煤田鉆探工藝及提高鉆探效率方法

楊勝春，吳文良，劉 恒

山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東滕州 277500

在社會(huì)主義發(fā)展的新時(shí)期，煤田鉆探工藝是煤田勘探中十分重要的一個(gè)方面，煤田鉆探技術(shù)和煤層氣鉆探技術(shù)的改進(jìn)，也為煤田工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)提供可靠的保證。

1 煤田鉆探工藝方法的研究探索

施工實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，同一類巖石，在不同的埋深條件下，所表現(xiàn)出的機(jī)械物理性質(zhì)及穩(wěn)定性是大不相同的。煤田勘探地層各種沉積巖強(qiáng)度都與深度成正比例變化，2 000m 以淺地層巖石變化的特點(diǎn)是埋深越淺、孔隙度越大、強(qiáng)度越低。

1.1 一般回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)

回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)主要參數(shù)是泵量、轉(zhuǎn)速及鉆壓三項(xiàng)。一般情況下應(yīng)選用較大泵量，這對(duì)于保證排粉效果，提高鉆進(jìn)效率都是有利的，但也要防止因泵量過(guò)大沖垮孔壁。鉆進(jìn)鉆壓應(yīng)由低到高，逐步增加；鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同地層、不同鉆頭、不同孔徑而有所不同，在實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)鉆壓的掌握不必限制過(guò)死，通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)，選定出合理的數(shù)據(jù)。多級(jí)變速鉆機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是鉆孔深、鉆具自重大，受力復(fù)雜，回轉(zhuǎn)鉆具功率消耗增大，受鉆機(jī)功率及鉆具強(qiáng)度的限制，轉(zhuǎn)速應(yīng)降低，孔淺時(shí)則應(yīng)開(kāi)高速；二是鉆進(jìn)均質(zhì)、完整的地層，采用高轉(zhuǎn)速；對(duì)于巖石破碎、節(jié)理發(fā)育的地層，鉆具震動(dòng)大，根據(jù)具體情況適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速；三是鉆孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)狀間隙小，孔壁完整，可采用高轉(zhuǎn)速；鉆孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、換徑多，鉆桿與孔壁間隙大，鉆具回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性差，則不宜開(kāi)高速；四是淺孔段巖石結(jié)構(gòu)完整，鉆具強(qiáng)度高，采用較高轉(zhuǎn)速；地層變復(fù)雜，裂隙發(fā)育，出現(xiàn)小溶洞及掉塊現(xiàn)象，且孔內(nèi)返水不正常，用較低轉(zhuǎn)速。

1.2 空氣洗井鉆進(jìn)技術(shù)

空氣洗井鉆進(jìn)工藝技術(shù)是一種含有壓縮空氣的氣體和液體混合物作為沖洗的介質(zhì)[1]。它是采用具有動(dòng)力沖洗介質(zhì)的破巖機(jī)技術(shù)。這種技術(shù)可以在極其惡劣的地理地質(zhì)條件（特別是缺水情況）下施工?？諝庀淳@進(jìn)技術(shù)共可以分為泡沫洗井鉆進(jìn)技術(shù)、粉塵洗井鉆進(jìn)技術(shù)及霧化洗井鉆進(jìn)技術(shù)等等，其中每一種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。把空氣洗井鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到煤田鉆探中的無(wú)芯鉆探中，取其利，避其弊，從而為我們的煤田鉆探工作提高效率。

1.3 沖擊回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)技術(shù)

沖擊回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)，就是在一般回轉(zhuǎn)鉆具組合的基礎(chǔ)上增加一個(gè)潛孔錘。在鉆進(jìn)過(guò)程中，提供給鉆具一定強(qiáng)度的沖擊量，在回轉(zhuǎn)和沖擊的一起作用下粉碎巖石，進(jìn)行快速鉆進(jìn)[2]。影響沖擊速度的主要參數(shù)有：沖擊頻率、回轉(zhuǎn)的速度等，在鉆進(jìn)時(shí)要根據(jù)巖石類型和施工的條件進(jìn)行選擇，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的最佳組合。

2 煤層氣鉆探技術(shù)的研究探索

2.1 國(guó)產(chǎn)散裝煤層氣鉆機(jī)

散裝的煤層氣鉆機(jī)屬于水源鉆機(jī)，由于技術(shù)比較陳舊，使用很不方便，現(xiàn)在已經(jīng)被市場(chǎng)逐步地淘汰，在此不做過(guò)多的介紹與論述。

2.2 國(guó)產(chǎn)車裝煤層氣鉆機(jī)

