煤礦深孔鉆探技術(shù)問題及機具選擇要點

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)問題及機具選擇要點

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)問題，從泥漿泵、鉆機、巖心打撈系統(tǒng)、鉆桿鉆具四方面對機具選擇要點進行了分析，有助于提高施工效果，降低孔內(nèi)事故的發(fā)生，對推動找礦工作的穩(wěn)步發(fā)展至關(guān)重要。

煤礦，泥漿泵，鉆探技術(shù)，鉆機

在當前的煤礦地質(zhì)勘探行業(yè)當中，工作重點愈發(fā)趨向于向更深層次的未勘探地區(qū)開展地質(zhì)勘察作業(yè)。基于此，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，同時相應(yīng)的工作任務(wù)量也明顯增加。隨著任務(wù)量的擴大，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業(yè)技術(shù)水平，同時也需開展好對機具的合理化選擇，從而確?？碧阶鳂I(yè)的安全性，以及促進找礦工作的高效性。據(jù)此，下文將重點就煤礦深孔鉆探技術(shù)問題及機具選擇要點展開深入的探究工作。

1 煤礦深孔鉆探存在的技術(shù)問題

1.1 設(shè)備問題

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

1)泥漿泵。

每臺機器在早期所配置的泥漿大都均為BW200，BW250/50以及BW320等三類，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，設(shè)備市場會出現(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，一般情況下會造成轉(zhuǎn)速升高受限，嚴重者甚至?xí)?dǎo)致鉆進難以正常進行。

2)鉆機。

XY-44型號鉆機設(shè)備因為能力較差，在孔深達到700 m后轉(zhuǎn)速便無法再升高，僅可達到250 r/min左右，對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。而全液壓動力頭鉆機設(shè)備的問題主要是在處理事故問題的過程當中需要多次下鉆輔助，且耗時較長，在經(jīng)實地測繪后表明，在孔深度為800 m的動力頭鉆機內(nèi)，每次拉兩根6 m，便將會導(dǎo)致下次鉆具所耗費時間大致在1.3臺班，而促使鉆桿被放置于地面之上，則會導(dǎo)致勞動強度加劇。相對比來說，采取立軸鉆機每一次提升鉆具的耗損僅為0.8臺班，和動力頭鉆機相比較來說能夠大大降低時間耗費，并且鉆桿一般會順著塔桿放置，可大大降低勞動強度。

3)巖心打撈系統(tǒng)。

此系統(tǒng)內(nèi)有可能會產(chǎn)生問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；b.繩索絞車卷筒容量、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與深孔繩索取芯鉆進事故存在密切的相關(guān)性。在進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，通常在對內(nèi)管提拉的第一時間較易出現(xiàn)打撈鋼繩斷裂情況，尤其是在深孔鉆探當中，更是促使各類事故的發(fā)生類型與時間受到了極大的不利影響。

1.2 護孔問題

最初在泥漿配方當中不同處理劑加量以及機臺操作十分隨意，大多都為依據(jù)技術(shù)要求予以配加，泥漿性能也并沒有依據(jù)意識的測定結(jié)果來予以相應(yīng)的調(diào)整，從而導(dǎo)致泥漿護壁效果無法得到充分的發(fā)揮，同時再加上地層結(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施工效率受到了不利影響。

1.3 鉆具問題

對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到預(yù)期目標最為關(guān)鍵的一項因素。在上鉆初，礦區(qū)所選擇配給各個廠家的S75繩索鉆桿及鉆具，在經(jīng)由實踐鉆探驗證顯示，于常規(guī)地標系列中的絲扣由于厚度較小且長度偏短，難以承受較大的壓力負重，常常會因為鉆具和鉆桿影響而折斷，若是斷頭處在煤系地層當中時，便將進一步加劇事故處理的難度。尤其是在前期施工過程中更易發(fā)生鉆桿折斷、滑扣、鉆具折斷等事故問題。

2 機具選擇要點

2.1 泥漿泵選擇要點

沖洗液是保障鉆孔能夠得以通暢的關(guān)鍵所在，為實現(xiàn)對巖粉的有效去除，盡可能確保孔底部位的清潔性，在這一類型的地層和鉆孔當中開展施工作業(yè)工作便應(yīng)當盡可能的選取BW300亦或是BW320泵其性能較為適宜，由于泵處在高速檔位之時應(yīng)用時間往往較短，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，對于處理劑的添加應(yīng)嚴格依據(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采取測試儀器進行現(xiàn)場實際測試，無法滿足于規(guī)定要求的要當場予以調(diào)節(jié)，嚴禁違規(guī)操作。

2.2 鉆機選擇要點

煤礦深孔鉆探設(shè)備有著高度的復(fù)雜性，與其他礦種相對比而言難度較大，經(jīng)過大量的實踐驗證表明，在選型之時應(yīng)當為鉆機多留置出一定的能力空間，具體可對深度在千米內(nèi)的鉆孔采取XY-5型號鉆機設(shè)備(如圖1所示)，而針對超過千米深度的鉆孔則至少應(yīng)采取XY-6或以上型號的鉆機設(shè)備。全液壓動力頭鉆機盡管有著較為優(yōu)越的性能，然而在應(yīng)對具體事故問題的處置方面操作難度極大，起下鉆的輔助時間也相對偏少，并非最優(yōu)選機型設(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展初期人們并未對此予以高度的關(guān)注，僅認為是一般性的常規(guī)事故情況，然而隨著工程進度的不斷深入，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)工作性能來看，其水平程度將會與每一次的內(nèi)管打撈結(jié)果有著直接性的關(guān)聯(lián)，對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：應(yīng)采用雙捻多股線接觸型鍍鋅鋼繩較為適宜，此類鋼繩性能較佳，若直徑同等與接觸型相對比來說其抗拉強度明顯更大；對于鋼繩直徑的選取應(yīng)當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)廠家購入，確保質(zhì)量合格。

2)確保系統(tǒng)靈活：對打撈器安全銷采取加粗處理，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良好。

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

4)若鋼繩遭受嚴重損傷影響便應(yīng)及時采取處理措施，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重之時，便應(yīng)采取適當?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)過程中也應(yīng)當引起有關(guān)施工人員的高度關(guān)注。

2.4 鉆桿鉆具選擇要點

在所開展的深孔鉆探作業(yè)過程當中，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)合實際情況來看，出現(xiàn)故障問題的大都是老地標系列，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)過程中。在就針對許多的工程實例展開研究后證實，老地標系列之所以容易發(fā)生故障問題，主要是因為絲扣過于薄弱，同時其連接又相對偏短，往往不足35 mm，強度偏低是造成其出現(xiàn)折彎的主要原因所在。而除老地標以外的兩種鉆桿、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絲后所生產(chǎn)出來的，絲扣長度較長，但在還未經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理之時，其耐磨性往往較差，且在出現(xiàn)故障后無法及時更換，還要運回重新進行車扣處理，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，其各個部位之間的連接強度相對偏大，由此也將會促使設(shè)備的使用壽命得以延長，所新購入的1 200 m鉆桿施工安全性較好，應(yīng)當作為深孔煤礦鉆探施工的首選設(shè)備。

3 結(jié)語

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，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，不僅需要具備過硬的技術(shù)水平，合理的機具選擇同樣重要，其將會對提高施工效果，降低孔內(nèi)事故的發(fā)生，對推動找礦工作的穩(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