趙 勇

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

煤礦深孔鉆探技術(shù)問(wèn)題及機(jī)具選擇要點(diǎn)

趙 勇

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介紹了煤礦深孔鉆探存在的技術(shù)問(wèn)題，從泥漿泵、鉆機(jī)、巖心打撈系統(tǒng)、鉆桿鉆具四方面對(duì)機(jī)具選擇要點(diǎn)進(jìn)行了分析，有助于提高施工效果，降低孔內(nèi)事故的發(fā)生，對(duì)推動(dòng)找礦工作的穩(wěn)步發(fā)展至關(guān)重要。

煤礦，泥漿泵，鉆探技術(shù)，鉆機(jī)

在當(dāng)前的煤礦地質(zhì)勘探行業(yè)當(dāng)中，工作重點(diǎn)愈發(fā)趨向于向更深層次的未勘探地區(qū)開(kāi)展地質(zhì)勘察作業(yè)?；诖?，也就使得深孔鉆探技術(shù)的重要性上升到了前所未有的高度，同時(shí)相應(yīng)的工作任務(wù)量也明顯增加。隨著任務(wù)量的擴(kuò)大，要先確保取得良好的鉆探成效，不但需要相關(guān)的鉆探人員能夠具備良好的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，同時(shí)也需開(kāi)展好對(duì)機(jī)具的合理化選擇，從而確?？碧阶鳂I(yè)的安全性，以及促進(jìn)找礦工作的高效性。據(jù)此，下文將重點(diǎn)就煤礦深孔鉆探技術(shù)問(wèn)題及機(jī)具選擇要點(diǎn)展開(kāi)深入的探究工作。

1 煤礦深孔鉆探存在的技術(shù)問(wèn)題

1.1 設(shè)備問(wèn)題

在煤礦深孔鉆探過(guò)程中所較常出現(xiàn)設(shè)備問(wèn)題主要來(lái)自于三個(gè)方面的內(nèi)容，即：泥漿泵、鉆機(jī)、巖心打撈系統(tǒng)三個(gè)方面，現(xiàn)就這三方面所導(dǎo)致的設(shè)備問(wèn)題具體闡述如下：

1)泥漿泵。

每臺(tái)機(jī)器在早期所配置的泥漿大都均為BW200，BW250/50以及BW320等三類(lèi)，但是受制于煤系地層所存在的巨大復(fù)雜性，在鉆探到煤系的中間位置之時(shí)，設(shè)備市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)泥漿上返情況明顯減弱，排粉能力變差，煤礦深孔之中的阻力急劇增大，極易將水體阻塞，一般情況下會(huì)造成轉(zhuǎn)速升高受限，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致鉆進(jìn)難以正常進(jìn)行。

2)鉆機(jī)。

XY-44型號(hào)鉆機(jī)設(shè)備因?yàn)槟芰^差，在孔深達(dá)到700 m后轉(zhuǎn)速便無(wú)法再升高，僅可達(dá)到250 r/min左右，對(duì)于金剛石的鉆井效果還難以有效發(fā)揮，提升能力也有待提升。而全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)設(shè)備的問(wèn)題主要是在處理事故問(wèn)題的過(guò)程當(dāng)中需要多次下鉆輔助，且耗時(shí)較長(zhǎng)，在經(jīng)實(shí)地測(cè)繪后表明，在孔深度為800 m的動(dòng)力頭鉆機(jī)內(nèi)，每次拉兩根6 m，便將會(huì)導(dǎo)致下次鉆具所耗費(fèi)時(shí)間大致在1.3臺(tái)班，而促使鉆桿被放置于地面之上，則會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度加劇。相對(duì)比來(lái)說(shuō)，采取立軸鉆機(jī)每一次提升鉆具的耗損僅為0.8臺(tái)班，和動(dòng)力頭鉆機(jī)相比較來(lái)說(shuō)能夠大大降低時(shí)間耗費(fèi)，并且鉆桿一般會(huì)順著塔桿放置，可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3)巖心打撈系統(tǒng)。

此系統(tǒng)內(nèi)有可能會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題情況的部分主要包括：a.所采用打撈鋼繩的直徑、重量、型號(hào)；b.繩索絞車(chē)卷筒容量、排繩方式等；c.打撈系統(tǒng)有著較高的靈活性與穩(wěn)定性；d.若是由于操作失誤等原因也將會(huì)與深孔繩索取芯鉆進(jìn)事故存在密切的相關(guān)性。在進(jìn)入到煤系以后全部的施工設(shè)備均出現(xiàn)了各種各樣的斷繩情況，通常在對(duì)內(nèi)管提拉的第一時(shí)間較易出現(xiàn)打撈鋼繩斷裂情況，尤其是在深孔鉆探當(dāng)中，更是促使各類(lèi)事故的發(fā)生類(lèi)型與時(shí)間受到了極大的不利影響。

