云南某煤礦勘探繩索取芯鉆進技術探討

摘 要：從施工設備、施工工藝、事故預防等幾個角度對地處川、滇、黔三省邊界某煤礦使用繩索取芯鉆進施工過程中存在的一些問題進行分析探討，希望對同類煤礦有所借鑒和參考。

關鍵詞：煤礦勘探；繩索取芯；鉆進工藝

位于川、滇、黔三省邊界的某煤礦，地勢地形復雜，巖層構造復雜。施工煤層漏失、坍塌較為普遍發生。煤層是煤炭鉆探的目的層，由于煤炭自身具有疏松、酥脆、微裂隙發育的特點，坍塌事故發生很普遍。通過使用比較先進的鉆探機械和使用科學合理的技術，解決了地質復雜，結構不穩定等難題，取芯鉆進取得很大改善。

1 鉆進工藝

1.1 設備安裝與開孔鉆進

要根據工作規范要求自覺執行。首先安裝鉆探設備要注意嚴絲合縫，確保天輪滑車、立軸以及孔口三點一線。開孔鉆具的選擇第一要直，要同心度好。打孔鉆進的時候應該輕壓、慢轉、勤提動，鉆具緩慢延長，使鉆具滿眼，達到正常鉆進。鉆孔時根據不同巖層情況，不斷轉換直徑，將套管下入。孔斜的測量要在下套管前進行，為了防止歪斜換徑的時候要加以導正。

1.2 鉆頭的選擇

選擇鉆頭唇面形狀的時候要根據巖層性質來選擇。中等硬度的巖層匹配鋸齒鉆頭，這種鉆頭能夠很好地與孔底接觸，鉆頭軸向壓力得提高；在比較堅硬的巖層中，應該選用粒狀鉆頭或者是單邊鉆頭，通過增強鉆壓來提高切入深度進而減少崩齒；在松軟的巖層之中應該選用圓弧、平底鉆頭，這樣能較好地與孔底相吻合，保持良好穩定性。

1.3 選擇鉆進參數

通常情況下，鉆頭的最開始的壓力是2kN以內，正常壓力為7～10kN。堅硬的巖層轉速為500～800r/min，破碎巖層中的速度為300～400r/min，淺孔穩定巖層可以是1000r/min以上。泥漿泵的泵量通暢控制在45～78L/min之間，泵壓保持在3MPa以內。巖層比較完整的時候，在沖洗液潤滑性能允許的情況下可以提高轉速，鉆進壓力可以保持在15～20kN之間。

1.4 選擇沖洗液

我們在考慮到本地區的地質條件較為特殊以及繩索取芯鉆進特點的基礎上，無固相沖洗液和低固相防塌泥漿。1號無固相沖洗液配方適用于比較穩定的地層中，2號低固相防塌泥漿配方適用于容易發生坍塌的地層中。

受地質條件影響，該區底層漏失比較嚴重。漏失鉆孔在350m深度以內的時候應該運用頂漏鉆進。鉆孔在350m以外深的時候適合運用水泥封孔與樹脂堵漏法。同時，為了節約成本，因地制宜使用本地一些比如干草、鋸末、棉籽殼等現成材料進行調制，結合一些添加劑配成堵漏液，效果比較理想。

2 技術措施

2.1 打煤的技術措施

（1）開始施工前要仔細檢查設備，編錄工作人員認真做好記錄，提供參考信息；（2）要預先配置泥漿，保持孔底清潔，避免坍塌、落塊；（3）嚴格執行五起鉆和六不干；（4）打煤的時候要測量好鉆具，孔深誤差要在標準范圍之內；（5）為避免打煤變薄或打丟，堅持在內管到位后開始掃孔鉆進；（6）打煤的時候要綜合考慮煤層、鉆孔、鉆具等各個因素的特點，然后才能選擇科學的技術參數。

