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钻探设计说明书

第二章钻探设计说明书

第1节钻探的地质概况

本区地表大部被第四系风积砂与黄土覆盖，基岩仅在沟谷中零星出露，根据前期的地质踏勘可知，钻探区的的地层由新至老特征如下：

第四系全新统的风成层和冲积层、中间的本区没有见到，在就是三叠中统二马营（T2er）（准格尔旗中部如沙和圪堵、德胜西、暖水等地）为中粒砂岩、三叠下统的和尚沟组（T1h）泥岩假中粒砂岩、刘家沟组（T1L）砖红色粗粒砂岩、二叠上统的石千峰组（P2sh）以砂岩为主和上石盒子组（P2s）以泥岩与砂岩互层为主，二叠下统下石盒子组（P1x）为长石石英砂岩、下二叠统山西组（P1S）砂岩为主、上石炭统太原组（C2t）砂岩煤层为主和本溪组以砂岩灰岩和山西式铁矿层、页岩、，中下奥陶统（O）灰岩为主。

第二节钻孔位置

根据前期大的踏勘及周边钻孔对本区的地质情况的揭露，在加上对前人得研究成果。

本钻探区属于华北地台的鄂尔多斯古陆上，由于在喜马拉雅山隆起的使得底层抬升分化剥蚀，使得三叠纪的地层长期出露地表，导致了现在的地貌特征。

本区施工地属于准格尔旗管辖范围，距离原准格尔旗旗政府所在地沙圪堵的纳林镇的黄布拉格的塔上。

如图：

根据《岩心钻探规程DD2010-01》编写

第三节单孔钻探技术设计

一钻进方法和钻具组合

为了达到理论的钻探效果，不考虑其经济因素，只考虑地质上及钻进技术等方面因素，达到最优的钻进规程我们采用了金光石钻进，并用绳索取心的方法。

二钻孔结构设计

本区为煤炭地质勘探，勘探煤层厚度及其他特征，根据准格尔旗综合柱状图：

设计孔深1400米，采用金刚石钻进，地质剖面包括以下层位：

（1）0至10米为可钻性为1级的第四纪的冲击层及卵石层，该段全漏水不循环，需下套管；（3）10至1080米为可钻性1至6级的稳定砂岩为主（4）1080至1400要求地质取样，主要煤层和灰岩，（5）地质取样要求以59mm终孔。

试确定该钻孔结构。

[分析]从已知条件，自160米至终孔适于一径到底，不下套管；分析地质剖面，该钻孔下孔口管和一层套管即可；为封闭漏失层，套管下放深度为20-30米，管鞋伸进稳定层5至10米，套管直径为73mm，因此该孔段须用76mm钻进；孔口管长18至20米。

直径89mm，因此开孔取91或110mm。

根据钻孔的岩心可取用当地的粘土作为钻孔冲洗液的原料，这样护壁及携带碎岩心效果好。

三钻探设备选择

设计

钻孔深度

（米）

钻进方法

钻进型号

泥浆泵型号

动力机功率

拧管机

型号

照明发电

机功率

（千瓦）

钻塔类型

钻机

泥浆泵

联动

千瓦

马力

千瓦

马力

马力

0-100

硬质合金

钢粒

XJ-100-1

60/15

卧式单杠

-

-

-

-

10

（或7.5千瓦）

-

0.85

7-8米三角架

金刚石

XY-1

（XU-100）

60/15

卧式单杠

100-300

硬质合金

钢粒

XU-300-2

BWB90

17

20-24

5.5

10

40-48

NY-100

0.85-1.3

9-14.5米木塔

12米铁塔

金刚石

XY-2

300-600

硬质合金

钢粒

XU-600-3

BWB90

30

40-48

5.5

10

60-80

NY-100

0.85-1.3

SG-18钻塔

SGX-17钻塔

16米斜塔

金刚石

XY-3

600-1000

硬质合金

钢粒

XB-1000A

BWB250

40

60-80

30

40

-

NY-100

1.3以上

SG-23钻塔或SG-18钻塔

SGX-17钻塔

金刚石

XY-4

（JU-1000）

1000-1500

金刚石

硬质合金

钢粒

XY-5

（JU-1500）

BWB250

BWB300

35

65-80

30

40

-

NY

1.3以上

SGZ-23钻塔

根据表中可选取Y-5（JU-1500）钻机。

四供水设计

在当地，我们农业用水及吃的书都是第四系的冲积物中的水，水源充足，水量加大，在钻孔附近开挖一个5×3×1的蓄水池，可以保证钻探用水量，用潜水泵把地下书抽子水池就可以了。

