復雜地層鉆探安全影響因素與防范對策

（甘肅省有色金屬地質勘查局蘭州礦產勘查院，甘肅 蘭州 730030）

1 復雜地層結構性質分析

就現階段實際情況而言，地質鉆探工作常見復雜地質主要包括兩種類型：一種是在受到地質構造影響下形成破碎性復雜地層。巖石巖層在受到地質構造運動產生的張力、拉力、剪力、擠壓力等影響作用而出現裂縫、斷層此類問題，其中堅硬程度較高且脆性較大的巖石巖層即形成了復雜破碎地層。另一種是由于受到外來地質作用，如風力侵蝕、雨水沖擊等而形成的洪積層、風積層、沖積層等。在風化作用下，使得巖石性質產生了松散化，變成了膠結情況較差的風蝕地層[1]。由于破碎地層中的碎塊巖石大小與軟硬程度不一、膠結性差、地層結構松散，以及在顆粒級配比方面的差別較大，所以在進行鉆探施工時碎塊巖石并不具備穩定的承載力，在鉆進過程中出現滾動現象也就較為常見，因此而產生的較多數量的切削面使得破巖效率不高，卡鉆、垮孔、掉塊等安全事故發生概率大幅增加[2]。除此之外，破碎地層還具備較強滲透性，因此在鉆進沖洗過程中極易出現沖洗液漏失、涌水問題。

2 復雜地層鉆探安全影響因素

2.1 地應力因素

在地層鉆探過程中，存在較大不確定性，并且會受到施工設計與施工技術的較大影響，而鉆探過程難免會遇到復雜斷層地質區域。這些區域的地質情況通常十分復雜，地質構造也存在隆起、斷裂等各種各樣的形式。由于地質構造差異性，所產生的地應力也有著高低上的不同，進而使得鉆探施工難以控制。尤其是鉆孔設置不當，恰好設置在斷層、地應力集中位置時，極易引發鉆孔直徑萎縮、套管斷裂、孔壁坍塌等問題。

2.2 穩定性因素

鉆探過程中，地質結構差異性所形成的鉆探影響作用差異也極大。如果鉆探區域出現砂巖、泥巖等為主要構成物質的地層時，在遇水情況下將會出現較為明顯的膨脹問題，泥沙也會出現流動現象，進而影響地層穩定性能[3]。在鉆孔過程中遇到的地層穩定性較差，將會導致鉆孔出現不同程度的變形，鉆孔堵塞等問題，進而導致卡鉆損壞設備。

2.3 機械設備因素

在鉆探過程中，機械設備質量對鉆探施工效果有著直接影響作用。比如，煤炭開采鉆探中會涉及到煤礦專用鉆機的使用，若是選擇的鉆機類型扭矩小、轉速低、工藝水平差，以及可調節性不足的問題，導致在鉆探工作效率不高，并且難以確保施工的高度安全。

加上設備在規格上的限制，使得其無法適應大直徑的鉆探施工，因此適用范圍較小。此外，一些機械設備對于突發事故的應急處理適應效果不佳，比如在鉆探過程中發生坍塌事故，而鉆機無法承受坍塌物堆積產生的壓力而使得鉆具發生彎曲、變形。加上鉆機穩定性不佳在運行時隨著鉆探深度增加其受到的壓力也在遞增，進而出現明顯的振動現象，導致鉆壁受損。

2.4 沖洗液因素

在鉆探過程中通常采用清水作為鉆機沖洗液。然而隨著鉆探不斷深入地下，供水系統供水效果會逐漸變弱，難以實現對鉆機的徹底沖洗。加上受到水壓與供水總量的限制，鉆機的沖洗工作難以配合實際需要進行靈活調整，進而對排粉效果造成不良影響，嚴重時還會發生泥砂堵塞鉆頭、鉆桿無法移動等故障。所以，沖洗液因素的控制對于確保鉆機安全極為重要。

2.5 排粉因素

清水靜壓沖洗是鉆探過程排出巖粉的主要方式，然而在具體措施采取方面有著較大的局限性，往往難以取得理想的排粉效果，控制不當甚至會發生鉆頭阻塞問題。而且，鉆探深度越深、孔徑越大，所產生的巖粉總量也就越大，進而在排粉方面也存在越來越高的工作難度[4]。排粉效果控制不當，將會直接導致鉆機負荷增加而影響鉆進效率與鉆進速度。此外，如果在鉆探過程中突發停電、停水等突發問題，在重力影響下巖粉會堆積在鉆孔底部，大大增加了鉆探難度，以及提高了埋鉆事故的發生概率。

