（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局蘭州礦產(chǎn)勘查院，甘肅 蘭州 730030）

1 復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)性質(zhì)分析

就現(xiàn)階段實(shí)際情況而言，地質(zhì)鉆探工作常見(jiàn)復(fù)雜地質(zhì)主要包括兩種類型：一種是在受到地質(zhì)構(gòu)造影響下形成破碎性復(fù)雜地層。巖石巖層在受到地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的張力、拉力、剪力、擠壓力等影響作用而出現(xiàn)裂縫、斷層此類問(wèn)題，其中堅(jiān)硬程度較高且脆性較大的巖石巖層即形成了復(fù)雜破碎地層。另一種是由于受到外來(lái)地質(zhì)作用，如風(fēng)力侵蝕、雨水沖擊等而形成的洪積層、風(fēng)積層、沖積層等。在風(fēng)化作用下，使得巖石性質(zhì)產(chǎn)生了松散化，變成了膠結(jié)情況較差的風(fēng)蝕地層[1]。由于破碎地層中的碎塊巖石大小與軟硬程度不一、膠結(jié)性差、地層結(jié)構(gòu)松散，以及在顆粒級(jí)配比方面的差別較大，所以在進(jìn)行鉆探施工時(shí)碎塊巖石并不具備穩(wěn)定的承載力，在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)滾動(dòng)現(xiàn)象也就較為常見(jiàn)，因此而產(chǎn)生的較多數(shù)量的切削面使得破巖效率不高，卡鉆、垮孔、掉塊等安全事故發(fā)生概率大幅增加[2]。除此之外，破碎地層還具備較強(qiáng)滲透性，因此在鉆進(jìn)沖洗過(guò)程中極易出現(xiàn)沖洗液漏失、涌水問(wèn)題。

2 復(fù)雜地層鉆探安全影響因素

2.1 地應(yīng)力因素

在地層鉆探過(guò)程中，存在較大不確定性，并且會(huì)受到施工設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的較大影響，而鉆探過(guò)程難免會(huì)遇到復(fù)雜斷層地質(zhì)區(qū)域。這些區(qū)域的地質(zhì)情況通常十分復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造也存在隆起、斷裂等各種各樣的形式。由于地質(zhì)構(gòu)造差異性，所產(chǎn)生的地應(yīng)力也有著高低上的不同，進(jìn)而使得鉆探施工難以控制。尤其是鉆孔設(shè)置不當(dāng)，恰好設(shè)置在斷層、地應(yīng)力集中位置時(shí)，極易引發(fā)鉆孔直徑萎縮、套管斷裂、孔壁坍塌等問(wèn)題。

2.2 穩(wěn)定性因素

鉆探過(guò)程中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異性所形成的鉆探影響作用差異也極大。如果鉆探區(qū)域出現(xiàn)砂巖、泥巖等為主要構(gòu)成物質(zhì)的地層時(shí)，在遇水情況下將會(huì)出現(xiàn)較為明顯的膨脹問(wèn)題，泥沙也會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而影響地層穩(wěn)定性能[3]。在鉆孔過(guò)程中遇到的地層穩(wěn)定性較差，將會(huì)導(dǎo)致鉆孔出現(xiàn)不同程度的變形，鉆孔堵塞等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致卡鉆損壞設(shè)備。

2.3 機(jī)械設(shè)備因素

在鉆探過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備質(zhì)量對(duì)鉆探施工效果有著直接影響作用。比如，煤炭開(kāi)采鉆探中會(huì)涉及到煤礦專用鉆機(jī)的使用，若是選擇的鉆機(jī)類型扭矩小、轉(zhuǎn)速低、工藝水平差，以及可調(diào)節(jié)性不足的問(wèn)題，導(dǎo)致在鉆探工作效率不高，并且難以確保施工的高度安全。

加上設(shè)備在規(guī)格上的限制，使得其無(wú)法適應(yīng)大直徑的鉆探施工，因此適用范圍較小。此外，一些機(jī)械設(shè)備對(duì)于突發(fā)事故的應(yīng)急處理適應(yīng)效果不佳，比如在鉆探過(guò)程中發(fā)生坍塌事故，而鉆機(jī)無(wú)法承受坍塌物堆積產(chǎn)生的壓力而使得鉆具發(fā)生彎曲、變形。加上鉆機(jī)穩(wěn)定性不佳在運(yùn)行時(shí)隨著鉆探深度增加其受到的壓力也在遞增，進(jìn)而出現(xiàn)明顯的振動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆壁受損。