1.2 護(hù)孔問(wèn)題

最初在泥漿配方當(dāng)中不同處理劑加量以及機(jī)臺(tái)操作十分隨意，大多都為依據(jù)技術(shù)要求予以配加，泥漿性能也并沒(méi)有依據(jù)意識(shí)的測(cè)定結(jié)果來(lái)予以相應(yīng)的調(diào)整，從而導(dǎo)致泥漿護(hù)壁效果無(wú)法得到充分的發(fā)揮，同時(shí)再加上地層結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性，導(dǎo)致煤系底層孔壁出現(xiàn)了大量的坍塌現(xiàn)象，使得扭矩大幅度升高，這也在某種程度上致使鉆進(jìn)施工效率受到了不利影響。

1.3 鉆具問(wèn)題

對(duì)于鉆具的選取是否科學(xué)、合理，將是決定煤礦勘探工作能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)最為關(guān)鍵的一項(xiàng)因素。在上鉆初，礦區(qū)所選擇配給各個(gè)廠(chǎng)家的S75繩索鉆桿及鉆具，在經(jīng)由實(shí)踐鉆探驗(yàn)證顯示，于常規(guī)地標(biāo)系列中的絲扣由于厚度較小且長(zhǎng)度偏短，難以承受較大的壓力負(fù)重，常常會(huì)因?yàn)殂@具和鉆桿影響而折斷，若是斷頭處在煤系地層當(dāng)中時(shí)，便將進(jìn)一步加劇事故處理的難度。尤其是在前期施工過(guò)程中更易發(fā)生鉆桿折斷、滑扣、鉆具折斷等事故問(wèn)題。

2 機(jī)具選擇要點(diǎn)

2.1 泥漿泵選擇要點(diǎn)

沖洗液是保障鉆孔能夠得以通暢的關(guān)鍵所在，為實(shí)現(xiàn)對(duì)巖粉的有效去除，盡可能確?？椎撞课坏那鍧嵭?，在這一類(lèi)型的地層和鉆孔當(dāng)中開(kāi)展施工作業(yè)工作便應(yīng)當(dāng)盡可能的選取BW300亦或是BW320泵其性能較為適宜，由于泵處在高速檔位之時(shí)應(yīng)用時(shí)間往往較短，因此應(yīng)更多的考慮采用中低速檔位。另一方面在泥漿配置之時(shí)，對(duì)于處理劑的添加應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)事先所明確出的配方比予以添加，要確保泥漿性能和指標(biāo)采取測(cè)試儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，無(wú)法滿(mǎn)足于規(guī)定要求的要當(dāng)場(chǎng)予以調(diào)節(jié)，嚴(yán)禁違規(guī)操作。

2.2 鉆機(jī)選擇要點(diǎn)

煤礦深孔鉆探設(shè)備有著高度的復(fù)雜性，與其他礦種相對(duì)比而言難度較大，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐驗(yàn)證表明，在選型之時(shí)應(yīng)當(dāng)為鉆機(jī)多留置出一定的能力空間，具體可對(duì)深度在千米內(nèi)的鉆孔采取XY-5型號(hào)鉆機(jī)設(shè)備(如圖1所示)，而針對(duì)超過(guò)千米深度的鉆孔則至少應(yīng)采取XY-6或以上型號(hào)的鉆機(jī)設(shè)備。全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)盡管有著較為優(yōu)越的性能，然而在應(yīng)對(duì)具體事故問(wèn)題的處置方面操作難度極大，起下鉆的輔助時(shí)間也相對(duì)偏少，并非最優(yōu)選機(jī)型設(shè)備，在有其他選擇的情況下盡可能不予以采用。

2.3 巖心打撈系統(tǒng)

打撈鋼繩事故在煤礦深孔鉆探的開(kāi)展初期人們并未對(duì)此予以高度的關(guān)注，僅認(rèn)為是一般性的常規(guī)事故情況，然而隨著工程進(jìn)度的不斷深入，多次發(fā)生打撈鋼繩事故，特別是在深孔煤系地層之中，每提起一次鉆具，孔壁的穩(wěn)定性便變差一些。因而，就整體打撈系統(tǒng)工作性能來(lái)看，其水平程度將會(huì)與每一次的內(nèi)管打撈結(jié)果有著直接性的關(guān)聯(lián)，對(duì)此必須要做好以下幾方面的工作內(nèi)容：

1)合理選取鋼繩型號(hào)：應(yīng)采用雙捻多股線(xiàn)接觸型鍍鋅鋼繩較為適宜，此類(lèi)鋼繩性能較佳，若直徑同等與接觸型相對(duì)比來(lái)說(shuō)其抗拉強(qiáng)度明顯更大；對(duì)于鋼繩直徑的選取應(yīng)當(dāng)相較于平常深孔選用的要大1.25 mm左右。要由正規(guī)生產(chǎn)廠(chǎng)家購(gòu)入，確保質(zhì)量合格。