五供电设计

本地区距离高压变压器不足百米，可以用电机作为钻机的驱动的动力源。

六钻孔质量要求及保证措施

1工程质量指标

根据地质设计确定钻孔六项质量指标的具体要求。

2质量保证措施

a）取心方法，取心工具的配备、使用及操作;

b）测斜仪器选择，易斜地层的防斜、纠斜措施;

c）封孔设计，包括封填孔段、架桥或封孔材料及灌注方法、检验方法等;

d）保证质量的具体技术措施，薄弱环节技术攻关方案。

七孔内事故预防及处理措施

根据司’一区以往工作经验，对卞要孔内事故提出预防与处理措施。

八安全技术措施

防寒、防火、防洪、防滑坡等灾害及钻

九成本预算与钻探施工安排

1.根据。

钻孔施工深度、总工程量和开动钻机台数，估计出钻杆、锁接手、锁接箍和粗径管材的需用量。

A钻杆需用量按设计钻孔的总工程量（米数）再加30%估算。

钻孔的总工程量是1500米，则需估备钻杆量为1500+1500x30%二1950米。

B锁接手需用量

按二根钻杆和三根钻杆组成立根（各立根配一付锁接手）占有提升工作量之和加30%估算。

在5000米工程量中，二根钻杆组成立根的提升量为2000米，三根钻杆组成立根的提升量为3000米，则应估备的锁接手量为（2000÷9+3000÷14）+（2000÷9+3000÷14）x30%=567付。

C锁接箍需用量估算方法基本与锁接手相同，须注意的是，三根钻杆组成的立根其锁接箍为2个。

如上例，所需锁接箍数量为C2000+9+（3000+14）x2）+C2000+9+（3000+14）x2]x30%=845付。

D取粉管需用量

按一个台月捎耗定额来估算。

即将总工程量按台年进尺化成台月数，乘以一个台月（90台班）消耗定额数。

例如:

总工程量为5000米，台年进尺为2600米，每台月消耗定额为6根，则需估备的取粉管根数为（5000=2500x12x5）+（5000

+2500x12x5）x30%=160根。

估算方法与取粉管相同，但每台月消耗定额为4个。

E岩心管需用量

估算方法也与取粉管相同，但每台月消耗定额一般为取粉管的2

倍。

F.钻头的用量

按岩石可钻性等级，将矿区设计拟穿过的岩石分为1^-7级、8^-12级两组，注明各组工程量，估算出硬质合金钻头、钢粒钻头、金刚石钻头和硬质合金、钢粒的需要量。

金刚石钻头以进尺寿命估算，平均进尺寿命以25米计。

其余均按每米消耗定额估算。

6级以下岩石，每钻进1米，综合定额为0.45个合金钻头，7级以上岩石，每钻进1米，综合定额为0.13个钢粒钻头（按有效长度300毫米计）。

110毫米普通合金钻头，每个镶8颗合金，每颗按3克重计算。

110毫米钢粒钻头每钻进1米，钢粒综合定额为1.2公斤。

本钻是选用的金光石钻进：

需金刚石钻头数1500÷25+1500÷25

x30%=78个

G.根据钻孔深度、口径和钻进方法，列

表（表2）说明所选用的钻探设备（钻塔、

钻机、泥浆泵、动力机、变压器）的规格和

数量。

孔深为1500m、口径为85mm、SGZ-23钻塔、泥浆泵为15台、变压器为最好的、动力机选用三相大功率交流电机。

H.按岩石特性，分层选择钻头类型（合金钻头、痢粒钻头或金刚石钻头）、规格，确定冲洗液类型（清水、泥浆或乳化液等）和护孔方法，·拟订合理钻进技术规范（压力、水量、转速及钢粒钻进投砂量）。