2.4 沖洗液因素

在鉆探過(guò)程中通常采用清水作為鉆機(jī)沖洗液。然而隨著鉆探不斷深入地下，供水系統(tǒng)供水效果會(huì)逐漸變?nèi)?，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)的徹底沖洗。加上受到水壓與供水總量的限制，鉆機(jī)的沖洗工作難以配合實(shí)際需要進(jìn)行靈活調(diào)整，進(jìn)而對(duì)排粉效果造成不良影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生泥砂堵塞鉆頭、鉆桿無(wú)法移動(dòng)等故障。所以，沖洗液因素的控制對(duì)于確保鉆機(jī)安全極為重要。

2.5 排粉因素

清水靜壓沖洗是鉆探過(guò)程排出巖粉的主要方式，然而在具體措施采取方面有著較大的局限性，往往難以取得理想的排粉效果，控制不當(dāng)甚至?xí)l(fā)生鉆頭阻塞問(wèn)題。而且，鉆探深度越深、孔徑越大，所產(chǎn)生的巖粉總量也就越大，進(jìn)而在排粉方面也存在越來(lái)越高的工作難度[4]。排粉效果控制不當(dāng)，將會(huì)直接導(dǎo)致鉆機(jī)負(fù)荷增加而影響鉆進(jìn)效率與鉆進(jìn)速度。此外，如果在鉆探過(guò)程中突發(fā)停電、停水等突發(fā)問(wèn)題，在重力影響下巖粉會(huì)堆積在鉆孔底部，大大增加了鉆探難度，以及提高了埋鉆事故的發(fā)生概率。

2.6 人為因素

在鉆探操作過(guò)程中，存在許多人為操作失誤引發(fā)的問(wèn)題與事故，可見(jiàn)人為因素也是影響鉆探安全的重要因素之一。對(duì)于鉆探作業(yè)而言，對(duì)于鉆探人員的專業(yè)水平有著較高要求，其工作經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)水平，以及管理人員的管理水平等，都會(huì)對(duì)鉆探效果造成較大影響。

然而存在一些鉆探單位為了節(jié)約人力成本，在人員聘請(qǐng)方面對(duì)于專業(yè)性、工作經(jīng)驗(yàn)等未能進(jìn)行嚴(yán)格把控，也就無(wú)法有效保障鉆探效果。

除此之外，做好鉆探過(guò)程的各項(xiàng)管理也十分重要，尤其是技術(shù)管理與安全管理方面，然而人員的不專業(yè)，以及工作經(jīng)驗(yàn)、能力的不足，導(dǎo)致施工管理問(wèn)題頻發(fā)。

3 復(fù)雜地層鉆探安全相關(guān)對(duì)策

3.1 加強(qiáng)對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化

在復(fù)雜地層鉆探作業(yè)中，鉆孔結(jié)構(gòu)合理程度在較大程度上決定了鉆探作業(yè)質(zhì)量、安全，以及施工順暢程度。這就需要加強(qiáng)對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，提高對(duì)復(fù)雜地層鉆探安全水平。

一般來(lái)說(shuō)，為了有效增大鉆孔結(jié)構(gòu)，在對(duì)復(fù)雜地層進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)，所設(shè)置的鉆孔直徑應(yīng)比設(shè)計(jì)直徑略大一級(jí)，以便為處理事故問(wèn)題預(yù)留空間。對(duì)于孔壁結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的復(fù)雜地層，可適當(dāng)升級(jí)鉆機(jī)套管結(jié)構(gòu)，如從一級(jí)調(diào)整為三級(jí)等，提高鉆探安全性與作業(yè)效率。

3.2 加強(qiáng)對(duì)鉆探設(shè)備選擇的合理控制

在對(duì)鉆探設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)，必須充分考慮施工要求與施工環(huán)境，以確保施工設(shè)備選擇高度合理。若是施工空間較為狹小，大型鉆探設(shè)備在井下運(yùn)輸、安裝、拆卸、使用較為困難，此時(shí)鉆探單位應(yīng)主要從設(shè)備運(yùn)輸、裝卸、使用的便利性，考慮對(duì)鉆探設(shè)備的合理選擇。

