查、水文地质调查专业技术人员迅速组成应急队伍,同时仪器设备和车辆落实到位;三是安排专人收集震区地质灾害及水文地质等相关地质成果资料,做好前期工作准备;四是与地方政府和省(区)国土资源厅建立联系机制,实时关注现场救灾情况。

膨胀波纹管护壁技术——绿色钻探新帮手

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组织受灾群众进行防灾技能培训

我国各种矿产资源十分丰富,各地的地质构造千差万别,矿产资源的勘探工作量较大,钻探过程经常钻遇各种复杂地层,如掉块、坍塌、溶洞、漏失、缩径等。这些复杂地层经常造成孔内事故,常规处理措施往往不能彻底解决,有时还会引起新的事故,导致钻探目标无法完成,造成人力、物力和资金的极大损失。膨胀波纹管护壁技术是专门针对复杂地层钻进研发的一项护壁技术。该技术可以在不损失孔径的情况下对事故孔段进行支护,护壁完成后,可采用原有规格钻具继续钻进。

 

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B.精心筹划,第一时间奔赴地震灾区

膨胀波纹管变形膨胀示意图

 

目前,常规钻孔设计均使用自上而下多开次的结构,未到达终孔段时可采用套管进行护壁,但是终孔段一般为裸孔段,已无法进行常规套管护壁,此时钻遇复杂地层时,常规采用泥浆、水泥人造孔壁等方式进行护壁,但是这些常规处理方式对于特别复杂的地层而言,常常无法取得明显效果。

在九寨沟,中国地质调查局探矿工艺研究所党委书记吴琳带领专家组和排查组深入灾区一线,全面开展应急调查工作,指导地方做好地质灾害隐患排查及风险防范工作,保障救灾人员及灾区群众的生命安全。

膨胀波纹管护壁技术可有效针对终孔段进行护壁,能够实现护壁后通径不小于事故段原有孔径。其关键技术是利用膨胀波纹管膨胀前后截面形状的变化,将内径大于事故段孔径的圆管通过机械方式使其变形为外轮廓尺寸小于事故段孔径的异形截面管,将其下入孔内,然后再通过液压力将异形截面管膨胀至基本等于原圆管尺寸。此时管内径已不小于事故段孔径,可使用原有规格钻具继续钻进。该技术已在四川、广西、甘肃、山东等地的多个钻孔被应用,成功对漏失、坍塌、掉块、缩径地层进行了支护,解决了多个钻孔长达数月无法钻进的难题,为施工方挽回了巨大的经济损失。

该所一是对九寨沟景区则查哇沟和树正沟水体景观现状进行了核查,了解震前震后水位的变化情况,现场调查坝体的稳定性;二是调查了九寨沟景区内地下泉点出露的变化特征,初步分析地震对泉水的影响变化;三是对九寨沟景区日则沟五花海至诺日朗瀑布段景观进行了初步调查,重点对诺日朗瀑布地震裂缝的发育程度和规模进行了现场测绘;四是对火花海溃坝原因开展调查。

膨胀波纹管护壁技术为我国深部地质找矿战略目标的实现提供了新技术、新工艺、新方法,为我国地质调查深部找矿钻探技术提供了较高的技术保障,为钻探孔向更深、更复杂的区域发展奠定了技术基础。该技术的应用大大提高了深部钻探成功率,减少了孔内事故,降低了施工成本,缩短了施工周期;简化了钻孔结构,减少了钻孔开次,减少了套管及钻具数量,大大降低了钻探成本;小口径膨胀波纹管护壁技术的成功应用为“等径钻进”打下了基础,“等径钻进”技术可实现一径到底,开孔直径即为终孔直径,可大大减少由于多开次钻孔对地质环境造成的破坏与影响。

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九寨沟地震调查现场

高效节能的反循环取样钻探技术

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九寨沟地震调查现场

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反循环取样钻具

在林芝,他们在摸清全市地质灾害发育现状的基础上,立刻组织在林芝和山南等地开展地质调查工作的人员,携带专业设备第一时间奔赴地震灾区,开展震后地质灾害应急排查工作。

 