2)確保系統(tǒng)靈活：對(duì)打撈器安全銷(xiāo)采取加粗處理，最大程度的保障系統(tǒng)應(yīng)具備良好的拉力性能；在每一次投放入內(nèi)管之前均應(yīng)核查彈卡收張是否依舊靈活，要確保彈卡管上下活動(dòng)良好。

3)規(guī)范操作流程：將自動(dòng)排繩機(jī)構(gòu)予以妥善安裝，促使鋼繩能夠在排繞之時(shí)保持嚴(yán)密同時(shí)逐層予以排列，不出現(xiàn)背股繞損形變；在下放進(jìn)入打撈器的過(guò)程中應(yīng)保持速度適當(dāng)，不宜速度過(guò)快，以免造成鋼繩在鉆桿當(dāng)中由于浮力影響而出現(xiàn)攪拌纏繞；絞車(chē)卷筒當(dāng)中的卷繩量應(yīng)符合于所卷繩長(zhǎng)度同時(shí)還要多出1 cm的空間大小，以防止鋼繩繞卷時(shí)外溢跳脫而損壞鋼繩。

4)若鋼繩遭受?chē)?yán)重?fù)p傷影響便應(yīng)及時(shí)采取處理措施，通常未受損鋼繩要想將之拉斷是十分困難的，在觀察到鋼繩斷絲超出一捻股絲數(shù)量亦或是因其他因素受損嚴(yán)重之時(shí)，便應(yīng)采取適當(dāng)?shù)奶幚矸绞交蚴侵苯佑枰愿鼡Q。

5)上述內(nèi)容在一些深度較大的復(fù)雜鉆孔施工作業(yè)過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)引起有關(guān)施工人員的高度關(guān)注。

2.4 鉆桿鉆具選擇要點(diǎn)

在所開(kāi)展的深孔鉆探作業(yè)過(guò)程當(dāng)中，最為關(guān)鍵的內(nèi)容便是選取出性能合格的鉆桿與鉆具。有研究表明在礦區(qū)內(nèi)所較常應(yīng)用到的三種鉆桿極易出現(xiàn)折斷及滑扣等故障，而結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，出現(xiàn)故障問(wèn)題的大都是老地標(biāo)系列，不論新舊程度均不應(yīng)將之應(yīng)用于深孔煤礦的鉆探作業(yè)過(guò)程中。在就針對(duì)許多的工程實(shí)例展開(kāi)研究后證實(shí)，老地標(biāo)系列之所以容易發(fā)生故障問(wèn)題，主要是因?yàn)榻z扣過(guò)于薄弱，同時(shí)其連接又相對(duì)偏短，往往不足35 mm，強(qiáng)度偏低是造成其出現(xiàn)折彎的主要原因所在。而除老地標(biāo)以外的兩種鉆桿、鉆具等則鮮有出現(xiàn)這一故障情況。但內(nèi)外平全加厚鉆桿則是采用鉆桿料直接車(chē)絲后所生產(chǎn)出來(lái)的，絲扣長(zhǎng)度較長(zhǎng)，但在還未經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理之時(shí)，其耐磨性往往較差，且在出現(xiàn)故障后無(wú)法及時(shí)更換，還要運(yùn)回重新進(jìn)行車(chē)扣處理，從而導(dǎo)致維修工作將面臨著諸多的困難性，并且鉆桿柱的重量也更大，不宜應(yīng)用在深孔鉆探施工中。接頭經(jīng)鐓厚約為1.5 mm，絲扣提高5 mm的S75鉆桿系列，其各個(gè)部位之間的連接強(qiáng)度相對(duì)偏大，由此也將會(huì)促使設(shè)備的使用壽命得以延長(zhǎng)，所新購(gòu)入的1 200 m鉆桿施工安全性較好，應(yīng)當(dāng)作為深孔煤礦鉆探施工的首選設(shè)備。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著目前在找礦方面的工作愈發(fā)深入，向更深層次且未經(jīng)勘探的地區(qū)尋找礦脈現(xiàn)已成為地質(zhì)勘察工作的新重點(diǎn)，并且在深孔鉆探方面的工作量也將愈發(fā)龐大。要提高找礦的成功率，不僅需要具備過(guò)硬的技術(shù)水平，合理的機(jī)具選擇同樣重要，其將會(huì)對(duì)提高施工效果，降低孔內(nèi)事故的發(fā)生，對(duì)推動(dòng)找礦工作的穩(wěn)步發(fā)展至關(guān)重要。

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The coal mines deep hole drilling technology problems and tools selection key points

Zhao Yong

(ShanxiCoalGeologyandHydrologyExplorationInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper introduced the existing technology problems in coal mine deep drilling rig, from the mud pump, drilling machine, core salvage system, drill rod and drill tools four aspects analyzed the tools selection key points, helpful to improve the construction effect, reduced the occurrence of drilling accident, essential to promote the steady development of prospecting work.

coal mine, mud pump, drilling technology, drilling rig

1009-6825(2017)20-0090-03

2017-04-20

趙 勇(1986- )，男，助理工程師

P634

A