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        坑道鉆探技術(shù)發(fā)展及存在的問題

        2020-12-28 11:20:39蓋曉松
        中國化工貿(mào)易·中旬刊 2020年7期
        關(guān)鍵詞:措施探究問題分析發(fā)展現(xiàn)狀

        蓋曉松

        摘 要:和地面煤田鉆探相比較,坑道鉆探在國內(nèi)起步較為遲緩,但在先進(jìn)科技的驅(qū)動(dòng)下,近些年該項(xiàng)鉆探技術(shù)在鉆探行業(yè)中的應(yīng)用范圍不斷拓展,成為煤炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。筆者通過回顧既往實(shí)踐歷程,查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,重點(diǎn)探究了幾種常用坑道鉆探技術(shù)的發(fā)展歷程,指出技術(shù)應(yīng)用階段暴露出的不足,并提出幾點(diǎn)可行的完善措施,以期對促進(jìn)坑道鉆探推廣過程有一定助益。

        關(guān)鍵詞:坑道鉆探技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;問題分析;措施探究

        施工硐探、地質(zhì)補(bǔ)勘等是過往于礦井復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中找煤、采煤的常用手段,盡管以上技術(shù)應(yīng)用階段取得一定成效,但暴露出資金投入量高、周期漫長等不足,噬待改進(jìn)。對礦井地質(zhì)、采礦工程設(shè)計(jì)要求及維持過程安全等視角分析,開展井下鉆探作業(yè)時(shí)推動(dòng)采煤工作持續(xù)發(fā)展的重要支撐。因井下鉆探和地面鉆探在本質(zhì)上存在差異,需要特殊鉆探設(shè)施的輔助,故而促成了坑道鉆井技術(shù)。伴隨綜采工作面的建設(shè),坑道鉆探應(yīng)用范疇逐漸拓展,且技術(shù)日益成熟,在促進(jìn)國內(nèi)煤礦產(chǎn)業(yè)健康、長效發(fā)展方面發(fā)揮重大作用。

        1 坑道鉆機(jī)

        坑道鉆探操作空間窄小、設(shè)備設(shè)施移運(yùn)難度大,通常在近乎水平向或斜行鉆孔,以上特征對坑道鉆機(jī)構(gòu)造形式形成較大影響。在該方面上,世界不同國家發(fā)展進(jìn)度盡管參差不齊,但歷經(jīng)的流程大體一致,早期多用立軸式鉆機(jī)鉆井,逐漸被被動(dòng)力頭式鉆機(jī)取代。我國在上個(gè)世紀(jì)80年代初期自主研發(fā)了全液壓動(dòng)力頭式坑道鉆機(jī)[1],發(fā)展至本年代末期已構(gòu)建了系列化生產(chǎn)模式,有MK、MYZ等諸多產(chǎn)品。90年代又有很大突破,品種類型增長,生產(chǎn)質(zhì)量顯著提升。

        全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)持有的很多優(yōu)勢是立軸式鉆機(jī)無法毗鄰的,故而其有很大的推廣空間。但我們應(yīng)清晰認(rèn)識到,為全面提升該類鉆機(jī)的應(yīng)用效率,需解除多種現(xiàn)實(shí)問題。首先,

        立軸式鉆機(jī)在購置成本上占據(jù)優(yōu)勢,且維修技術(shù)要點(diǎn)易于掌握,故而當(dāng)下國內(nèi)很多企業(yè)依然持續(xù)使用該種鉆機(jī)。為推廣全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī),就一定要強(qiáng)化宣傳力度,引導(dǎo)企業(yè)不應(yīng)單純關(guān)注不同鉆機(jī)設(shè)備在成本上存在的差異,也要考慮優(yōu)化作業(yè)條件、提升鉆探整體效益等問題。其次,保證設(shè)備售后服務(wù)質(zhì)量,協(xié)助現(xiàn)場人員掌握準(zhǔn)確操作鉆機(jī)及常見故障的解除方法,并保證配件供應(yīng)的時(shí)效性。對該類鉆機(jī)自身整體分析后,我們發(fā)現(xiàn)盡管品種規(guī)格充實(shí)度有增加,但在齊全性方面始終占劣勢。

