淺談煤下鋁快速鉆探成孔施工及事故預防措施

劉磊 張金來 張長春

河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局

引言

煤下鋁，是由煤與鋁的賦存地層決定的,在河南西部，煤主要賦存于二疊系，鋁賦存于石炭系。因此，在河南特別是豫西地區(qū)，煤礦下有鋁，并且煤下鋁品質(zhì)優(yōu)、潛力大的情況較為普遍。目前河南開采的淺表鋁土礦，基本處于300米以內(nèi)，其自然延伸的深部鋁土礦，我們既未查明更未開采。深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的，這就是河南進行煤下鋁整裝勘查的理論依據(jù)。

1 鉆孔終孔直徑的選擇

根據(jù)不同礦種的地質(zhì)設計要求，采用根據(jù)國家標準制訂的繩索取心金剛石巖心鉆探鉆具系列標準的口徑終孔，一般不小于75mm。

1.1 巖礦心采取率

1）巖礦心采取率的計算公式：

2）按礦種確定最低采取率標準。一般分層采取率須達到65%。不取心或半取芯層位單獨計算。

3）礦層、標志層及其上下盤(3m-5m）依不同礦種確定其采取率標準，一般平均采取率須達到80%。在厚度較大的含礦層中，以每進尺5m-10m計算平均采取率。

4）經(jīng)證實的空洞、裂隙層段不計采取率。

1.2 巖礦心管理與保管應遵循DZ/T0032-1992第二章和DT/T0087規(guī)定。

1）要將巖礦心清洗干凈，依孔深順序擺好，斷口面應互相銜接吻合，嚴禁顛倒混亂，嚴禁弄虛作假；破碎或粉狀巖礦必須按巖礦心橫斷面積的等值面積擺放，不準任意拉長。

2）巖心箱應符合要求，并注明礦區(qū)、孔號、箱號、機號和孔深起止范圍、巖心編號起止范圍。

3）巖礦心按順序用紅漆編號，編寫格式為塊數(shù)回次號，字跡清晰，能長期保存。填好巖心隔板（巖心箱）；巖心牌放置位置的分隔板上，用色漆涂上記號。遇有殘留巖心須在相鄰回次中調(diào)整時，須征得地質(zhì)人員同意。

針對巖層特點，依據(jù)巖石硬度、研磨性、完整程度和孔壁穩(wěn)定性，結合口徑、鉆孔深度選擇鉆頭和相應的鉆探方法。

2 鉆探設備選擇和安裝

2.1 根據(jù)鉆孔地質(zhì)條件、孔深、開孔頂角、鉆進方法、鉆孔結構、護孔方法和施工條件（水、電源及交通），合理選擇鉆探設備。淺孔、中深孔、施工常用鉆探設備：

鉆機型號：CS1000P6、XY-3、XY-4、XY-44、XY-5

泥漿泵型號：YBW-250、BW-250

鉆塔型號：12～18米四腳塔或A字塔

煤下鋁鉆進應用YB235-70及GB3423-82標準，即φ150、130、110、96、76五種口徑。用泥漿時，普通雙管和繩索取心鉆具也可配用超徑鉆頭，其外徑分別為78mm、97mm。鉆具的級配系列，φ96mm以細的級配，按國家標準GB3423—82的規(guī)定，保持與金剛石鉆具的互換性；φ110以粗的級配，仍沿用YB235-70標準，即保留φ110、130、150mm 三個級配。

1）松散土層、強風化巖層：用普通合金鉆頭、翼片合金鉆頭鉆進，或跟管鉆進；泥漿用低失水普通泥漿、PHP低固相泥漿、PHPPVA雙聚雙重交聯(lián)沖洗液，及時下套管。

2）砂層、礫石層：用孔口挖坑、埋設孔口管、灌水泥，根據(jù)礫石層情況選擇鉆頭及鉆進方法，也可用跟管鉆進；用高黏泥漿洗孔，投泥球補壁，瞬凝水泥護壁，及時下套管。

3）黏土層：用肋骨合金鉆頭或普通合金鉆頭鉆進，泥漿用PHP低固相泥漿、低粘低失水泥漿或自動造漿（需及時調(diào)整處理），及時下套管。

4）弱風化巖層：用合金鉆頭、聚晶鉆頭、復合片鉆頭或孕鑲金剛石鉆頭鉆進，用潤滑沖洗液洗孔，及時下套管。

3 孔內(nèi)事故的預防

3.1 對孔內(nèi)事故須貫徹“預防為主”，遵守規(guī)程，精心操作，積極地進行預防。在正常生產(chǎn)過程中要做到：

1）沖洗液類型、性能指標適合巖層特點，循環(huán)正常，確保鉆頭工作面沖洗液暢通，確保孔內(nèi)清潔。

2）保持孔內(nèi)鉆具完好，經(jīng)常檢查更換。

3）工藝合理，成孔迅速，減少裸孔時間，下套管及時。

4）精心操作，對各種事故預兆反應迅速，處理及時，防患未然。短時間停水停鉆，須將鉆具提離孔底。

5）地面設備和控制儀表齊全完好，檢修保養(yǎng)及時，不帶病運轉。

3.2 孔內(nèi)鉆具使用規(guī)定

1）經(jīng)常檢查孔內(nèi)鉆具各部連接情況，鉆具有裂紋、絲扣損壞及管體的彎曲、磨損超過

4 處理孔內(nèi)事故的基本要求

4.1 機臺內(nèi)必須按配備標準備齊常用的絲錐、打撈工具。掌握千斤頂、反絲鉆桿等打撈工具信息。

4.2 查清事故發(fā)生的孔深、機上余尺、事故鉆具的位置、類型、規(guī)格、數(shù)量及孔內(nèi)情況，并盡可能用示意圖標明有關情況和各種數(shù)據(jù)，做出詳細記錄。

