鉆孔彎曲與測(cè)量kejian.ppt

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1、六、鉆孔彎曲與測(cè)量（一）鉆孔彎曲概念（二）鉆孔彎曲的原因和規(guī)律（三）鉆孔彎曲的測(cè)量?jī)x器與數(shù)據(jù)處理（四）鉆孔彎曲的預(yù)防與糾正國(guó)家精品課程鉆進(jìn)(井)工程施工中由于自然和技術(shù)因素的影響，實(shí)際鉆孔軌跡往往偏離設(shè)計(jì)軌跡——稱為鉆孔彎曲或鉆孔偏斜。地質(zhì)成果危害歪曲礦體產(chǎn)狀、打丟礦體、遺漏斷層或改變勘探網(wǎng)度，影響對(duì)礦體的評(píng)價(jià)、構(gòu)造的判斷和儲(chǔ)量計(jì)算的精確程度。鉆探施工危害鉆具在孔內(nèi)彎曲變形嚴(yán)重，摩擦阻力增加，磨損加劇，鉆桿折斷事故增多，升降鉆具困難，功耗增加和鉆進(jìn)速度下降。其他方面的危害水井鉆探中深井泵無(wú)法下入或過(guò)早損壞。鉆孔樁施工中，會(huì)引起樁基傾斜，影響樁基承載力。（一）鉆孔彎曲概念頂角（θ）鉆

2、孔軌跡某點(diǎn)切線與鉛垂線之間的夾角。方位角（α）鉆孔軌跡某點(diǎn)切線在水平面上的投影與真北方向夾角，按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)。孔深，孔口到鉆孔軌跡上某點(diǎn)的鉆孔軸線長(zhǎng)度。垂深，孔口到鉆孔軌跡上某點(diǎn)的Z坐標(biāo)長(zhǎng)度。1、鉆孔軌跡的基本要素利用鉆孔軌跡基本要素，可算出軌跡上每點(diǎn)的空間坐標(biāo)。設(shè)鉆孔軌跡為一斜直線，坐標(biāo)原點(diǎn)為孔口，X軸取正北，Y軸取正東，Z軸鉛垂向下。軌跡上的空間坐標(biāo)計(jì)算如下：式中：x0,y0,z0——孔口坐標(biāo)；xA,yA,zA——鉆孔軸線上點(diǎn)A的坐標(biāo)；θ——開(kāi)孔頂角；α——開(kāi)孔方位角；LA——孔口至測(cè)點(diǎn)鉆孔軸線的長(zhǎng)度。為說(shuō)明鉆孔軌跡的彎曲程度，取單位孔身長(zhǎng)度的頂角變化，稱頂角彎強(qiáng)。單位孔身長(zhǎng)度

3、的方位角變化，稱為方位角彎強(qiáng)。彎強(qiáng)與數(shù)學(xué)上曲率概念等同。前者單位是（°）/m；后者是rad/m。如果把既有頂角變化，又有方位角變化的鉆孔軌跡看成是鉆進(jìn)速度向量變化的軌跡，則在某一孔段這種向量方向的變化，可用鉆孔全彎曲角表示。單位孔身長(zhǎng)度的全彎曲角稱全彎強(qiáng)。全彎強(qiáng)越大，表明鉆孔彎曲程度愈強(qiáng)烈。2、彎曲強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱彎強(qiáng)）的概念及時(shí)測(cè)量鉆孔彎曲，準(zhǔn)確測(cè)知鉆孔的空間位置，在處理地質(zhì)資料時(shí)加以校正；研究鉆孔彎曲規(guī)律和原因，采取措施進(jìn)行鉆孔彎曲的防治（防斜和治斜）；結(jié)合施工條件采用定向鉆進(jìn)技術(shù)。在進(jìn)行防斜、治斜和定向鉆進(jìn)時(shí)，都必須定期測(cè)斜。3、處理鉆孔彎曲問(wèn)題時(shí)注意事項(xiàng)（二）鉆孔彎曲的原因和規(guī)律

