煤田鉆探千米深孔施工工藝

廉欽龍

中平能化建工集團勘探工程處，河南平頂山 467000

煤田鉆探千米深孔施工工藝

廉欽龍

中平能化建工集團勘探工程處，河南平頂山 467000

本文針對深孔煤田鉆探的工具及工藝進行了探討，旨在為從事煤田鉆探的工作者提供技術上的參考。

煤田鉆探；超千米；深孔

1 概述

近些來，隨著淺層煤炭資源的減少，煤炭資源的開采也越來越深，外圍深部資源勘查項目將是今后發(fā)展的重要方向。深部資源找礦項目中，很多鉆孔孔深大于1 000m，最深的甚至接近2 000m。原有的煤田勘查巖心鉆探不論是裝備還是工藝已明顯不能滿足現有勘查施工的需求，很多弊端已經逐漸顯露，迫切需要研制性能更為優(yōu)良的機具以及工藝更為先進的技術方法，只有這樣才能高質量、高效率地完成這些深孔鉆孔任務。筆者結合實際的生產需要，在鉆探工具及工藝上都進行了初步的探索，經實際應用，發(fā)現效果良好。

2 煤田勘探主要的工具

2.1 煤田鉆機

目前，在國內用于煤田勘查的巖心鉆機數量和種類都比較多，但是深孔鉆探的型號主要有兩類：一類以立軸式巖心鉆機為代表，比如常用的XB1000A機型；另一類則以液壓立軸式鉆機為代表，常用到的又56系列及24系列等。這兩類鉆機的提升能力都非常出色，單繩提升力有的機型就能達到50kN，扭矩也近5kN·m，良好的性能使其具備了煤田勘查1 000m以上的淺鉆探條件。

2.2 泥漿泵機型的選擇

目前，使用的泥漿泵從缸體數量來分，可以分為兩類：一類以雙缸往復泵為代表，比如常見到的WB-250/50機型；另一類則是以三缸變量泵為代表。如，比較常見到的NBB-250/60機型。這兩種泵最主要的優(yōu)點是排量以及能承受的壓力都比較大，最大排量可以達到250L/min，最大承受壓力也達到了5.88MPa。

2.3 動力設備的選擇

鉆機以及泥漿泵與之相匹配的動力設備有兩種：一種是柴油發(fā)動機提供動力；另一種是電動機提供給動力。鉆場的總動力需求并不大，只要按100kW來準備即可。

2.4 鉆塔設備的選擇

鉆塔設備的選擇主要考慮其有效的負荷不小于450kN。一般情況下，鉆塔設備的橫截面積選為正方形，鉆塔結構選用四角鋼即可。

3 鉆孔結構及鉆進技術參數的設計

3.1 鉆孔結構

鉆孔結構的設計，要根據勘探區(qū)的具體地質條件來定。需要注意的是：多級性的孔徑在設計中要最大限度的減少，一般采用直徑為100mm的孔徑。當然，特殊孔以及水文孔的設計并不采用這種孔徑[1]。

3.2 鉆進的技術參數

鉆進的技術參數如表1所示：

巖性 鉆頭 鉆壓9.8N 轉速/min 泵量巖基 復合片 800～1200 75～300 150～250巖基 金剛石 800～1000 75～300 80～150

表1 鉆進的技術參數

4 沖洗液的選用及管理

選用性能好的沖洗夜是保證煤田超1 000m鉆井能夠成功施工的關鍵。在鉆進過程中，采用優(yōu)質的沖洗液才能夠保護孔壁、保持地層壓力平衡以及有效的把鉆出的巖屑帶出孔外。對泥漿的要求也比較高，泥漿必須具有失水量低、護壁性能好、攜帶能力強以及潤滑減阻性能好的特點[2]。

低固相化學沖所洗用的材料組分比較多，主要涉及的原料有：聚丙烯酰胺、粘土粉、廣譜護壁劑、羧甲基纖維鈉、純堿腐植酸鉀、聚丙烯腈等。其中，溶解在水中的聚丙烯酰胺可以使泥漿中的巖屑絮凝，從而達到改善泥漿流動性的目的，減少了鉆頭與地質體的摩擦，使得鉆頭的效率提高。羧甲基纖維納是用來減少泥漿的失水，并且阻礙泥巖水和化后的膨脹。這對鞏固孔壁起著非常重要的作用，促使泥漿懸浮以及攜帶巖屑的能力將大大改善。選用腐植酸鉀的目的是為了減少沖洗液的失水量，起到護壁防塌的目的。廣譜護壁劑的作用為了提高泥漿的潤滑以及攜帶能力，這樣最終可以使鉆具的旋轉阻力大為減小。配置沖洗液之間羧甲基纖維鈉、聚丙烯案、聚內烯腈需要事先水化浸泡，攪拌也要充分均勻。需設備一名管理人員加強對沖洗液的管理，隨時觀測泥漿的各項性能，并及時進行調整。為了充分保證沖洗液的各項性能，每一項指標都要與要求相符合，這樣才能最大限度的充分出泥漿的作用[3-4]。

沖洗液的各項參數可參照表1。

沖洗液循環(huán)系統(tǒng)的管理：對于深孔循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)槽的設計必須參照一下參數進行設計：長度大于25m，寬度大于0.30m、深度大于0.20m。除此之外，還需要設計一個沉淀坑，標準池的設計尺寸為：長度2m,寬度1m,深度1.7m。對于環(huán)槽內已經沉淀的巖屑，需要工作人員進行及時的清理。

表1 沖洗液的各項參數

5 需要注意的事項

5.1 嚴把設備的安裝質量關

設備的安裝十分重要，因此在安裝環(huán)節(jié)一定要嚴把質量關。確保安裝后的設備鉆塔不僅要平穩(wěn)，還要牢固，這樣最終才能保證主軸、天輪以及孔口這3點都在同一條垂線上。

5.2 嚴把開孔關

開孔的好與壞，直接決定著最終鉆孔能否順利進行。因此，開孔關是第二道需要把好的關口。最好使用粗直徑的鉆具，這樣才能保證隨著鉆孔深度的增加鉆具仍然是垂直的。鉆具的長度得小于6m～8m的巖芯管。當鉆鋌長度到達100m左右時，應該增加導正棒或防斜管，這樣可以有效的防止鉆孔彎曲。對于鉆進過程的參數，應嚴格遵循換班技術參數不換的原則。當開始初鉆時，要確保壓力低、轉速慢，鉆進的過程中要保證給壓是均勻的。

5.3 巖芯的采取

當對巖芯采取的時候，務必要卡緊，這樣可以有效防止巖芯在起鉆過程中的脫落。如果掉到半途中，會嚴重影響下鉆，甚至導致掃孔。

5.4 硬巖的鉆進

當對硬巖進行鉆進時，必須排隊使用鉆頭。隨時觀察鉆頭的磨損程度，鉆頭的使用時間也要合理控制，以免打瘦孔徑，造成不必要的掃孔。

6 結論

總之，在超千米孔的施工中要結合實際情況，設置合理的技術參數，這樣才能達到科學鉆探的目的。

[1]趙金洲，張桂林.鉆井工程技術手冊[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2]徐恩峰.煤田鉆探用沖洗液類型的探討[J].煤炭技術，2008.

[3]高永彬.煤田鉆探超千米深孔施工工藝[J].煤炭技術，2009(1).

[4]楊磊,楊長健,馬西平.煤田鉆探技術的革新與實踐[J].陜西煤炭，2009(2).

TD8

A

1674-6708（2011）57-0054-02