        國內(nèi)大部分設(shè)備制造廠家為滿足市場需求而加大新產(chǎn)品的研發(fā)力度,規(guī)格品種不全的現(xiàn)狀逐漸被改善[2]。和國外同類產(chǎn)品相比,國產(chǎn)設(shè)備在運(yùn)行安穩(wěn)性及自重方面不占優(yōu)勢,受主客觀多種因素的制約,以上這種差距短期內(nèi)無法整體解除,但我們詳細(xì)在多個(gè)專業(yè)技術(shù)人員的協(xié)同努力下,差距將會(huì)日益減縮。從宏觀層面上分析,國產(chǎn)鉆機(jī)整體構(gòu)造、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)成熟度已抵達(dá)很高層面上,后續(xù)工作的側(cè)重點(diǎn)是完善零部件的設(shè)計(jì)水平及生產(chǎn)工藝流程。創(chuàng)設(shè)相配套制造廠要完善坑道鉆機(jī)產(chǎn)品質(zhì)檢機(jī)構(gòu),嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范,做好各生產(chǎn)商鉆機(jī)設(shè)備品質(zhì)的檢測、驗(yàn)收工作。

        2 定向鉆進(jìn)工藝

        過往,國內(nèi)坑道鉆探施工工法在很長時(shí)間內(nèi)更新進(jìn)度遲緩。比如,在70年代中期才陸續(xù)將金剛石鉆進(jìn)、繩索取心發(fā)用于地面鉆探領(lǐng)域內(nèi),到80年代末期,北京礦務(wù)局才率先使用坑道鉆探。定向鉆進(jìn)、坑道鉆探兩種技術(shù)的發(fā)展路線很很大相似點(diǎn),70年代末就有機(jī)構(gòu)開展了300m“水平鉆”相關(guān)的準(zhǔn)備工作,在后續(xù)十年中付出很多努力,但并沒有得到相關(guān)部門的肯定與支持,定向鉆進(jìn)施工作業(yè)運(yùn)行可謂是步履艱難。直至90年代初期,綜采技術(shù)推行階段對作業(yè)面及開采區(qū)中構(gòu)造物探測準(zhǔn)確度提出嚴(yán)格要求,水平長鉆孔技術(shù)逐漸被用于高瓦斯礦井生產(chǎn)進(jìn)程中,這是坑道定向鉆進(jìn)法被應(yīng)用的最強(qiáng)大動(dòng)力。

        90年代初期,撫順分院創(chuàng)建和鉆頭徑向破煤機(jī)制、鉆進(jìn)軌跡調(diào)控相關(guān)的項(xiàng)目,該項(xiàng)目推進(jìn)階段,以三彎矩方程法為支撐,測求出孔底鉆具的受力于變形狀況,構(gòu)建了徑向切削模型,參照過往實(shí)際鉆進(jìn)材料,科學(xué)預(yù)估了鉆孔軌跡,使國內(nèi)坑道定向鉆進(jìn)理論專研抵達(dá)了更高層面[3]。

        近些年,國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)在定向鉆進(jìn)工藝研究方面取得的成績是可喜可賀的,但我們應(yīng)認(rèn)識到定向鉆進(jìn)相關(guān)理論的研究力度應(yīng)持續(xù)被強(qiáng)化,并且促進(jìn)理論研究與鉆探實(shí)踐整合過程,進(jìn)而確保取得的研究成效能準(zhǔn)確指導(dǎo)鉆探實(shí)踐活動(dòng)。定向鉆進(jìn)工藝研究階段,相關(guān)人員應(yīng)予以孔壁穩(wěn)定性問題一定重視,特別是順沿煤層鉆進(jìn)階段,一旦孔壁塌落,則將會(huì)直接擾亂鉆進(jìn)計(jì)劃實(shí)施過程。針對地質(zhì)勘探鉆孔,推薦采用泥漿護(hù)壁與優(yōu)化排粉情況;針對瓦斯抽吸鉆孔工況,一方面要保證成孔的完整度,還需確保滲透率處于較高層面上。

        3 鉆具

        3.1 鉆桿

        針對坑道鉆探施工階段,依照銜接形式的差異性,可以將鉆桿細(xì)化為兩種類型,一是接頭內(nèi)徑顯著大于鉆桿內(nèi)徑的裝置;二是接頭內(nèi)徑與鉆桿等同或偏大,即被叫做“外平”鉆桿?,F(xiàn)階段,全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)推廣力度不斷強(qiáng)化,后種鉆桿應(yīng)用頻率更高。對鉆桿規(guī)格大小加以分析,過往礦井生產(chǎn)階段多選用小內(nèi)徑淺鉆孔,φ42、φ50規(guī)格鉆桿就能順利完成鉆進(jìn)作業(yè)。而現(xiàn)如今,鉆孔內(nèi)徑與深度指標(biāo)均有擴(kuò)增,取芯形式也表現(xiàn)出多樣化特征,與之相對應(yīng)的是大內(nèi)徑常規(guī)鉆桿、繩索式取芯鉆桿陸續(xù)被用于礦井生產(chǎn)領(lǐng)域。