4、1、鉆孔彎曲的條件存在孔壁間隙，為粗徑鉆具提供偏倒(或彎曲)空間；具備傾倒或彎曲力，為粗徑鉆具偏離鉆孔軸線提供動(dòng)力；粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定。孔壁間隙和傾倒(或彎曲)力是鉆孔彎曲的必要條件；而粗徑鉆具傾斜面方向穩(wěn)定是產(chǎn)生鉆孔彎曲的充分條件。鉆具傾斜面穩(wěn)定在某一方向時(shí)，鉆柱只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)。如果鉆柱公轉(zhuǎn)，鉆頭在不同時(shí)刻朝著不同方向鉆進(jìn)，只產(chǎn)生擴(kuò)壁作用，而不導(dǎo)致鉆孔彎曲。因此，鉆孔彎曲是在鉆柱自轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生的。1）地質(zhì)因素：（1）巖石的各向異性垂直于巖層方向碎巖效率高，平行于層理方向效率低，因此，在傾斜巖層中鉆進(jìn)極易產(chǎn)生垂直于層面的方向彎曲（俗稱頂層進(jìn)）。鉆孔彎強(qiáng)與巖石各向異性強(qiáng)弱和鉆孔

5、遇層角的大小有關(guān)。遇層角約為45o時(shí)，鉆孔彎強(qiáng)最大。2、鉆孔彎曲的原因（2）軟硬互層除上述地質(zhì)因素的影響以外，鉆進(jìn)含有卵石、礫石或漂石的巖層時(shí)，鉆孔延伸受到巖石硬塊的阻礙，鉆孔往往朝著容易通過(guò)的方向偏斜。此時(shí)頂角和方位角的彎曲無(wú)一定的規(guī)律。鉆孔遇到大裂隙、交角又不大時(shí)，孔身往往沿裂隙面的方向延伸。斜孔穿過(guò)較厚的松散巖石或溶洞及老窿時(shí)，孔身則趨于下垂。（1）設(shè)備安裝鉆機(jī)基礎(chǔ)不平，立軸安裝不正確，未下孔口管或孔口管方向不合要求，都會(huì)使鉆孔偏離設(shè)計(jì)軌跡。這些因素主要是在開(kāi)始階段起作用，但鉆孔開(kāi)始的彎斜會(huì)給以后的鉆孔留下嚴(yán)重的影響。（2）鉆具結(jié)構(gòu)尺寸粗徑鉆具的剛度：粗徑鉆具直徑較小而長(zhǎng)度

6、過(guò)長(zhǎng)，則剛度可能不足，會(huì)失穩(wěn)彎曲。粗徑鉆具的臨界長(zhǎng)度：2）技術(shù)因素孔壁間隙--粗徑鉆具外徑與孔徑間的間隙。粗徑鉆具在鉆孔中的偏倒角Dc--孔徑；D1、D--巖心管及鉆頭直徑；L--粗徑鉆具長(zhǎng)度。顯然，孔壁間隙↑或粗徑鉆具↓，都會(huì)使偏倒角↑，從而鉆孔彎曲強(qiáng)度↑。采用肋骨鉆頭會(huì)增大孔壁間隙。（1）鉆進(jìn)方法不同鉆進(jìn)方法導(dǎo)致不同的孔壁間隙。一般鋼粒鉆進(jìn)孔斜最大，硬合金鉆進(jìn)次之，金剛石鉆進(jìn)最小。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)較低的軸向壓力和轉(zhuǎn)數(shù)，鉆孔彎曲強(qiáng)度較小。（2）鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)鉆壓過(guò)大→粗徑鉆具彎曲→鉆頭靠壁側(cè)→偏倒角達(dá)最大→鉆具回轉(zhuǎn)摩擦阻↑→鉆具自轉(zhuǎn)幾率↑→導(dǎo)致鉆孔彎曲。轉(zhuǎn)速過(guò)高→鉆柱離心力↑→橫

7、向振動(dòng)和擴(kuò)壁→孔壁間隙↑。泵量過(guò)大→沖刷、破壞軟巖孔壁→孔壁間隙↑。鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)不合理，鉆速過(guò)低，鉆具在孔壁長(zhǎng)時(shí)間研磨也會(huì)擴(kuò)大間隙，增加孔斜。3）工藝因素--可采取措施的主觀因素1)均質(zhì)巖石鉆孔彎曲強(qiáng)度＜不均質(zhì)巖石，巖石各向異性↑鉆孔彎曲強(qiáng)度↑2)層理、片理發(fā)育的巖石鉆孔“頂層進(jìn)”彎曲。遇層角45°左右鉆孔彎曲強(qiáng)度最大。3)軟硬互層巖石中鉆孔從軟入硬時(shí)，彎曲強(qiáng)度↑，雖然從硬進(jìn)入軟巖層時(shí)，彎曲強(qiáng)度較小，但最終彎曲趨勢(shì)仍與頂層進(jìn)。4)穿過(guò)松散非膠結(jié)巖石、大溶洞時(shí)，鉆孔趨