工作人员克服地形复杂、高寒缺氧、余震不断等险恶环境,针对藏东南地区地质地貌特点及地质灾害成灾规律,科学部署、精心设计、快速调查,运用无人机、野外地质灾害调查工具等,顺利完成米林县、朗县、工布江达县、墨脱县的震后地质灾害应急排查工作。

技术特点

 

全液压反循环取样钻探技术具有取样质量高,获得地质信息准确迅速,钻进效率高,孔内事故少,钻进成本大幅度下降,节约大量能源和资源的特点,是一种能更好地保护自然环境、减少污染、值得大力推广的钻探技术。

C.快速调查,全面完成各项任务

由中国地质调查局勘探技术研究所承担的“十二五”地调工作项目《反循环取样钻探装备及钻探工艺技术研究》,利用两年时间完成了具有自主知识产权的取样深度达600米的反循环钻机及高效反循环钻探机具的研制,并于2012年6月在新疆等地进行了空气反循环连续取样工艺器具的试验,总共完成28个钻孔,进尺5126米。完成最深孔深230米,最浅孔深105米。钻进最高时效10米/小时,最低时效4.28米/小时。钻孔取样率均可达到100%,取得显著效果。

 

2013年至2015年,中国地质调查局勘探技术研究所承担并完成的“十二五”地调工作项目《空气反循环取样钻探技术示范应用推广》及《川东巴河流域地质灾害调查》,对前期研制的反循环装备及工艺器具进行野外试验及推广应用。在此过程中科研人员不断完善创新,并提出在不同地层条件下反循环连续取样钻具配套技术解决方案。该技术在河北地矿局十一队、中资环及黑龙江多宝山铜矿、新疆红石铜金矿区进行了推广应用,目前运用该技术的钻探进尺达2万余米。

两次地震,中国地质调查局探矿工艺研究所共投入各类专业技术人员21人,野外工作车辆6辆,先后历时35天,全面完成了地方政府和省(区)国土资源厅布置的各项任务。

主要装备器具与工艺解决方案

在九寨沟,该所工作人员先后核查了日则沟、则查哇沟和树正沟的21个海子和叠瀑景观,其中受地震影响处于稳定-较稳定的景观20处,占调查比例的95.24%。他们查明了地震影响景观变化情况,其中火花海湖堤溃坝段长度约20米,占湖堤长度的5%;诺日朗瀑布局部钙化体垮塌长20米,占瀑宽的6.25%;九寨沟景区地震诱发新增134处灾害点,次生地质灾害极其发育。

1.研制出我国首台具有反循环取样深度达600米的反循环钻机。

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该钻机为全液压、多功能、快速高效、一机多能的反循环钻探设备,满足反循环钻进的要求,同时也可用于水文水井等工程施工,实现了空气反循环设备的全面技术升级。

林芝地震调查现场

2.完成与全液压钻机配套的高效钻探机具研究开发,自主研制出直径89毫米、直径102毫米双壁钻杆及KFQC335、KFQC345反循环气动潜孔锤,并完成与该技术配套的孔口密封装置、旋流器、分样器等其他附属设备。

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3.针对不同的地层条件,在国内首次研究出不同的空气反循环取样技术体系,提出适合各类地层应用的反循环连续取样钻具方案。

林芝地震调查现场

针对松散的第四纪地层,科研人员采用空气反循环刮刀钻进技术;钻至基岩地层更换为高效的空气反循环钻进技术;当孔内涌水量大,潜孔锤效率较低时,可更换为空气反循环牙轮钻进技术。针对不同的钻孔直径提出相应的钻具级配,根据不同的孔内事故提出合理的处理方法,有效提高反循环连续取样钻进技术的可靠性及钻探效率,提高工艺配套钻具的实用性。

 

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在林芝市,他们全面完成了米林县、朗县、工布江达县和墨脱县4个县的野外地质灾害应急排查工作,完成调查区面积约2.5万平方千米,涉及31个乡镇、243个行政村,调查路线总长约1820千米,复核已建治理工程6处,复核原灾害点513处,新增灾害点53处,直接威胁当地群众2729户14771人、资产156378万元。

全液压反循环技术施工现场

通过对排查信息的及时分析研判,该所积极配合并指导当地国土资源局,对新增地质灾害隐患点建立和完善防灾预案,同时在排查过程中为当地群众开展地质灾害识灾、防灾、避灾及简易监测的技能培训,发放防灾避险卡和工作明白卡,设立警示牌,为当地的群测群防工作提供了技术支撑。