        當(dāng)下,國內(nèi)對大內(nèi)徑重型繩索式取芯鉆桿的研發(fā)力度不足。因?yàn)樵谂R近水平孔鉆進(jìn)階段,鉆桿和孔壁兩者形成了較大摩擦阻力,促進(jìn)了鉆桿結(jié)構(gòu)的磨損過程,鉆桿的回轉(zhuǎn)阻力相應(yīng)上升,為保證采區(qū)地質(zhì)勘探工作順利、有效推進(jìn),就應(yīng)強(qiáng)化壁厚偏大、聯(lián)接強(qiáng)度高的大內(nèi)徑重型繩索式取芯鉆桿開發(fā)力度。

        3.2 鉆頭

        回顧過往數(shù)十年的坑道鉆探作業(yè)歷程,普遍采用的是硬質(zhì)合金鉆頭[4]。80年代末期,在繩索取芯技術(shù)的帶動(dòng)下,金剛石鉆頭逐漸由地上推廣至井下。很多礦務(wù)局在瓦斯抽吸鉆孔實(shí)踐中,以金剛石鉆頭為支撐,攻堅(jiān)了硬巖形成的阻礙?,F(xiàn)如今,鉆頭型號呈多樣化特征,為坑道鉆探技藝及鉆進(jìn)效率提升做出強(qiáng)大鋪墊。

        硬質(zhì)合金鉆頭用于鉆井實(shí)踐中滯留的問題豬油有兩個(gè):一是鉆頭構(gòu)件生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定性不足;二是操作者技術(shù)水平偏低。位解除如上兩個(gè)問題,要求生產(chǎn)單位應(yīng)自覺完善內(nèi)部管理模式,健全相關(guān)技術(shù)方案,循序漸進(jìn)強(qiáng)化產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。也要大力普及鉆探知識,整體提升操作人員的技術(shù)水平。

        3.3 專用鉆具

        比如,為保證鉆孔方向調(diào)控的精準(zhǔn)度,建議聯(lián)合選用穩(wěn)定組合鉆具、螺桿鉆具等;為大幅度提升鉆進(jìn)于硬巖內(nèi)的作業(yè)效率,推薦使用液動(dòng)沖擊器或風(fēng)動(dòng)潛孔錘等。推廣新工藝技術(shù)階段,相關(guān)部門不能“拿來就用”,要結(jié)合具體工況做出調(diào)整,以從根本上保證專用鉆具使用過程安全性,為礦下鉆進(jìn)、規(guī)范成孔。

        4 結(jié)束語

        歷經(jīng)40余年的發(fā)展歷程,國內(nèi)坑道鉆探工藝技術(shù)在發(fā)展進(jìn)程中取得很大突破,但是我們還是要認(rèn)識到技術(shù)應(yīng)用階段依然暴露出一定不足,應(yīng)持續(xù)強(qiáng)化新型鉆機(jī)的宣傳力度,促進(jìn)坑道鉆機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代進(jìn)程,保證設(shè)備售后服務(wù)工作質(zhì)量,加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員技術(shù)培訓(xùn);立足于市場需求,加大鉆探儀器新品種的研發(fā)力度。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張帥帥.鉆探物探一體化技術(shù)在煤礦水害探測中的應(yīng)用[J].礦業(yè)裝備,2019,41(06):26-27.

        [2]陳偉武.介休鑫峪溝煤礦地面2號注漿孔鉆探施工技術(shù)[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2019,46(09):63-68.

        [3]王江平.基于超前鉆探技術(shù)的煤礦防治水應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2019,42(15):26-27.

        [4]楊金亮.地質(zhì)勘查和深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬,2019,22(06):106-107.

        作者簡介:

        李志鵬(1990- ),男,漢族,籍貫:河南省鞏義市,同煤集團(tuán)地質(zhì)勘測處,本科,助理工程師。

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