2.6 人為因素

在鉆探操作過程中，存在許多人為操作失誤引發的問題與事故，可見人為因素也是影響鉆探安全的重要因素之一。對于鉆探作業而言，對于鉆探人員的專業水平有著較高要求，其工作經驗、專業水平，以及管理人員的管理水平等，都會對鉆探效果造成較大影響。

然而存在一些鉆探單位為了節約人力成本，在人員聘請方面對于專業性、工作經驗等未能進行嚴格把控，也就無法有效保障鉆探效果。

除此之外，做好鉆探過程的各項管理也十分重要，尤其是技術管理與安全管理方面，然而人員的不專業，以及工作經驗、能力的不足，導致施工管理問題頻發。

3 復雜地層鉆探安全相關對策

3.1 加強對鉆孔結構的合理優化

在復雜地層鉆探作業中，鉆孔結構合理程度在較大程度上決定了鉆探作業質量、安全，以及施工順暢程度。這就需要加強對鉆孔結構的合理優化，提高對復雜地層鉆探安全水平。

一般來說，為了有效增大鉆孔結構，在對復雜地層進行鉆探作業時，所設置的鉆孔直徑應比設計直徑略大一級，以便為處理事故問題預留空間。對于孔壁結構較為穩定的復雜地層，可適當升級鉆機套管結構，如從一級調整為三級等，提高鉆探安全性與作業效率。

3.2 加強對鉆探設備選擇的合理控制

在對鉆探設備進行選擇時，必須充分考慮施工要求與施工環境，以確保施工設備選擇高度合理。若是施工空間較為狹小，大型鉆探設備在井下運輸、安裝、拆卸、使用較為困難，此時鉆探單位應主要從設備運輸、裝卸、使用的便利性，考慮對鉆探設備的合理選擇。

同時需要保障鉆探設備使用的安全、可靠、高效，特別是對于復雜地層環境，選擇高質量鉆探設備是提高成孔率的重要保障。

目前，在服裝地層環境中應用較為普遍的鉆機設備當屬全液壓動力頭式液壓鉆機，這種鉆機具備較強的靈活性與可變性，能夠結合施工實際變化施工鉆具更好地滿足復雜地質條件要求，為鉆探施工有序進行提供保障。

3.3 加強對供液設備的合理選擇

對于保障巖粉排出與鉆頭冷卻效果而言，實現對供液設備合理選擇極為關鍵。在對供液設備進行選擇過程匯總，應對鉆探工作巖粉排量進行準確預估，選擇壓力參與與供水量充足保障的供液設備，并且確保供液設備能夠根據實際需要進行靈活調整。

鉆探單位應加強對自動化供液設備的運用，根據液體壓力對沖洗液排量、供水量以及水壓進行自動調控，確保滿足鉆探作業要求的同時，有效解決資源，提高復雜地層鉆探作業的安全性。

3.4 加強對防漿液逆流控制措施的應用

在對復雜地層進行鉆探過程中，往往需要對鉆頭、鉆桿進行更換，此時則需要暫停沖洗系統的運行，一旦沖洗系統停止運行，在壓力作用下巖粉和漿液會產生逆流現象，逆流到鉆孔底部與鉆桿當中，進而導致鉆桿發生堵塞[5,6]。因此，為了預防漿液逆流引發安全問題，必須加強對漿液逆流的有效控制，較為有效的措施則是在鉆頭與鉆桿交接處安裝逆流閥來對逆流壓力進行有效控制，預防鉆桿阻塞。

3.5 構建完善的鉆探管理機制

為了確保鉆探施工的安全及作業的規范性，建立完善的鉆探管理體系極為重要。首先，鉆探單位必須明確鉆探過程中各個部門職責，明確將責任落實到具體個人；其次，加大對施工人員與管理人員的培訓力度，包括業務培訓與與安全培訓等方面，確保技術及安全措施規范落實；最后，加強對施工現場的管理，確保機械、材料以及各項配套工作充分落實到位，定期安全巡檢，加強對施工安全隱患的排除力度，杜絕施工隱患。

4 結論

總而言之，地質鉆探工作是煤礦井下作業的一項重要內容，其具有較強的技術性、專業性與復雜性，特別是在進行復雜地層鉆探過程中，由于地質地層結構較為特殊，所以常常會存在許多因素影響到了其鉆探的安全，這就需要相關工作人員能夠正確掌握復雜地層鉆探安全影響因素，并采取有效的措施進行防范，以切實有效的提高復雜地層鉆探工作的安全性。