2.2 事故防范措施

繩索取芯鉆進事故預防措施主要有：（1）施工人員要專心致志，密切注意泵壓表的變化，根據表上數值的升高降低采取相應的措施，靈活應對；（2）水源池里的水要干凈，水龍頭放置在合適位置，并且要經常清除雜物和粉塵，以保持水泵較好的吸水性能；（3）鉆頭在離孔底0.5～1m時要開泵送水，不能一下到底，等到循環通暢后用慢速輕壓掃到底。一定要待內管總成到位，正常反水之后，再進行掃孔鉆進。如果孔底出現漏失，要適當提高泵量；（4）鉆具絲扣連接處要用絲扣油進行密封，防止由于鉆具泄漏沖洗液而造成燒鉆；（5）如果出現憋泵或堵塞，要趕緊打撈巖芯或提大鉆處理。嚴禁加大壓力，提高轉速。打撈巖芯之后要檢查內管總成水路是否順暢；（6）在處理松軟的巖層時，要對時效加以控制，嚴禁一味加壓追求進度；巖層逐漸變軟的時候，要控制好壓力，嚴禁過快進尺，避免鉆頭過熱而燒毀；（7）鉆頭的水口深度因磨損而太小的，以及底唇面不平的，嚴禁使用，防止產生局部燒鉆；（8）當發現燒鉆事故征兆時，應以最快的速度頂拉鉆具，不應先停車再頂拉；（9）嚴格檢查鉆頭、擴孔器等工具和設備的情況，如果出現損壞或者裂縫，缺失零件等要嚴禁使用；（10）每次施工前要預先計算好機上的余尺，嚴禁用鉆具下到孔底來計算深度，避免出現撞、壓、碰掉塊；（11）胎體脫落后，要及時打撈上來，可以使用噴射反循環撈取或磁力打撈器撈取，也可以在孔內鉆一個深度為0.1～0.2m的小孔，再用原孔徑鉆進將碎胎體與巖芯同時取出。如果難以操作可以使用磨孔鉆頭研磨粉碎；（12）如果鉆具有細小的裂縫時，絲扣嚴重磨損者均不應下入孔內。已彎曲的鉆桿和內、外管總成，要加以校正后才能繼續使用；（13）鉆進過程中回轉阻力過大時，要控制好鉆壓，嚴禁強行開車；（14）當鉆孔超徑或嚴重超徑時，應及時用水泥重新造壁或下套管處理；（15）當發生跑鉆又重新對上的情況時，要停止鉆進，提起來檢查，不能盲目鉆進。

3 項目效果

3.1 鉆孔質量

根據《煤田地質勘查鉆孔質量標準》的相關要求，參與施工的全部鉆機鉆孔質量都符合要求，百分百達到了特級標準。

3.2 煤芯采取質量

該礦區總共發現有28層煤層，總厚度達到51m左右，煤芯的長度接近48m，采取率平均達到93%，25層的煤芯采取率到達優級標準，占總層數的90%以上。因見斷層巖芯破碎影響煤芯采取，有2個層次的采取率低于30%。

3.3 采取巖芯

根據實際情況本地區都是使用繩索取芯鉆進平均巖芯采取率高達96%以上，除了極個別因為巖層破裂導致較低的采取率，其余的鉆孔到達到了特級標準。

3.4 終孔層位

根據設計要求鉆孔終孔層位在穿過開采煤層35m上下的C8煤層停鉆。該地區有較多的玄武巖、茅口灰巖等不穩定巖層，通過鉆孔得到了大體控制，與既定要求全部相符。

3.5 鉆孔的彎曲度

所有鉆孔的孔斜都在控制范圍之內，最大斜度為5°，有6個孔的孔斜在3～4°之間，其余鉆孔都是3°以下的孔斜，全部符合鉆孔孔斜的標準。按照50m側斜間距點對全部鉆孔實施了測斜，對鉆孔底部10m以內都進行實測。

3.6 孔深誤差

繩索取芯鉆進具有誤差小很少起鉆的優點，通過電測來進行深度對比，根據相關管理及技術要求，保持誤差在0.3m之內。孔深驗證要每100m進行一次，并且要根據規范實施平差。

3.7 鉆孔的封閉

根據既定要求封閉15個已經完成的鉆孔，要嚴格按照規范要求進行操作，全部達到特級標準。封閉完成后要提交報告。而且要對ZK14孔進行啟封套孔檢查，如果沒有出現空穴現象則說明封孔達標。

4 結束語

不同地區、不同地質繩索取芯鉆進有不同的標準和要求。因而也就具有不同的效果。本次鉆進施工位于云貴川三區交界處，地形、地勢、巖層機構都較為復雜。施工過程中從工具的選擇、參數的設置、施工的技術掌握、事故預防措施等諸多方面都要加以考慮，統籌安排，才能達到預期效果。要最大限度利用金剛石鉆進和繩索取芯的優點，最終實現高效鉆進。

參考文獻

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作者簡介：盧永飛（1989，10-），男，2011年6月畢業于西安科技大學，資源勘查工程專業，現任云南煤業能源股份有限公司五一煤礦技術副總工程師。