I.说明为提高难采地层岩矿心采取率的钻进方法（指合金、钢粒和金刚石钻进），取心钻具和操作规程。

提出使用的测斜仪和予防孔斜的技术措施。

指明提高坚硬岩层和复杂地层钻进效率的施工方法。

K冲洗液的选择及配备

我们为了经济合理就采用对当地特有的高岭土为原料，也清水配备，要是情况而定。

在煤系地层钻进过程中需用清水做为冲洗液，是为了不影响煤的测定指标。

十、钻探设备安装

1、修筑地基必须遵守下列规定

1.1.机场地基必须平整、坚固、适用。

钻塔底座填方部分不得超过塔基面积的四分之一，填方部分还必须采取有效措施防止塌陷和溜方。

孔深超过600米以深及土层松散、地形坡度大于30度时，塔基不许安装在填方部位上。

1.2.在山坡修筑地基时，地基靠山坡一边的坡度要适当。

当地基岩石坚硬、稳固时，坡度不得大于80度；地基特别松散时，坡度不得大于45度，并要除掉坡上的活石。

1.3.修筑地基需要进行爆破作业时，必须遵守《坑探规程》中有关爆破作业的安全规定，凡没有爆破许可证者，严禁从事爆破作业。

2、安装基座必须遵守下列规定

2、1.应根据设备类型、钻孔设计深度和地区条件选定基座的结构型式。

无论何种基座（基台木、混凝土、槽钢和工字钢等）都必须保证安装稳固、周正、水平。

钢质基座：

应按使用说明书规定进行安装，不得使用有裂纹的和变形的槽钢和工字钢做地梁。

在钢质基座下面的主要着力点，都应垫好木板、枕木。

混凝土基座：

灌注混凝土时，水泥、砂子、碎石所需的体积比为1:

3:

6；特别松散的地层为1:

2:

4。

灌注混凝土用的砂子、碎石要清洗干净，与水泥要搅拌均匀；灌注时要捣实，灌注后要注意养护；并认真检查螺杆间的相互距离，要符合设计要求，不得有偏斜。

2.2.在四个塔角、钻机的着力点和孔口四周都应铺设上、下两层材质坚韧的基台木，遇深孔和土层松散时应在下部用混凝土加固。

其安装形式一般按钻塔底盘和钻机地脚螺孔的排列尺寸铺设，见表2。

常用钻机、钻塔底座安装尺寸表2

钻机安装尺寸（毫米）

钻塔安装尺寸（米）

钻机型号

机座螺孔尺寸

孔前距

变角点

高度

钻塔类型

钻塔

高度

钻塔

底盘尺寸

左右

前后

XJ-100

564

418+385+385

186

730

三角管架

7

2.8×3.2

XU-100

558

400+436+100

182

730

XU-300

840

3×540

（4×455）

180

（167）

967

直塔

斜塔

12．5

12

4.5×4.5

4.5×7.6

XU-600

960

400+1220+400

（400+675+785+400）

243

1240

直塔

管子塔

斜塔

17

18

16

5.0×5.0

4.5×4.5

5.0×9.2

XY-3

976

4×520

292

1148

XB-1000

990

1365

62

1033

直塔

管子塔

SGZ-23

22

23

23

5.5×5.5

5.5×5.5

5.5×5.5

JU-1000

668+680+668

259.5

1160

JU-1500

1260

500+615+615+615

386

1250

注：

括弧内数字为老产品规格。

基台木的长度应比钻塔底盘长出200～500毫米。

连接基台木的螺杆直径不得小于16毫米，并在靠近基台木处上下加垫。

基台木的断面规格如下：

100型钻机150×150（毫米）

300型钻机200×200（毫米）

500-600型钻机220×200（毫米）

（选）1000-1500型钻机250×250（毫米）

3.安装与拆卸钻塔必须遵守下列规定

3.1.安、拆钻塔工作应在安装队（组）长或机长的指挥下进行；安装人员必须戴安全帽。

在塔上工作时必须系牢安全带、要穿平底的橡胶鞋；不得在台板上放任何物件；必要的工具、螺栓要放在工具袋内；不得在安、拆钻塔的同时在塔下进行工作。

3.2.钻塔应安装稳固、周正。

安、拆钻塔前，应对钻塔构件及所用的工具、绳索和挑杆进行严格检查。

3.3.安装钻塔时，台板必须架设牢固；各部螺栓与构件的规格要合乎要求并要装全、装牢；钻塔安装完毕后，要从下向上认真进行检查、调查，直至符合要求。

3、4.拆卸钻塔时，应从上向下逐层逐件拆卸，禁止先拆下层构件，或同时拆卸上下层构件，严禁由塔上往下抛扔钻塔构件、螺栓、工具等。

3.5.夜间或刮六级以上强风以及雷雨、雪、雾气时，禁止安、拆钻塔。

冬季施工时，必须清除梯子，台板及鞋底上的冰、雪、霜后，方可上塔工作。

4、安装机电设备必须遵守下列规定

4.1.安装机电设备必须稳固、周正、水平。

各相应的传动轮必须对线；连接机座与基台木的螺杆上端须加防松螺帽或弹簧垫圈。

4.2.钻机立轴轴心线、天车中心（或前缘切点）与孔口（拧管机）中心必须在同一条直线上。

4.3.电器设备必须安装在干燥、清洁的地方，严防油、水及杂物侵入；电器设备及起动、调整装置的外壳，应有良好的接地保护装置。

5活动工作台必须安装牢靠，并有可靠的制动、防坠装置。

用直径9～10毫米的钢丝绳作平衡绳和导滑绳。

在平稳铊接近地面部位应用栏杆围好。

活动工作台围栏高度为1.2米，底盘周围的护板高度，须在150毫米以上。

6冲洗液循环系统一般应安设在靠地基下方一侧，距塔脚0.5米以上，并安设防冻、防雨设施。

循环槽长度应长于15米，内宽220～250毫米，高220毫米，坡度1/100～1/80（相当于15米槽长范围内首尾高度相差0.15～0.20米）；槽中每隔1.5～2米要上下交错安设挡板，上挡板高100毫米，距槽底50毫米，下挡板高100毫米，直接安靠至槽底。

水源箱及沉淀箱各两个，每个容积：

水源箱1米3以上；沉淀箱0.5米3以上，钻进复杂岩层及深孔时还应适当加大容积。

7机场内必须安设下列安全防护设备

7.1.应根据施工现场及当地当时的气候条件选择场房类型。

场房应能防寒、防雨，有充足的光线和足够的操作空间。

7.2.地板安装必须平齐、稳固，地板厚度要大于40毫米。

传动皮带和机械传动部分的外部，应安设牢固的防护栏杆或防护罩；XB-500型钻机使用平衡器时，应安装保险绳。

7.3.座式天车要有安全挡板，吊式‘天车要有保险绳’。

台板要安设牢固，并架设1.2米高的坚固栏杆。

台板厚度要大于50毫米。

钻杆立根长度超过12米时，要架设2～3处钻杆支撑靠架，并使各层支撑架在同一斜面上（安装有扶、摆管器者除外）。

7.4.钻塔塔套包挂要端正。

塔套边缘孔眼处和横、斜拉手处的钉带要栓牢。

7.5.必须用直径12.5毫米以上的钢丝绳做钻塔的绷绳，塔高18米以下的设四根，塔高18米以上的分两层设八根。

各绷绳的张力要相等，安装位置要力求对称（三角架绷绳相互夹角相等），绷绳与水平面的夹角要小于45度。

7.6.雷雨季节施工时，塔上必须安设避雷针，并要与钻塔绝缘良好。

钢质避雷针截面应大于100毫米2，钢质引下线截面应大于28毫米2，铝质引下线截面应大于16毫米2。

避雷针应高出塔顶1.5米以上。

引下线与钻塔及绷绳的距离应大于1米，接地装置与电机接地体、孔口管、绷绳锚杆的距离应大于3米。

避雷针、引下线和接地体的连接必须严密牢靠，不便于在现场焊接时，应预先将各部件连接处焊以接触面积大于10厘米2的金属板，安装时再用螺栓紧固。

接地电阻应小于15欧姆。

整体迁移。

第三节金刚石钻进

一开孔

1.在冲积层、堆积层或松散的砂土层开孔时，可使用肋骨钻头、刮刀钻头并使用泥浆作冲洗液，也可使用普通硬质合金钻头干钻。

坍塌严重时，可从孔口灌注稠泥浆或分段投入粘土球，捣实后再钻进，也可使用聚丙烯酰胺低固相泥浆护壁。

钻进预定深度后，及时下入孔口管。

2.在砾石层开孔时，可用冲击钻头钻进也可在孔口挖坑、灌注水泥后直接钻进，或先挖掘一定深度，埋入孔口管后再钻进。

钻进中除用泥浆护壁外，还可采用跟套管、注入快干水泥等方法，分段护壁、分段钻进。

二金刚石钻头使用

金刚石的品级、金刚石钻头与扩孔器的规格、性能必须符合《DZ2-78地质岩心钻探金刚石钻头、扩孔器》标准的要求钻进时，应按钻头和扩张孔器外径的大小，排好顺序轮换使用，即先使用外径大的，后使用外径小的；对于钻头来说，还应同时考虑先用内径小的，后用内径大的。

