沙河鉆探施工中繩索取心鉆桿折斷及原因分析

王金河，王獻(xiàn)斌，姜光忍

（河北省地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)，河北 邯鄲 056001）

1 前言

繩索取心鉆探是一種在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)巖心裝滿巖心管，不需要把孔內(nèi)鉆桿提升到地表，而是借助專用的打撈工具從鉆桿內(nèi)把巖心管撈取上來的鉆探方法。它和普通金剛石鉆進(jìn)相比，具有鉆桿壁薄，鉆頭唇部壁厚、鉆桿與孔壁孔壁間隙小等特點(diǎn)，由于鉆進(jìn)效率高，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，鉆頭壽命長(zhǎng)，鉆孔質(zhì)量好，鉆孔事故少等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用。

而實(shí)際上，由于自80年代末地質(zhì)找礦的不景氣，繩索取心鉆探工作量很少，技術(shù)人員流失嚴(yán)重，繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)停滯不前，甚至不知道基本鉆探常識(shí)，造成鉆孔事故頻繁發(fā)生。目前，使用繩索取心技術(shù)獲取巖心的工作越來越多，經(jīng)常遇到鉆桿經(jīng)常折斷的現(xiàn)象，鉆桿使用方和加工制造方經(jīng)常發(fā)生糾紛。本文就沙河鉆探施工鉆桿折斷從野外施工和鉆桿制造本身進(jìn)行分析可能存在的因素。目的在于加強(qiáng)野外預(yù)防措施，避免和消除技術(shù)和操作方面的潛在問題，找到鉆桿存在的弱點(diǎn)，提高整個(gè)鉆探系統(tǒng)的可靠性。

鉆桿發(fā)生折斷事故的原因肯定是多方面的，找到其中的主要原因并加以解決和排除，是解決問題的根本，胡子、眉毛一把抓是不可取的，不然就忽視了根本原因而舍本逐末。

2 鉆探施工介紹

本事故發(fā)生在沙河市鐵礦勘查鉆探現(xiàn)場(chǎng)，鉆孔為直孔，95開孔后，下89套管，使用我隊(duì)生產(chǎn)的用Φ71加強(qiáng)型繩索取心鉆桿進(jìn)行鉆探施工，施工方開始反映鉆桿接頭自行松開，到現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)施工單位夾持部位不對(duì)，鉆桿夾持器和自由鉗夾持部位應(yīng)該分別為上下鉆桿的兩個(gè)接頭，實(shí)際夾持部位為上下鉆桿的兩個(gè)鉆桿體，造成鉆桿接頭與鉆桿體松開，我方糾正不正常操作并囑咐一定要夾持接頭，以免松開，造成不良后果。一個(gè)月后，施工方再次反映鉆桿螺紋處出現(xiàn)斷裂，并且大部分出現(xiàn)鉆桿接頭與鉆桿體螺紋連接處，且不在接頭公螺紋大徑第二扣處，發(fā)生在內(nèi)螺紋距端面30～40mm處，這與以往的繩索取心鉆桿斷裂部位不同，通常鉆探施工中，由于鉆桿工況惡劣，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鉆桿斷裂現(xiàn)象，鉆桿耐用度不足萬米，繩索取心鉆桿斷裂部位為鉆桿公母接頭螺紋連接處，且為接頭公螺紋大徑第二扣處。這一異?，F(xiàn)象引起我方高度重視，并迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)，了解情況。

3 因素分析

沙河鉆探施工中繩索取心鉆桿斷裂問題，現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)存在一定數(shù)量的鉆桿接頭斷裂，并且進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)斷裂部位大部分出現(xiàn)在與鉆桿體連接的鉆桿接頭內(nèi)螺紋上，這與以往斷裂部位在接頭公螺紋大徑第二扣處并且在公母接頭螺紋連接處不符，需要引起重視，并進(jìn)一步進(jìn)行質(zhì)量分析和處理?，F(xiàn)就鉆桿制造和鉆桿施工因素兩方面分析。造成鉆桿接頭斷裂部位發(fā)生在內(nèi)螺紋距端面30～40mm處原因：接頭材質(zhì)和熱處理存在缺陷不會(huì)改變斷裂部位；接頭螺紋加工存在缺陷有可能造成斷裂部位發(fā)生變化；施工因素有可能引起斷裂部位發(fā)生變化。

