煤田鉆探工藝及提高鉆探效率方法

楊勝春，吳文良，劉 恒

山東省煤田地質局第一勘探隊，山東滕州 277500

在社會主義發展的新時期，煤田鉆探工藝是煤田勘探中十分重要的一個方面，煤田鉆探技術和煤層氣鉆探技術的改進，也為煤田工業生產建設提供可靠的保證。

1 煤田鉆探工藝方法的研究探索

施工實踐和科學實驗已經證明，同一類巖石，在不同的埋深條件下，所表現出的機械物理性質及穩定性是大不相同的。煤田勘探地層各種沉積巖強度都與深度成正比例變化，2 000m 以淺地層巖石變化的特點是埋深越淺、孔隙度越大、強度越低。

1.1 一般回轉鉆進技術

回轉鉆進技術主要參數是泵量、轉速及鉆壓三項。一般情況下應選用較大泵量，這對于保證排粉效果，提高鉆進效率都是有利的，但也要防止因泵量過大沖垮孔壁。鉆進鉆壓應由低到高，逐步增加；鉆進時，應根據不同地層、不同鉆頭、不同孔徑而有所不同，在實際施工過程中，對鉆壓的掌握不必限制過死，通過實際試驗，選定出合理的數據。多級變速鉆機轉速的選擇應注意以下幾點：一是鉆孔深、鉆具自重大，受力復雜，回轉鉆具功率消耗增大，受鉆機功率及鉆具強度的限制，轉速應降低，孔淺時則應開高速；二是鉆進均質、完整的地層，采用高轉速；對于巖石破碎、節理發育的地層，鉆具震動大，根據具體情況適當降低轉速；三是鉆孔結構簡單，環狀間隙小，孔壁完整，可采用高轉速；鉆孔結構復雜、換徑多，鉆桿與孔壁間隙大，鉆具回轉穩定性差，則不宜開高速；四是淺孔段巖石結構完整，鉆具強度高，采用較高轉速；地層變復雜，裂隙發育，出現小溶洞及掉塊現象，且孔內返水不正常，用較低轉速。

1.2 空氣洗井鉆進技術

空氣洗井鉆進工藝技術是一種含有壓縮空氣的氣體和液體混合物作為沖洗的介質[1]。它是采用具有動力沖洗介質的破巖機技術。這種技術可以在極其惡劣的地理地質條件（特別是缺水情況）下施工。空氣洗井鉆進技術共可以分為泡沫洗井鉆進技術、粉塵洗井鉆進技術及霧化洗井鉆進技術等等，其中每一種技術都有各自的優缺點。把空氣洗井鉆進技術應用到煤田鉆探中的無芯鉆探中，取其利，避其弊，從而為我們的煤田鉆探工作提高效率。

1.3 沖擊回轉式鉆進技術

沖擊回轉式鉆進，就是在一般回轉鉆具組合的基礎上增加一個潛孔錘。在鉆進過程中，提供給鉆具一定強度的沖擊量，在回轉和沖擊的一起作用下粉碎巖石，進行快速鉆進[2]。影響沖擊速度的主要參數有：沖擊頻率、回轉的速度等，在鉆進時要根據巖石類型和施工的條件進行選擇，爭取實現各個參數的最佳組合。

2 煤層氣鉆探技術的研究探索

2.1 國產散裝煤層氣鉆機

散裝的煤層氣鉆機屬于水源鉆機，由于技術比較陳舊，使用很不方便，現在已經被市場逐步地淘汰，在此不做過多的介紹與論述。

2.2 國產車裝煤層氣鉆機

車裝的煤層氣鉆機屬于多功能鉆機。自河北石家莊煤礦機械有限責任公司研制（鉆機車型號SMJ5510TZJ15/800Y）成功后，這款機器采用了直徑114 mm 的鉆桿，能夠鉆井的深度達到了1500m，最大開孔直徑711mm，提升能力達到800kN。相關專家一致認為該煤田鉆機研制的成功，象征著我國煤田鉆探技術實現了國產化，也徹底改變了這一類型的機械設備主要依賴國外進口的局面。

2.3 車裝煤層氣鉆機和散裝煤層氣鉆機鉆探效果分析

車裝鉆機車是一種將液壓頂驅動力頭鉆機，配壓縮空氣鉆機使用，可滿足壓縮空氣鉆進、泡沫鉆進和泥漿鉆進要求。具有機動性能好、占地面積小、作業效率高、鉆孔質量好、低污染等諸多優點。立軸式鉆機在施工過程中，它隨著鉆孔的加深，尤其是在深孔的鉆探過程中，要占用的作業時間和工作難度系數比例都會越來越大，這造成了使用立柱式鉆機時綜合的工作效率明顯降低。在山西沁水煤田煤層氣開發鉆井中進行了效果對比。從鉆進效率、工程質量、經濟效益等多方面分析，車裝煤層氣鉆機遠遠超出于散裝煤層氣鉆機。既然如此，如何改變這種狀況，提高該款機器的工作效率，也成為了國內地質專家們共同關注的難點問題。

3 對提高煤田鉆探工藝和提高鉆探效率的建議

1）鑒于我國丘陵地區地勢險峻，尤其是林地、山地交通極為不便，在這種地帶進行勘探時要考慮到對林業的保護等問題應該大力的引進全液式動力頭巖心鉆機，可以研究國外的先進的多功能、多工藝取新，進行機械的創新發明，提高煤田鉆探機械的工藝水平；

2）加強對新一代超硬的材料、巖石破碎工具、高強度的鉆探管材等的鉆研，推廣如下的新技術：金剛石煤田鉆探技術，金剛石鉆進是一種很古老的鉆探技術，它的工作原理是采用硬度相當高的金剛石作為粉碎巖石的材料。用于沖擊式回轉鉆進，具有鉆出的孔質量比較高、鉆進的速度快、鋼材的使用比較少、鉆探所花費的金錢比較少、孔內出現的事故數量比較少等無可比擬的優點。此外，還有新型的多介質鉆探組合技術、液動式沖擊翻轉鉆進技術等等；

3）因地制宜，在我國西北部干旱缺水比較嚴重的地區，應該大力推廣節約水資源的鉆探技術、例如：空氣泡沫鉆探技術等，研制大量地下水資源勘探開發，更好地配合在當地的勘探工作。與此同時，我們也應該與時俱進，積極開展對當代煤田鉆探科學技術的研究。

4 結論

現階段，我國的煤田鉆探技術也在不斷地進步，但是與西方發達國家相比，相處與劣勢，因此我們仍應該毫不懈怠，繼續鉆研。況且，煤炭能源的開發工作應該堅持可持續發展的原則，走煤田勘探采集利用一體化的道路，深入研究煤田鉆探的工藝技術，解決在當今煤礦開發中存在的種種問題，爭取走出一條先進的技術道路。

[1]耿瑞倫.地質鉆探技術的歷史回顧與展望[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010(1)：5-11.

[2]孫明俠，等.淺談煤田地質勘探鉆探技術發展[J].民營科技，2009(3)：129.