1、新钻头到达孔底后，必须进行“初磨”，即轻压（为正常钻压的1/3左右）、慢转（100转/分左右）钻进10分钟左右，然后再采用正常参数继续钻进。

新钻头钻进的第一个回次进尺不宜过长，应及时提钻检查钻头的磨耗情况。

2、减压钻进倒杆时，必须先用升降机将孔内钻具拉紧（不得提离孔底），倒杆后用油缸减压并在小于正常钻压的情况下平稳开车。

3、掌握“五不扫”，即不用金刚石钻头扫孔、扫残留岩心、扫脱落岩心、扫掉块和扫探头石。

4、掌握“三必提”，即遇下钻受阻轻转无效、岩心堵塞、钻速骤降时必须提钻。

5、钻头出现以下情况时，不得再下入孔内。

.表镶钻头内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.2毫米以上的；孕镶钻头内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.4毫米以上的；表镶钻头出刃尺寸超过金刚石颗粒直径1/3的；表镶钻头有少数金刚石脱落、挤裂或剪碎的；孕镶钻头出现石墨化现象的；钻头出现明显偏磨的；钻头水口和水槽小于标准尺寸的；胎体有明显裂纹、掉块、沟槽或严重被冲蚀的；钻头体变形，丝扣损坏的。

三金刚石钻进技术参数

合金钻进的技术参数主要包括钻压、转速和冲洗液量。

它们对钻进效率、钻孔质量、磨料消耗、施工安全等直接有关系。

在操作过程中，应根据岩石的物理机械性质、钻头结构、钻探设备和钻具的可能性以及钻孔质量要求等条件来合理掌握，并通过实践当中进行修正、总结出适合矿区的最优钻进技术参数。

1、钻压：

合理的钻压应该既保证钻头耐久性又获得最大的平均机械钻速。

在其它条件不变的情况下，在一定范围内，钻速随着钻压的增加而成比例地增加。

实践证明：

钻速的提高主要是依靠钻头压力的增加来实现。

但压力过大会导致崩刃、钻具折断、钻孔弯曲、软岩层中容易烧钻等事故。

钻压可通过下式进行计算：

钻头总压力=每颗切削具上应加的压力（如柱状合金70-120kgf/颗）X钻头上切削具的颗数

实际工作中应该根据所钻的岩层性质而选择的合金切削具型式和钻头的排列与数目进行初步计算，同时在施工中不断总结出最优的钻压。

2、转速：

钻具转速有二种表示方法，一是钻头每分钟的回转数（转/分），另一个是用钻头的圆周速度V（米/秒）来表示。

V=[π（D+D1）n]/（2X60）

生产实践表明：

在一定条件下，提高钻头转速可增大钻速，但超过最优值后反而随转速的增高而使钻速降低。

一般情况下，在软至中硬岩中钻进时，可采用较高的转速；在坚硬和强研磨性岩石或非均质和裂隙发育的岩石中钻进，则应降低转速；深孔或大口径钻进也应降低转速。

3、冲洗液量：

冲洗液量的大小应根据岩石性质和钻孔直径等因素而定。

一般地，在软岩层中钻进因进尺快所产生的岩粉多而选择较大的冲洗液量；在岩石颗粒粗比重大的岩层钻进也应相应加大冲洗液量；在大直径孔、深孔钻进时，钻杆和孔壁渗漏多也应加大冲洗液量；而在松散、破碎地层钻进，为防止冲蚀岩心和冲垮孔壁，应选择较小的冲洗液量。

