煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)及其應(yīng)用探討

摘 要：改革開放以來我國的經(jīng)濟得到了快速的發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展的同時必然導(dǎo)致了對能源需求的逐漸增多，煤炭資源作為我國的主要能源，對經(jīng)濟的發(fā)展有重要的作用。煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)作為煤炭開采的關(guān)鍵技術(shù)，影響著煤炭開采的質(zhì)量和產(chǎn)量，我們要加大對煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)的研究，提高技術(shù)的水平和質(zhì)量。文章主要就深孔鉆探技術(shù)的特殊性和煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)以及應(yīng)用展開論述。

關(guān)鍵詞：煤田地質(zhì)；超深孔孔鉆探技術(shù)；應(yīng)用探討

我國是世界上煤炭資源開采的大國，雖然我國的能源結(jié)構(gòu)有所調(diào)整，但是煤炭資源目前仍然是我國的主要能源之一，而且我國的煤炭資源沒有依賴進口，完全實現(xiàn)了自給自足，所以煤炭資源開采的技術(shù)和水平就變得更加重要。由于煤炭資源儲藏在特殊的地質(zhì)環(huán)境中，對位于地下的煤炭資源進行開采，大多數(shù)的情況使用的開采技術(shù)是深孔鉆探技術(shù)，尤其是超深孔鉆探，工作更加困難，由于缺乏相關(guān)的經(jīng)驗，只能在鉆探中一邊進行摸索，一邊進行開采。對于地下儲藏的煤炭資源來說，煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)是其開采的主要方式，尤其是隨著煤炭資源開采的不斷深入，地表的煤炭資源變得越來越少，所以需要開采地下深層的煤炭資源。我們要做好煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)的研究，提高超深孔鉆探技術(shù)的質(zhì)量和水平，促進我國煤炭資源的合理開采和順利利用，保證煤炭資源開采的安全性。

一、超深孔鉆探的特殊性

超深孔煤炭鉆探具有特殊性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，深孔鉆探孔位的選擇，盡量選擇在地殼盡可能存在裸露的結(jié)晶巖地區(qū)；第二，在煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)完全開始之前，要進行提前的試驗，盡可能采集到地殼內(nèi)部的巖石，包括巖心、側(cè)壁巖樣、巖屑、液態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)等，一邊有利于對該地下位置煤炭資源蘊含量進行分析；第三，遇到堅硬的結(jié)晶巖時，就要使用金剛石鉆頭，這樣可以成功突破結(jié)晶巖，還可以提高巖石的使用壽命；第四，創(chuàng)新和發(fā)展在孔底更換鉆口等新技術(shù)，這樣可以減少非鉆孔的時間，提高煤炭開采的效率；第五，因為地球內(nèi)部的溫度和壓力是十分高的，針對高溫高壓這一工作環(huán)境，所以所使用的鉆孔和機械必須是具有抗高溫和高壓的性質(zhì)。

二、煤田地質(zhì)超深孔鉆探技術(shù)及其應(yīng)用

（一）鉆井施工的基本設(shè)備。我國所使用的鉆井設(shè)備是THJ—2000型鉆井設(shè)備，屬于立軸式液壓給進型的設(shè)備，立軸式鉆井更換鉆孔設(shè)備的時間比較短，而且轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍比較廣，有高低速、正反位等八個基本的檔位，此外單繩的提拉力可以達到80KN，移車行程達到了700mm。為了實現(xiàn)操作的方便，在進行鉆孔鉆探時，采用的給進方法是鉆蜒加壓的方法。為了減少成本和電力的損耗，使用75KW的電動機，又因為在施工過程中，器械的清理能力和處理粉塵的能力比較差，使空內(nèi)的阻力變大，容易發(fā)生水堵的問題，所以為了避免影響機器的轉(zhuǎn)速和鉆進功能，在施工操作的同時，要對鉆井設(shè)備配置除砂器，清理施工過程中產(chǎn)生的泥漿和砂石。這樣可以在7天之內(nèi)不需要更換容易受損的元件，還有利于提升鉆速。最后鉆井的鉆塔使用整體的人字形鉆塔，使施工的安全系數(shù)提高。

