HC-600型便攜式鉆機在山區的鉆探施工技術

陳磊 董昌波

（新疆地礦局第七地質大隊 烏蘇 833000）

1 施工概況

我單位受委托實施新疆博樂市-精河縣庫松木切克山東段鎢銅金礦產調查評價項目。該工區內地形切割較為強烈，溝谷發育，局部地段車輛無法通行，交通只能靠畜力運輸。工區屬高中山區，地勢南低北高，地形切割強烈，海拔1220-2575.9米，相對高差一般在350-600米，最高可達1000米以上。施工區域地勢險峻，修路成本高，搬遷難度極大，普通立軸式鉆機和動力頭鉆機無法進入，駐地距鉆孔位置相對高差在400米左右，施工用水水源距駐地60公里。項目設計工作量800米，設計鉆孔3個，最深孔深320米。工區內地層主要巖性為砂巖、凝灰巖,巖石平均級別取（Ⅶ）級。我單位采用HC-600型便攜式鉆機在該工區施工鉆孔3眼，共計進尺804米，歷時104天。

2 鉆探工藝

2.1 生產物資供應

供水方面，由于鉆孔垂直高差最高400米左右，采用了兩級泵站，蓄水池容量為50方，供水設備均采用BW250水泵。一級至二級泵站間地勢相對平緩，使用挖機修簡易路及二級蓄水池。輸送管道采用雙層鋼絲、耐壓21MPa的高壓膠管，長度2000米。采用普通塑料管作為回水管路，從鉆機回至二級蓄水池，長度1000米。

物資供應方面，使用山區工作經驗豐富的搬遷隊伍，主要工作是供應機臺日常生產物資，鉆機及物資材料搬遷等工作。

2.2 鉆探施工技術

由于鉆孔布設在陡峭山坡上，鉆孔設計并未朝孔位山體方向鉆進，有的鉆孔朝著山坡傾向布設。因此鉆探施工存在著鉆進破碎帶過長，鉆孔嚴重漏失的情況?，F將各鉆孔鉆探施工情況分述如下：

（1）Zk201鉆孔

修路、物資設備搬遷、鋪設供水管線，修筑平臺，鉆孔共歷時16天。Zk201孔設計300米，孔斜75°，終孔孔深319米。鉆進至53米時，鉆機開始出現扭矩表達到800時轉速、轉速明顯下降的情況，初步判斷為地層原因，但2個班后巖心完整而機器操作臺蜂鳴聲更加嚴重，轉速降低到肉眼可以數出。經過技術人員和液壓系統專家討論后認為是鉆機水泵控制閥損壞造成的。停鉆聯系購買控制閥總成和液壓馬達，更換配件后問題解決。

該孔巖層相對完整，但硬度較大，開孔使用的鉆頭胎體硬度為9-11，進尺每班10米左右，效率較低。后更換胎體硬度為 15A鉆頭后班進尺達到 18米左右，在鉆進至184米時機器扭矩變大，鉆速降低，變徑使用BTW鉆具鉆進至終孔。

（2）Zk401孔

Zk401孔設計200米，孔斜75°，用時9天鉆進終孔深度185米。

（3）Zk501孔

Zk501孔設計300米，施工難度較大，因孔內事故報廢，后挪孔施工成功，用時45天。該鉆孔人工修筑平臺，靠山體一側多基巖，機臺三分之二為墊方，因此地錨施工難度極大。地錨施工至 4.6米處巖心破碎，出現卡鉆，停水拔不動鉆桿等問題，后在破碎層強行燒地錨，用時3日將地錨固定，共報廢多個鉆頭和鉆具。

該孔設計傾角60°，上部2米墊方巖心破碎，鉆頭磨損快，孔內坍塌嚴重，進尺困難。于是采用HW套管跟管鉆進，NTW鉆具掏取巖心的方法施工，班進尺只有3-5米。當鉆進至10.5米時，鉆機扭矩加大，憋車，如強行鉆進可能燒壞液壓馬達，于是將HQ套管固定后換NTW鉆具鉆進。在10.5-21米孔段，全孔地層破碎，巖心為細砂和斷層泥，15-19米處，鉆進1.5米，提鉆取芯后，坍塌近1米，巖心提取不上，孔內返出來的均為細砂，反復鉆進至21米時巖心完整，將HQ套管跟管至該處固定。該段地層施工報廢多個鉆頭及。繼續使用 NTW 鉆具鉆進施工至120.36米處時由于夾持器漏油造成了跑鉆事故，無法打撈出事故鉆具，造成鉆孔報廢，挪孔施工。

經過與地質負責溝通，將鉆孔設計傾角改為75°施工。鉆孔施工至194米，因鉆孔漏失，鉆孔傾角大，出現鉆進扭矩過大，轉速低，鉆進效率下降，鉆機超負荷運轉的現象，如繼續施工，極易造成鉆機故障和孔內事故，采用BTW鉆具換徑施工至終孔。

3 鉆孔事故及處理

3.1 跑鉆事故

在該工區發生多起跑鉆事故，因施工地層完全漏失，跑鉆造成的后果非常嚴重。使用便攜式鉆機發生跑鉆事故主要有以下幾個原因：一是鉆機的操縱手把相距很近，液壓手把靈敏，班長對鉆機操作不熟練而造成的誤操作；二是鉆桿單根較短，孔深以后鉆桿數量眾多，提大鉆時班長頻繁操作，同一動作機械反復，并且速度很快，疲乏走神而造成誤操作；三是由于鉆機機械故障造成的跑鉆事故。