4.3 正確分析判斷，制定周密細致的處理方案。每一處理步驟均須考慮不使事故復雜化。處理事故時，各班步調(diào)必須一致。交班時，要將孔內(nèi)情況、處理經(jīng)過、所用工具及方法、處理結果等，詳細交接清楚。

4.4 事故處理后，機臺應召集會議，分析事故原因，總結經(jīng)驗教訓，擬定防范措施，防止類似事故發(fā)生。按規(guī)定及時填報事故報表。

5 卡、埋、燒鉆事故

5.1 卡鉆

1）鉆具回轉有阻力時，要立即上下活動鉆具，保持沖洗液循環(huán)，嚴禁無故停泵。

2）鉆具在提鉆中途遇阻，嚴禁猛提，應立即串動鉆具，并送水開車晃動鉆具。

3）遇掉塊、探頭石、縮徑卡鉆，經(jīng)一般處理無效，可開慢車上掃；仍無效，可將鉆具送回孔底，反出鉆桿，再下同徑鉆頭排除障礙，最后打撈孔內(nèi)鉆具。

4）溝槽卡鉆須設法導出鉆具、修整溝槽孔壁，不得強力提拔。

5.2 埋鉆

1）先強力開泵送水，盡可能恢復沖洗液循環(huán)，同時慢慢串動回轉鉆具。經(jīng)提、拉、頂、打無效時，應反回鉆桿，用同徑鉆具掃除填埋物，再打撈事故鉆具。注意套絲力量不可過大。

2）提拉卡埋事故鉆具須注意鉆塔、游動滑車、升降機各部位，不準超過提引系統(tǒng)的最大允許負荷。

3）用鉆機油壓系統(tǒng)和升降機同時頂拉事故鉆具，要先檢查鉆機有關連接螺栓、抱閘和提升系統(tǒng)的可靠性。先用油壓系統(tǒng)將鉆具頂緊，再用升降機提拉；卸載要先松升降機再回油，不準用升降機承受全部載荷。

4）提拉頂打處理事故，鉆具絲扣易松，要經(jīng)常扭緊。繩索取心鉆進一般禁止用千斤頂強頂鉆桿。

6 斷、脫、跑鉆事故

6.1 斷鉆

1）發(fā)現(xiàn)斷鉆要摸準斷頭機上余尺，升上斷鉆，檢查斷頭情況，采用合適絲錐，算準斷頭機上，下絲錐撈取。也可用球卡撈管器撈取。

2）絲錐進入斷鉆上頭，用人力或用鉆機套絲，不可過緊。絲錐碰不到斷鉆上頭時，要多角度扭動試探，不準盲目超過預計深度。無效時，須另下帶導正鉤的絲錐。

3）絲錐上勁后，輕提鉆具，試探有無阻力；必要時送水開車回轉幾圈，上提無阻力，即可上鉆。嚴禁帶絲錐繼續(xù)鉆進。

6.2 脫鉆、跑鉆

1）脫鉆、跑鉆要立即提鉆檢查。如接頭絲扣完好，孔內(nèi)正常，可下原鉆桿對上撈取，不準繼續(xù)鉆進。

2）因脫、跑鉆出現(xiàn)“插蠟事故”，需先下打印器探明情況。要先撈付頭。如多頭在一起時，要先消除擠夾力，再用絲錐依次反回。忌未弄清孔內(nèi)主付頭情況時打撈。

3）用掏心法處理巖心管時，要用比事故鉆具小兩級的鉆具。消滅巖心管時，要用加大外徑的實心平底鉆頭或帶導向的階梯鉆頭。

7 復雜地層的綜合治理

7.1 在施工設計中要制定洗孔與護孔的綜合設計，各種漿液、堵漏材料、水泥、套管要綜合使用；

7.2 要從材料、儀器、現(xiàn)場設施、技術管理和人員組織等方面逐步完善，做到規(guī)范化、標準化。

7.3 注意收集綜合護孔的原始資料，注重室內(nèi)試驗，總結施工經(jīng)驗，盡量采用新技術。

7.4 通過實踐，不同礦區(qū)應形成典型的綜合治理方案，指導施工。

結束語

煤下鋁賦存于煤資源之下。在鋁資源之上，既有已經(jīng)閉坑的煤礦老采區(qū)，也有正在開采的煤礦礦區(qū)。在已經(jīng)閉坑的老采區(qū)，既可能遭遇地下水包，也可能遭遇殘留瓦斯。因此，必須采用適當?shù)募夹g方法以保障安全；在開采礦區(qū)，則會遭遇礦業(yè)權的限制。要順利實施煤下鋁的勘查，就必須破解這二大難題。