重要意义

 

本项目的完成为我国矿产资源勘探提供了一种具有高效钻进能力、运移方便、可靠性高的钻探装备,填补了我国地质找矿适用CSR钻探工艺及设备的空白,为我国地质找矿主导型钻探设备及工艺赶上世界先进水平奠定基础,以后逐渐形成我国适用CSR钻探工艺装备系列化,可进一步提升我国钻探技术及装备在国际上的地位。同时,通过深入开展空气反循环连续取样钻进技术研究,研究开发出适合我国空气反循环连续取样钻进方法钻进的钻具和附属设备,并为我国今后大力推广提供了一整套成熟的空气反循环连续取样钻进技术。-

D.提交报告,为决策提供技术支撑

 

中国地质调查局探矿工艺研究所积极发挥专业技术优势,在调查结束后第一时间向地方政府提交了调查报告,为地方政府的决策提供了依据,为防灾减灾工作提供了技术服务。

钻采新技术

在九寨沟,他们初步查明了景观体稳定性现状、发展趋势及九寨沟核心景区景观水流系统变化状态,提交了《2017年“8·8”地震九寨沟核心景区水文地质应急调查报告》和《“8·8”九寨沟地震诺日朗瀑布景观部分震损专题调查报告》,形成了“九寨沟核心景区景观形成的地质环境条件总体仍然处于基本稳定状态,景观水流系统未出现因地震影响明显消减的状况,九寨沟核心景区仍处于动态演化中的相对稳定的发展阶段,加强震后次生地质灾害的防治工作”等结论与建议,为“抗震救灾指挥部”的决策提供了技术支撑。

“慧磁”高精度定向对接井技术

在林芝市,他们查明了地震对震前地质灾害点的破坏和影响程度,以及震后新增灾害点的类型、分布位置、规模、灾情、威胁对象等,建立健全或更新地质灾害监测信息系统,提出地质灾害防治措施和建议,得到地方政府、专家和当地群众的高度认可,为林芝市地方政府提供了准确可靠的震后地质灾害信息,为下一步编制灾后重建地质灾害防治规划等相关工作打下了坚实的基础。

 

定向对接井技术是采用定向钻进技术和特种钻井技术,使地面水平相距数百米或上千米的两口井在地下深处对接;然后向一口井注入淡水,另一口井采出高浓度卤水,实现两井连通水溶采矿的新技术。该技术被应用于盐、芒硝矿、天然碱等可溶性矿产开采中,也可应用于煤层气、水、石油、地热田、页岩气及干热岩等资源开采中。该技术突出的优点是利用水平钻井技术和测量技术,在矿层中建成固体溶解通道或气体释放通道,增大开采面积,从而提高矿产的回采率和生产率并延长生产井组的使用寿命。

在该技术应用之前,可溶性矿产一般采用单井对流或压裂连通法进行开采,可控矿面积小,压裂法破坏地层,严重者可导致地面建筑垮塌。

技术原理

由勘探技术研究所研制成功的“慧磁”高精度定向对接井技术是在定向对接井技术基础上发展成的一种高效、节能、具有高精度中靶特点的定向对接井技术。它集成了定向钻进技术、随钻测量技术及“慧磁”定向钻进高精度中靶技术等先进技术,引导钻头准确进入靶区矿层,使位于地下数百米甚至数千米的两井或多井在矿层内实现对接连通,从而为水溶性矿产如盐、碱、芒硝等或气体矿产的开采提供一种高效、绿色、节能、无开挖、无尾矿的先进的技术方法。

关键器具——“慧磁”钻井中靶导向系统

早期的盐卤井多采用自然溶通或地层压裂连通,连通率较低且易对地层产生破坏;后来采用定向钻井技术和随钻测量技术(MWD)实现直接钻通,取得了技术突破;但传统的MWD随钻测量技术存在累计误差的固有缺陷,且随着井深的增加,产生的偏差越来越大。因此,对于靶区小于5米的对接工程,仍然存在连通率偏低的问题。为此,科研人员研发了定向钻进高精度中靶系统,营造人工磁场,抛开地磁克服了常规MWD产生的累计误差,测量靶点和钻头的相对位置,进行引导中靶,具有越趋近靶点,测量精度越高的优点。