冲洗液量Q的大小一般用经验公式进行计算：

Q=KDK—经验系数（6—15l/cm.min）D—钻头直径（cm）

实际钻进工作当中，各参数之间有着密切的联系，要达到合理的配合，其配合关系大致如下：

岩石

钻压

转速

冲洗液量

研磨性大的硬岩石

大大

小

小

裂隙岩层

小

小

相应地小

软岩

小

大

相应地大

设计中可根据下面的技术参数表的数据范围内根据矿区地层岩性特点加以选择，同时应在实际工作中摸索出适合矿区地层的最优技术参数。

不同岩层钻进技术参数范围表

钻进技术参数岩石级别

钻头压力

转速（rpm／min）

泵量（L／min）

取心钻（kg／粒）

刮刀钻头（kg／cm）

1～4级

50～60

100～120

00～350

2

＞80

～6部分7级

80～120

120～150

150～250

5

＞80

注：

（1）针状硬质合金块每块能承受的压力为150～200kg；

（2）100型钻机的泵量，以水泵最大有效排水量送给。

（3）刮刀钻头单位压力（kg／cm）中的cm，系指钻头直径。

四采取岩心

我们使用是绳索取心，应遵守的规则

1.下打捞器以前，必须在孔口钻杆上端拧上护丝，打捞器将接近内管上端时，应放慢下降速度；反复捞取内管无效时，不得猛冲硬墩，应提钻查明原因。

2.打捞内管在提升钢丝绳时，应注意孔口钻杆内是否有冲洗液涌出，以判断内管是否打捞上来。

3.内管未到底前不准扫孔钻进。

5.钻杆打断后，不准下入打捞器捞取内管。

6.内管提上后，如发现管内无岩心，应立即提钻。

7。

捞器上的钢丝绳应绑结牢固，并应装安全绳；当脱卡销超过250公斤的拉力时应能被剪断，从而使打捞器安全脱卡。

五、技术参数的合理配合

钻压、转速、泵量三者间是相互配合与相互制约的一种关系。

在一定条件下存在最优的配合关系，这种最优关系称最优钻进规程。

只有在最优的规程下钻进。

才能在以最小的金刚石消耗量获得最高和钻速和较长的钻头寿命，达到优质、高效、低成本和安全的目的。

一般地，在较软地层钻进，采用高转速、大泵量和适当的压力；在坚硬的研磨性强的岩层钻进，则采用大钻压和适当的转速和泵量；在裂隙发育的破碎岩层和研磨性强的岩层钻进，则采用最小限度的钻压、转速中低和适当的泵量；在“打滑层”中钻进，应用大钻压、中低转速和适当的泵量。

总之，各参数的合理配合要结合实际情况加以摸索、总结，不断积累经验，逐步丰富和完善矿区的钻进工艺规程。

绳索取心钻进规程参数较普通金刚石钻进参数大些，这主要取决于钻头唇面的不同而引起的，其钻压较普通外头大些，转速在动力条件允许情况下宜选择高转速，而水量因环状间隙很小应采用比普通双管要小（一般35—35升/分）。

六金刚石钻进注意事项

采用合金钻进，除了合理选用钻头结构和钻进技术参数外，还必须有正确的操作方法，才能达到提高钻进效率和钻头使用寿命的目标。

因此，应注意以下几方面：

1、新钻头入孔内，应离孔底0.5米以上并轻压慢转扫至孔底，以防止新钻头被挤夹住。

扫孔时速度要慢，以防止合金崩刃或因孔底有残留岩心而堵塞。

2、要经常保持孔底清洁。

孔内的岩粉、崩落的合金须及时捞取，孔内有残留岩心在0.5米以上或有脱落岩心时不得下入新钻头。

3、为保持孔径一致，钻头应排队使用。

原则是先用外径大内径小，后用外径小内径大的。

4、正常钻进压力要均匀，不得无故提动钻具，并随着合金的磨钝逐步加大压力。

发现岩心堵塞时要及时处理，无效时立即提钻以防止孔内事故。

5、合理掌握好回次进尺时间。

合金钻进时因磨料逐渐磨钝而出现钻孔缩径和钻速逐步下降，因此，为避免下一回次的扩孔、起下钻时间和提高回次效率，应当确定合理的回次进尺时间，这是提高钻速的有效措施之一。

可通过计算法或作图法进行现场确定，各矿区地层情况不一，在此无法具体给出数据。

回次钻速=（回次累计进尺）/