同時(shí)需要保障鉆探設(shè)備使用的安全、可靠、高效，特別是對(duì)于復(fù)雜地層環(huán)境，選擇高質(zhì)量鉆探設(shè)備是提高成孔率的重要保障。

目前，在服裝地層環(huán)境中應(yīng)用較為普遍的鉆機(jī)設(shè)備當(dāng)屬全液壓動(dòng)力頭式液壓鉆機(jī)，這種鉆機(jī)具備較強(qiáng)的靈活性與可變性，能夠結(jié)合施工實(shí)際變化施工鉆具更好地滿足復(fù)雜地質(zhì)條件要求，為鉆探施工有序進(jìn)行提供保障。

3.3 加強(qiáng)對(duì)供液設(shè)備的合理選擇

對(duì)于保障巖粉排出與鉆頭冷卻效果而言，實(shí)現(xiàn)對(duì)供液設(shè)備合理選擇極為關(guān)鍵。在對(duì)供液設(shè)備進(jìn)行選擇過(guò)程匯總，應(yīng)對(duì)鉆探工作巖粉排量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估，選擇壓力參與與供水量充足保障的供液設(shè)備，并且確保供液設(shè)備能夠根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活調(diào)整。

鉆探單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化供液設(shè)備的運(yùn)用，根據(jù)液體壓力對(duì)沖洗液排量、供水量以及水壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，確保滿足鉆探作業(yè)要求的同時(shí)，有效解決資源，提高復(fù)雜地層鉆探作業(yè)的安全性。

3.4 加強(qiáng)對(duì)防漿液逆流控制措施的應(yīng)用

在對(duì)復(fù)雜地層進(jìn)行鉆探過(guò)程中，往往需要對(duì)鉆頭、鉆桿進(jìn)行更換，此時(shí)則需要暫停沖洗系統(tǒng)的運(yùn)行，一旦沖洗系統(tǒng)停止運(yùn)行，在壓力作用下巖粉和漿液會(huì)產(chǎn)生逆流現(xiàn)象，逆流到鉆孔底部與鉆桿當(dāng)中，進(jìn)而導(dǎo)致鉆桿發(fā)生堵塞[5,6]。因此，為了預(yù)防漿液逆流引發(fā)安全問(wèn)題，必須加強(qiáng)對(duì)漿液逆流的有效控制，較為有效的措施則是在鉆頭與鉆桿交接處安裝逆流閥來(lái)對(duì)逆流壓力進(jìn)行有效控制，預(yù)防鉆桿阻塞。

3.5 構(gòu)建完善的鉆探管理機(jī)制

為了確保鉆探施工的安全及作業(yè)的規(guī)范性，建立完善的鉆探管理體系極為重要。首先，鉆探單位必須明確鉆探過(guò)程中各個(gè)部門職責(zé)，明確將責(zé)任落實(shí)到具體個(gè)人；其次，加大對(duì)施工人員與管理人員的培訓(xùn)力度，包括業(yè)務(wù)培訓(xùn)與與安全培訓(xùn)等方面，確保技術(shù)及安全措施規(guī)范落實(shí)；最后，加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的管理，確保機(jī)械、材料以及各項(xiàng)配套工作充分落實(shí)到位，定期安全巡檢，加強(qiáng)對(duì)施工安全隱患的排除力度，杜絕施工隱患。

4 結(jié)論

總而言之，地質(zhì)鉆探工作是煤礦井下作業(yè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其具有較強(qiáng)的技術(shù)性、專業(yè)性與復(fù)雜性，特別是在進(jìn)行復(fù)雜地層鉆探過(guò)程中，由于地質(zhì)地層結(jié)構(gòu)較為特殊，所以常常會(huì)存在許多因素影響到了其鉆探的安全，這就需要相關(guān)工作人員能夠正確掌握復(fù)雜地層鉆探安全影響因素，并采取有效的措施進(jìn)行防范，以切實(shí)有效的提高復(fù)雜地層鉆探工作的安全性。