“慧磁”钻井中靶导向系统采用旋转磁测量技术,实现了精确中靶的目的。大量的中靶作业表明,在靶区直径低至50厘米的靶区内,仍能实现一次钻进、直接连通,这说明该系统具有极高的中靶精度。最直接的证明是,在山西乡宁的煤层气对接井中,靶井采用直径50厘米钻头扩孔形成底部靶区,在实际中靶作业时,取得了直接钻进、一次连通的效果。

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“慧磁”高精度定向对接井技术工作原理图

 

高精度定向对接井技术优势

采用定向钻井技术直接将两井高效对接连通,具有以下优势:

1.矿山开采布井占地少,节约了宝贵的土地资源,是一种典型的绿色开采方法;2.技术先进,能实现一次对接成功,不需要建槽,而且避免了反复中靶作业,实现节能开采;3.两井水平距离长,可达300米,控矿范围大大增加,可采矿石量大,两井使用寿命长;4.两井井位不受地形地貌的限制,对接点可以控制,不受任何条件限制;5.不论何种构造的矿床,不论矿床品位的高低,这种方法均可应用,对其他岩层均不产生污染;6.卤水浓度高质量稳,井内事故少。

扩展的新型分支平行井组

常规的定向对接井一般为简单的两井对接模式。为提高回采率和降低建井成本,应用高精度定向对接井技术可设计多分支平行井组,分支平行井组由1个水平井和4个垂直井所组成,采用随钻测量技术(MWD)、随钻测井技术(LWD)和定向钻进高精度中靶系统等进行施工,最终形成2个平行的采矿通道。该井组已应用于土耳其BEYPAZARI天然碱矿水溶钻井采矿工程中,取得了良好的效果。其优势在于:1.采用一个水平井实现了两个采矿通道,减少了建井工作量;2.两个平行通道组成一个矩形开采区域,可在合理保留矿柱的同时,有效地提高矿产回采率;3.水平井作为一个连通工艺井,完井后采用水泥浆回填,可减少套管和中心管材料费用;4.采矿通道两端各由一个垂直井通过取芯取得矿层数据(标高和厚度),为水平井准确进入矿层提供精确的数据,最大限度地保证足够的遇矿率。

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土耳其卡赞对接井连通瞬间

 

重要意义

在2004年以前,对接井施工仅依赖大地磁场的引导,采用磁性随钻测斜仪测量钻井轨迹。由于其具有固有的累计偏差的特征,对接井的一次连通率仅30%~50%,二次连通率仅50%~80%,甚至有很多对接井历经7~9次才实现连通。

自2009年“慧磁”钻井中靶导向系统开发成功后,中国地质调查局勘探技术研究所利用该仪器相继完成200余次的连通作业,一次连通率达95%以上,二次连通率接近100%。

“慧磁”高精度定向及对接井技术以其精确的定向引导功能,开创了水平井采矿的新纪元,为我国能源资源开采增添了一种全新的绿色手段,使我国的定向钻井技术居于世界前列,并为全球采矿业注入了新的活力。

应用情况

“慧磁”高精度定向及对接井技术由中国地质调查局勘探技术研究所研发成功后,很快就实现了商业化,在盐矿、天然碱矿等水溶性矿产开采和煤层气(CBM)、地下煤层气化(UCG)、蒸汽辅助重力驱动稠油(SAGD)等领域发挥着越来越重要的作用。尤其是在全球最大的两家天然碱矿,即:土耳其BEYPAZARI天然碱矿和KAZAN天然碱矿,“慧磁”高精度定向技术作为必备基础技术自2009年起应用至今。

土耳其BEYPAZARI碱矿应用了60余个三井组模式的对接,土耳其KAZAN天然碱矿应用了70余个三井组模式的对接。每个井组需要对接连通2次,总共需要对接连通92次。实现对接连通是检验工程成败的关键,如果没有实现连通则业主不发放井组完工证书。通过运用该模式,目前在BEYPAZARI已形成年产100万吨纯碱生产能力,在KAZAN天然碱矿将形成250万吨纯碱生产能力。