車裝的煤層氣鉆機(jī)屬于多功能鉆機(jī)。自河北石家莊煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司研制（鉆機(jī)車型號(hào)SMJ5510TZJ15/800Y）成功后，這款機(jī)器采用了直徑114 mm 的鉆桿，能夠鉆井的深度達(dá)到了1500m，最大開(kāi)孔直徑711mm，提升能力達(dá)到800kN。相關(guān)專家一致認(rèn)為該煤田鉆機(jī)研制的成功，象征著我國(guó)煤田鉆探技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，也徹底改變了這一類型的機(jī)械設(shè)備主要依賴國(guó)外進(jìn)口的局面。

2.3 車裝煤層氣鉆機(jī)和散裝煤層氣鉆機(jī)鉆探效果分析

車裝鉆機(jī)車是一種將液壓頂驅(qū)動(dòng)力頭鉆機(jī)，配壓縮空氣鉆機(jī)使用，可滿足壓縮空氣鉆進(jìn)、泡沫鉆進(jìn)和泥漿鉆進(jìn)要求。具有機(jī)動(dòng)性能好、占地面積小、作業(yè)效率高、鉆孔質(zhì)量好、低污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。立軸式鉆機(jī)在施工過(guò)程中，它隨著鉆孔的加深，尤其是在深孔的鉆探過(guò)程中，要占用的作業(yè)時(shí)間和工作難度系數(shù)比例都會(huì)越來(lái)越大，這造成了使用立柱式鉆機(jī)時(shí)綜合的工作效率明顯降低。在山西沁水煤田煤層氣開(kāi)發(fā)鉆井中進(jìn)行了效果對(duì)比。從鉆進(jìn)效率、工程質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益等多方面分析，車裝煤層氣鉆機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出于散裝煤層氣鉆機(jī)。既然如此，如何改變這種狀況，提高該款機(jī)器的工作效率，也成為了國(guó)內(nèi)地質(zhì)專家們共同關(guān)注的難點(diǎn)問(wèn)題。

3 對(duì)提高煤田鉆探工藝和提高鉆探效率的建議

1）鑒于我國(guó)丘陵地區(qū)地勢(shì)險(xiǎn)峻，尤其是林地、山地交通極為不便，在這種地帶進(jìn)行勘探時(shí)要考慮到對(duì)林業(yè)的保護(hù)等問(wèn)題應(yīng)該大力的引進(jìn)全液式動(dòng)力頭巖心鉆機(jī)，可以研究國(guó)外的先進(jìn)的多功能、多工藝取新，進(jìn)行機(jī)械的創(chuàng)新發(fā)明，提高煤田鉆探機(jī)械的工藝水平；

2）加強(qiáng)對(duì)新一代超硬的材料、巖石破碎工具、高強(qiáng)度的鉆探管材等的鉆研，推廣如下的新技術(shù)：金剛石煤田鉆探技術(shù)，金剛石鉆進(jìn)是一種很古老的鉆探技術(shù)，它的工作原理是采用硬度相當(dāng)高的金剛石作為粉碎巖石的材料。用于沖擊式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，具有鉆出的孔質(zhì)量比較高、鉆進(jìn)的速度快、鋼材的使用比較少、鉆探所花費(fèi)的金錢比較少、孔內(nèi)出現(xiàn)的事故數(shù)量比較少等無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。此外，還有新型的多介質(zhì)鉆探組合技術(shù)、液動(dòng)式?jīng)_擊翻轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)等等；

3）因地制宜，在我國(guó)西北部干旱缺水比較嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)該大力推廣節(jié)約水資源的鉆探技術(shù)、例如：空氣泡沫鉆探技術(shù)等，研制大量地下水資源勘探開(kāi)發(fā)，更好地配合在當(dāng)?shù)氐目碧焦ぷ鳌Ｅc此同時(shí)，我們也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，積極開(kāi)展對(duì)當(dāng)代煤田鉆探科學(xué)技術(shù)的研究。

4 結(jié)論

現(xiàn)階段，我國(guó)的煤田鉆探技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，但是與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，相處與劣勢(shì)，因此我們?nèi)詰?yīng)該毫不懈怠，繼續(xù)鉆研。況且，煤炭能源的開(kāi)發(fā)工作應(yīng)該堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，走煤田勘探采集利用一體化的道路，深入研究煤田鉆探的工藝技術(shù)，解決在當(dāng)今煤礦開(kāi)發(fā)中存在的種種問(wèn)題，爭(zhēng)取走出一條先進(jìn)的技術(shù)道路。

[1]耿瑞倫.地質(zhì)鉆探技術(shù)的歷史回顧與展望[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010(1)：5-11.

[2]孫明俠，等.淺談煤田地質(zhì)勘探鉆探技術(shù)發(fā)展[J].民營(yíng)科技，2009(3)：129.