其中后果最嚴重的跑鉆事故發生在Zk501鉆孔，主要原因為夾持器漏油。事故發生及處理經過：當班進尺 120.36米，由于不進尺，班長提大鉆至 35米，發現夾持器嚴重漏油，停機處理該機械故障時并未將鉆桿安全連接，造成跑鉆。下入絲錐錐上鉆桿后提拉不動，強力起拔造成了鉆機底座位移等現象，最后使用大錘砸，來回活動提出跑鉆鉆桿。提出后并未發現鉆具，跑鉆已是二次事故。在提出的鉆桿接手處有兩道長約4厘米的槽子，原因分析是跑鉆造成鉆桿竄入鉆具內鐓在內管總成燕尾處造成的。后下入鉆桿對上事故頭，下入打撈器打撈內管，內管無法提出。由于地層復雜，鉆孔傾角大，而且無配套的反絲處理工具，難以處理，鉆孔報廢重新挪孔施工。

3.2 鉆頭斷裂脫落事故

由于地層破碎，鉆孔傾角過大，掉塊嚴重，極易造成鉆頭齒掰掉損壞和掉塊磨削鉆頭、鉆具，鉆頭和鉆具斷裂脫落的事故。比較典型的事故發生在Zk501鉆孔，僅僅在0-21米復雜破碎地層孔段鉆進過程中，發生了11次鉆頭磨斷掉入孔底事故，在撈取鉆頭牙齒和磨鉆頭時使用 4-6度高硬度的鉆頭將事故殘骸消滅。

4 便攜式鉆機使用經驗

4.1 鉆機平臺修建

在山上修建鉆機平臺不僅場地有限，安全風險高，而且人工修建勞動強度大，因此一定要在保障安全的情況下完成平臺的修建。主要做到以下工作：清理山上容易滾落的石塊；鉆臺平面要盡最大可能增加基巖地基面積，墊方采用尼龍袋子裝小顆粒碎石料錯落層疊堆垛結實牢固；鉆機平臺修建注意對最下面兩根枕木的距離要求在 60-80厘米之間，確保為打地錨留出足夠空間；鉆機平臺挨近枕木處需要細土填埋，以確保鉆機在加壓等極端情況下減小枕木的位移；鉆場平臺附近需修建鉆桿、燃料存放平臺。

4.2 鉆機操作使用經驗

（1）便攜式鉆機對班長的責任心和操作水平要求高，在操作時必須時刻觀察鉆機各儀表的狀態，鉆機運轉情況，孔內情況。鉆進時禁止班長以外人員在操作手柄處活動，防止誤碰發生事故。

（2）由于礦區地層裂隙較大漏失嚴重，堵漏成本高，施工采用頂漏鉆進，需加大聚丙烯酰胺用量，鉆桿涂抹鉆桿油潤滑。

（3）鉆壓表（背壓表）顯示的是動力頭油缸壓力并不是鉆壓，表數值越大，油缸對機頭的下壓力越小。在硬巖地層鉆進時，如遇進尺緩慢，可采取如下兩種方法：

一是高鉆壓低轉速方法鉆進，主要是讓鉆壓表的數值降低，方式是逐漸加快油缸液壓油回流，也就是慢慢松開微調閥，使機頭鉆進速度逐漸加快。這種方式是一種大刀闊斧式的開刃方式，能簡單粗暴地迅速使鉆頭開刃，但也存在用力過猛打斷鉆頭牙的風險。

二是采用高轉速低鉆壓和少供水的方法鉆進，邊輕微燒鉆邊勻速鉆進，這種方法能最大限度利用鉆頭，并且沒有斷齒的風險。

5 HC-600便攜式鉆機的優缺點

5.1 鉆機優點

（1）模塊化設計，單個重量不超過130公斤，結構簡單便于運輸，安裝；

（2）全液壓設計，故障率低，按要求注意保養基本不會出現大的問題，維修上相對簡單，容易維修；

（3）采用薄壁鉆桿鉆具，巖心采取率高，鉆進效率遠遠高于常規鉆探手段；

（4）不需上塔操作，減少安全風險，增加操作的安全系數；

（5）在山區地形切割大的環境施工或在林區施工，不需要修建臨時運輸道路，解決平整機臺時土石方的大量開挖或砍伐較多林木，減少對植被和環境的破壞，降低對鉆探臨時租用土地的賠償金額。

5.2 鉆機缺點

（1）鉆機用水量大，泥漿不能循環利用，在復雜地層使用時泥漿成本較高，另外在水源較遠及缺水工區適用性較差。

（2）在鉆機操作中，由于鉆桿較短，液壓手把靈敏，在頻繁操作下容易產生誤操作，并引發事故。

（3）相對常規鉆機，鉆機配件價格高，因此施工成本較高。

（4）常規巖心直徑施工鉆深能力有限，對巖心直徑和深度有要求的勘察工區并不適合。

6 結語

在生產施工中，HC-600型便攜式鉆機雖然搬遷運輸方便，破壞環境小，鉆探效率高，但是對施工環境的要求也非常高。一是對水源地的要求，要求水源供應充足方便；二是對施工地層的要求，要求施工地層相對良好。在生產成本方面，進口鉆機配件、耗材和鉆具鉆頭價格貴，建議可以使用國產替代，降低生產成本。