陆域冻土天然气水合物试采技术

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2011年首次试采现场

 

勘探技术研究所自2008年11月6日首次在青海天峻县木里地区发现水合物实物样品以来,一直在为未来开发应用陆域水合物资源及海洋水合物试采开展相关技术研究试采试验工作。2011年9月至10月间,勘探技术研究所在青海木里利用排水降压及电磁加热综合技术方法首次进行了开采试验,并取得成功。

试采过程中,研究人员对陆域冻土天然气水合物在降压及加热过程中的水合物分解特性、甲烷气体分解释放、温度变换等特性参数有了比较清晰的了解,收集了相关的参数。对开采过程中的地下压力、温度、瞬时产气量及总的产气量进行了随时监测和记录,得出了水合物在降压及加热的初期地下温度有短时稍降的现象,气量产出曲线随着降压及加热逐渐增大,随着分解产生的水及地下水的聚集逐渐降低。随着孔底压力的增高,排水降压自动控制系统再次启动,排气量再次逐渐增加。本次试采采用单井试采,虽然采气量少,但完全掌握了冻土水合物受温度及压力变化的特点及规律,取得了有用的试采经验,为后续开采提供了重要的参考。

为进一步提高陆域冻土天然气水合物开采效率和未来商业化开发利用天然气水合物资源,勘探技术研究所科研人员在第一次试采成功的基础上,对水合物的赋存及分解特点进行认真分析,总结开采经验,提出了以降压加热为基础,通过加大水合物分解自由度和空间的技术路线,提出了利用定向对接钻探技术将地下水合物层在地下连通的多井开采方法。2016年,科研人员在青海省天峻县木里地区的水合物赋存区,利用定向钻探技术在相距600多米的勘探线上布置了三口试采井。

本次试采,在国际上创新性地采用了“山”字型井身结构及水平对接井钻探技术,不仅成功地实现了预定的试采方案,而且与第一次单井试采相比,大大地提高了开采效率和出气产量,并达到了连续放燃23天,试采产量比首次单井试采提高10倍以上。本次试采,形成了具有自主知识产权的小井眼、浅层及短距离陆域冻土天然气水合物开采技术。事实证明,采用多井钻探技术使得储层连通开采水合物的技术是可行有效的,它将为我国提高水合物开采效率提供有用的参考。

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三井井身结构布置及地下连通剖面图

 

基础工程钻掘技术与装备

安全环保高效的大口径全套管桩工设备和施工技术

 

当前,我国城市化建设中的城市大口径钻孔灌注桩施工普遍面临着地层复杂影响成孔和成桩质量、成桩影响周边建筑物地基安全、泥浆排放污染、振动和噪声扰民、施工设备和工艺落后等环保安全和施工技术问题。

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QHZ-2000型全回转套管钻机

 

为促进我国大口径岩土钻掘设备和工艺的技术进步、支撑城市地下空间建设和桩基工程的新一代安全环保全套管钻孔成桩技术的应用发展,中国地质调查局勘探技术研究所2011年开展了全回转套管钻机、钻具和施工技术的研究,2014年成功研发出QHZ-2000型全回转套管钻机和大口径全回转套管钻具,填补了国内自主研发全回转套管钻机的空白。结合北京市海淀区临近地铁6号线的基桩工程实际进行了项目样机的生产试验,成功完成了三根直径1200毫米、长度61.7米的全套管灌注桩,应用先进的全回转套管旋挖成孔灌注桩施工新工艺,创下国内卵砾石地层全回转套管钻进的深度记录。生产试验全面验证了项目研制的设备和工艺符合国内大口径大深度复杂地层钻孔灌注桩的施工要求,钻机工作稳定、性能可靠,标志着我国大口径全套管钻孔施工设备和工艺的推广应用迈出了坚实的一大步,项目成果的应用示范取得显著成效。