措施：（1）將斷裂接頭進(jìn)行金相分析，來確定是否熱處理存在問題；（2）通過萬能工具顯微鏡檢查螺紋前后一致性；（3）調(diào)查鉆桿加工程序變化情況；（4）調(diào)查其它使用單位是否出現(xiàn)類似情況；（5）調(diào)查鉆桿施工中不正常因素。

結(jié)果：（1）采集斷裂接頭試樣5個(gè)，進(jìn)行金相分析，接頭熱處理硬度、狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，狀態(tài)為回火索氏體，即使接頭材質(zhì)和熱處理存在缺陷不會(huì)改變斷裂部位；（2）通過萬能工具顯微鏡檢查不同時(shí)期螺紋接頭3個(gè)，檢查結(jié)果為螺紋加工一致性好，符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求；（3）通過對(duì)制造部主任、工人調(diào)查，調(diào)看程序，自2008年11月調(diào)整程序后，未再進(jìn)行程序變化，技術(shù)部門也沒有新的設(shè)計(jì)更改；（4）先后調(diào)查多家鉆桿使用單位，均表示鉆桿使用正常，個(gè)別斷裂接頭斷裂部位在接頭公螺紋大徑第二扣處居多。（5）對(duì)鉆探施工因素進(jìn)行調(diào)查和分析，反映鉆桿共鉆進(jìn)兩孔累計(jì)進(jìn)尺700m左右，下89套管，轉(zhuǎn)速100多轉(zhuǎn)，鉆孔斜度不超標(biāo)，斷裂情況與深度無關(guān)，現(xiàn)機(jī)長(zhǎng)很有經(jīng)驗(yàn)，以上因素都是正常狀態(tài)不足以使鉆桿斷裂，其它機(jī)臺(tái)使用其它單位生產(chǎn)的鉆桿也沒有出現(xiàn)類似情況。其它影響因素如鉆壓、地層等因素，不是太清楚，但不會(huì)引起斷裂部位的變化。另外鉆桿開始使用時(shí)。由于使用不當(dāng)，夾持器夾下鉆桿體、鉗子擰上鉆桿體，造成鉆桿接頭內(nèi)螺紋與鉆桿體公螺紋松開，由于螺紋副之間存環(huán)氧樹脂并且已經(jīng)硬化，環(huán)氧樹脂失去所起作用，當(dāng)環(huán)氧樹脂硬化物脫落時(shí)，鉆桿螺紋不好到位，造成該連接處工況惡化，尤其螺紋不到位時(shí)，工況更差，應(yīng)該是導(dǎo)致接頭內(nèi)螺紋斷裂重要原因。

在鉆探施工中，鉆桿的正確使用至關(guān)重要，如嚴(yán)禁強(qiáng)力起拔嚴(yán)重?fù)p傷鉆桿；禁止螺紋端部與鐵器接觸；采用合理的鉆壓，尤其是在鉆頭不進(jìn)尺時(shí)，嚴(yán)禁盲目加壓，否則不但易于引起鉆桿彎曲，而且使螺紋變形；擰卸鉆桿不能用鐵錘敲擊，要用多觸點(diǎn)自由鉗擰卸。在擰卸過程中必須堅(jiān)持使用絲扣油，以減少螺紋擰卸時(shí)的表面磨損，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高螺紋密封性能；鉆桿搬遷時(shí)，鉆桿兩頭裝上“護(hù)絲”，絲扣上涂抹防銹油；裝卸要輕，并要放置平整；鉆桿彎曲超過3mm要及時(shí)矯正。直徑偏磨1mm或均勻磨損1．5mm或夾偏的鉆桿均不能再下入孔內(nèi)。

4 結(jié)語

綜上所述，認(rèn)為鉆桿接頭內(nèi)螺紋發(fā)生斷裂不存在加工制造問題，是由于開始階段鉆桿使用不當(dāng)，環(huán)氧樹脂硬化物脫落造成鉆桿斷裂。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)鉆工培訓(xùn)，正確操作，以保證鉆桿的正確使用。

［1］ 吳福云．S75繩索取心鉆桿折斷事故的原因分析［J］．西部探礦工程，2006（10）．

［2］ 王運(yùn)凡．金剛石鉆進(jìn)中鉆桿折斷原因分析及其預(yù)防措施［J］．西部探礦工程，2008（9）．

［3］ 張蠻慶．S75繩索取心鉆桿折斷事故的某些施工因素及其預(yù)防措施［J］．探礦工程（巖土鉆掘工程），1986（2）．