全回转套管成孔设备和施工工艺既是城市建设中广谱高效、绿色环保的新型钻孔灌注桩施工方法,又是城市改造和复杂地层条件下大口径全孔套管护壁清障和成孔的“万能工法”。城市改造地下空间开发利用是我国现今蓬勃兴起的朝阳产业,这一领域的基础施工经常遇到地下灌注桩、预制桩和地下障碍物,清除这些障碍是一个长期制约城市发展的棘手的问题,采用目前其他工法都无法解决。本项目成果可以在城市建筑物集中的中心地带施工成孔,不用担心钻孔会影响周边建筑物和扰民的问题。可以在钻进套管拔除旧桩的同时在原位直接灌注一个更大口径的新桩,同时无泥浆排放,不对周边地基产生负面影响。利用项目成果可节省土地资源、设备人力资源、避免了对地基的扰动风险,保护了环境,节约了大量能源,同时钻孔灌注桩的质量有了根本保证。

全回转套管旋挖成孔灌注桩是将安全广谱和绿色环保的特点集于一身的有广阔发展前景的先进大口径桩基施工技术。该工法将全回转套管钻进和旋挖取土两种高效钻掘技术整合在一起,下管和灌注拔管两个阶段都是全孔套管护壁。和搓管机施工相比,全回转钻机下套管的深度提高了100%,钻拔套管的施工效率提高50%~70%。以往国内卵砾石层中全套管冲抓成孔灌注桩施工的深度不超过35米,采用此工艺的施工深度提高了70%以上,全套管成孔的施工效率同步提高了100%以上。

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全回转套管钻机在北京生产试验创国内全套管桩深纪录

 

总之,虽然全回转套管成孔成桩工艺技术施工成本相对较高,但由于其具有无循环干式成孔、无噪声和振动、对邻近建筑地基基础无扰动等其他工法无法替代的优点,特别是我国城镇化建设和城市化发展面临二次开发,对原有建筑基础的处理和节水环保型地下空间桩基围护施工的需求巨大,为全回转套管工法在我国的推广应用提供了广阔的前景。

 

非开挖技术

一种更节能、更环保的管道铺设施工方法

 

一个国家人均管道的拥有量,代表着一个国家的发达程度,我国的人均管道数量非常少,不到发达国家的1/10。随着我国城市化进程的加快,各类管道建设量猛增。传统的开槽开挖方法在很多情况下已经不能适应。为了解决这一难题,中国地质调查局勘探技术研究所在国内率先研发了导向钻进铺管技术。

导向钻进铺管技术又称“非开挖铺管技术”,主要是以非开挖钻机为主体的管道施工技术。1993年,勘探技术研究所中的一些年轻人在原地矿部和勘探技术研究所领导的帮助和指导下,不断钻研,刻苦奋进,终于研制出国内第一台小型非开挖钻机,由此拉开了我国非开挖产业飞速发展的序幕。勘探技术研究所作为最早研究非开挖技术的单位,对非开挖技术在我国的推广应用起到了举足轻重的作用,走过了辉煌的历程。

20多年过去,经过勘探技术研究所人不断地努力,时至今日已经拥有GBS20/GBS28/GBS40/GBS55/GBS90/GBS150/GBS320等一系列非开挖钻机产品,适应各种大小工程施工。

导向钻进铺管技术,是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工新技术。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖泊,以及在市区、古迹保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自来水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管线的施工。此外,非开挖技术还可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及环境治理工程等领域。

在我国现代化社会高速发展的进程中,环境问题显得越来越突出。近些年来,“沙尘暴”、“雾霾”更是不断困扰着人们的生活。国家下大力度治理环境,更提出了“坚持节约资源和保护环境是我国的基本国策,关系人民群众切身利益和中华民族生存发展。必须把建设资源节约型、环境友好型社会放在工业化、现代化发展战略的突出位置”。各行各业的环境保护意识也提高到了前所未有的高度,国家也在严厉打击各种破坏环境的生产、施工行为。

在管道工程施工中,采用导向钻进铺管技术相较于传统的开槽、开挖方式,不仅大大减少了对周围生态环境的破坏,还大大提高了施工效率,完成相同管道铺设量所需的能源损耗也大幅降低。这是一种更节能、更环保的管道铺设施工方法。

在导向钻进铺管施工中主要依靠非开挖钻机进行施工作业。

导向钻进铺管施工主要分为三个步骤:

1.导向钻进作业:利用导向仪配合导向钻头,钻出需要铺设管道的预设轨迹。

2.扩孔作业:利用扩孔钻头,通过钻机回拖的方式逐级扩孔,直至满足需求。

3.拖管作业:将所需铺设管道事先连接好,一次性拖入孔中,从而完成所需的管道铺设。

在利用导向钻进铺管技术的整个施工过程中,基本可以做到不破坏或少破坏地表环境,一次性拖管完成管道铺设,实现了高速、高效。在城市化进程不断加快,对城市管网需求不断增加和节能减排、保护生态环境的大背景下,大力推行导向钻进铺管技术进行管道施工无疑是一项利国利民的举措。

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GBS-28非开挖铺管钻机

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GBS-55非开挖铺管钻机

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GBS-90非开挖铺管钻机

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GBS-150非开挖铺管钻机

 

桩基工程技术

环保高效的无循环旋挖钻进工艺

近年来,随着我国市场经济的快速发展,高速公路、高速铁路、陆地和海上桥梁、水利水电建设行业迅速崛起,桩基础工程也随之飞速发展,基于各种工艺的成桩方法在实践应用中不断得到验证,目前应用最广的成桩技术为无循环的旋挖钻进技术。旋挖钻进可适用于粘土、粉土、砂土、淤泥质土、砂卵石以及硬岩等地层,适用范围较广,不同地层仅需通过选配不同类型的旋挖钻具即可满足施工要求。

无循环旋挖钻进工艺在国内的快速发展基于旋挖钻机在国内的普及。该工艺具有低噪音、低振动、钻进速度快、施工现场移动方便、施工占地面积小、机械化程度高、对环境污染小的特点,深受广大用户青睐。根据地层情况为钻机配置不同的钻头,即可解决不同类型地层的钻进问题。勘探技术研究所生产的各类旋挖钻具,如捞砂抖、短螺旋、长螺旋、筒式钻头、两瓣斗和扩底钻头等,可配套各种型号旋挖钻机,用于多种地层的钻进。

传统钻进工艺依靠钻机和钻杆自重为钻头加压,钻进能力较弱,而旋挖钻机通过动力头装置为钻杆直接加压,大大增强了钻机的钻进能力。旋挖钻进工艺所采用的钻杆为伸缩式,提下钻过程无需加接钻杆,缩短了成孔时间。每种钻具的采用均需分析地层情况加以选择:采用捞砂抖、短螺旋、筒钻、两瓣斗等可通过往复提钻将岩土提取出孔,采用长螺旋则可连续出土。旋挖钻进工艺在土层、砂层的钻进速度可达10米/小时,在粘土层可达4~6米/小时,是普通回转钻进的3~5倍,甚至更高。

传统钻机采用泥浆循环的方式,钻渣泥浆的混合物经过沉淀后泥浆循环利用,钻渣不断地被带到地面,尽管经过沉淀,但渣土中仍有大量泥浆。据施工统计,淤泥质粘土地层采用循环钻进产生的泥浆是桩体混凝土的2.5~3倍,大量含有泥浆的渣土被堆放在施工场地,既对场地环境造成了污染,又增大了渣土的处理成本。而采用旋挖钻进仅需处理与桩体混凝土同等数量的泥土即可。旋挖钻进工艺为干式或无循环泥浆钻进,所用泥浆量仅为正反循环钻进的l/10~1/20。因此,旋挖钻进的施工场地无需泥浆池、捞取的岩土为干性或半干,无需泥浆分离系统,占用场地小,地面更加整洁,对周边环境造成的污染更小。

旋挖钻进不仅成孔效率高、环境污染小、其成桩质量也更好。旋挖钻进的成孔过程仅需静压泥浆进行护壁,泥浆在孔壁上不形成泥皮,此外,由于上下往复提钻,对孔壁具有一定的修整作用,成孔更规则,加之反复提钻使孔壁较为粗糙,更利于增加桩侧摩擦阻力。旋挖钻孔孔底的沉渣可通过清砂斗进行清理,与循环钻进相比,孔底沉渣更少,基于以上因素,旋挖钻进的孔质量更好,其成桩的承载力更高。

环保、高效、质量高的旋挖钻进工艺大大促进了我国桩基工程的快速发展,该工艺不仅对推动野外桩基工程起到了重大作用,由于其对环境污染小、占地面积小的特点,在城市建设施工中也占据着越来越重要的地位。

 

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旋挖钻进施工现场

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