（二）鉆進機具的選擇。鉆井機具的選擇主要包括三個方面的內(nèi)容，分別是鉆桿、取心工具和鉆頭的選擇。首先在鉆桿的選擇方面，自上世紀(jì)50年代開始，就已經(jīng)使用規(guī)格為ψ50mm的鉆桿，雖然直到目前來看，這一類型的鉆桿仍然發(fā)揮著主要的作用，但是隨著煤炭開采實際情況的不斷變化，在開采過程中出現(xiàn)了很多的問題，比如主要存在斷、泄流以及擼扣等諸多問題。雖然這種類型的鉆桿在材料和制作技術(shù)上已經(jīng)逐漸改善，但是它已經(jīng)不能適應(yīng)目前深井鉆探的要求，無法保證鉆孔的安全和工作的效率。所以在實際的開采過程中，超深孔的鉆井必須選擇ψ600mm型號的鉆桿，它具有較大的優(yōu)勢，優(yōu)點是較強的抗拉程度和較好的綜合機械能力。此外這一類型的鉆桿還滿足了超深孔工作的情況，在工作中很少發(fā)生損壞的問題。其次在取心工具的選擇上，常用的地質(zhì)鉆探工具是單管取芯器，這類的工具由于巖石心管的組成比較復(fù)雜，在鉆探過程中容易出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象，特別是接頭的絲扣經(jīng)常發(fā)生斷扣、擼扣的問題，最終導(dǎo)致鉆孔的失敗。所以對于十分復(fù)雜的巖石取心，應(yīng)該使用國外較為先進的設(shè)備，這樣的材料質(zhì)量比較好、綜合機械性能高。通常ψ89mm作為石油鉆管可以作為單管取芯器，可以在鉆探中避免出現(xiàn)彎曲、斷扣的問題。最后在鉆頭的選擇方面，要知道鉆頭的質(zhì)量好壞關(guān)系著鉆探的進程和效率。隨著近幾年來科技的不斷進步，我國的鉆頭研究已經(jīng)取得了一定的成果。鉆頭的使用時間不斷延長，鉆頭的使用效果變得更加完善，通過對硬質(zhì)合金鉆頭的改進和研究，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了三刮刀、鋸齒形貼鉆、排狀合金以及各種裝配不同的鉆頭，達到了五十余種。不同類型的鉆頭適用于不同的地質(zhì)條件和鉆孔深度以及巖石情況，目前我國的鉆頭以聚晶復(fù)合片鉆頭為主，硬質(zhì)合金鉆頭作為輔助。

（三）鉆具的組合選擇。鉆具選擇的主要依據(jù)包括根據(jù)穩(wěn)定器的尺寸、不同鉆具的結(jié)構(gòu)圖特點、單彎螺桿的角度以及開采地的即將參數(shù)等依據(jù)選擇，此外在鉆矩的組合選擇中，還要遵守以下的原則：螺桿鉆具適用于常規(guī)定向井、大位移井、復(fù)合鉆井和水平井的造斜。選用減速渦輪來解決高溫的問題。

（四）泥漿泵和泥漿參數(shù)的合理選擇。

1.泥漿泵的選擇。為了提高泥漿泵的性能，優(yōu)化泥漿泵的性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)尤為重要，因為泥漿泵技術(shù)參數(shù)的匹配決定了泥漿泵的性能。在實際的工作中，泥漿泵的主要參數(shù)是泵的額定沖次n鉆井泵的沖次n，可以看出降低沖次可以提高泥漿泵的性能和工作效率，延長易損件的使用壽命。泵的沖程長度是衡量泥漿泵性能的另一個重要指標(biāo)，它可以在適當(dāng)降低沖次的基礎(chǔ)上，增加泵的沖程長度；最后保證吸入管線的正確設(shè)置，是實現(xiàn)液流與活塞同步增速的關(guān)鍵。

2.泥漿參數(shù)的選擇。泥漿參數(shù)的選擇主要包括泥漿的配比和日常維護工作。因為泥漿的分子量在三百萬到五百萬之間，應(yīng)該在配比過程中選擇有較強性能的選擇性絮凝和包被作用的材料。常用的泥漿材料包括鈣基膨潤土、純堿、羧甲基纖維素。泥漿的調(diào)制最好使用淡水，但是在海水覆蓋的區(qū)域，需要在使用海水之前進行充分的試驗。泥漿需要進行日常維護，主要是因為泥漿在使用一段時間以后，會發(fā)生老化的現(xiàn)象，膨潤土以及各種處理劑會發(fā)生損耗的現(xiàn)象。為了保證配組各比分的含量，要在實際使用的過程中對處理劑進行添加。

三、煤田超深孔鉆探的注意事項

煤田的超深孔鉆探與深孔鉆探相比較，進入地下的深度更深，所需要的鉆探技術(shù)要求更高，對鉆探設(shè)備和鉆口質(zhì)量的選擇要求更高。所以在進行煤田的超深口鉆探工作時，施工設(shè)備要安裝牢固；而且安裝的位置十分準(zhǔn)確，在鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，不僅要根據(jù)相關(guān)材料進行制定，還需要根據(jù)煤田開采的實際情況進行鉆孔結(jié)構(gòu)的選擇；盡量使用上下貫通的鉆孔，這樣不僅可以降低成本、提高收益，還可以提高工作的效率，降低施工的難度。

在煤田超深孔鉆探工作開始之后，首先要保證開孔孔徑具有絕對的垂直度，就需要使用直徑較大的鉆孔工具進行開口，在鉆井的過程中，要以低速、勻速的前進狀態(tài)進行，對孔徑的垂直度進行實時監(jiān)測。

最后在鉆頭使用的過程中，無論是金剛石鉆頭還是硬質(zhì)合金鉆頭，都可以新舊交叉使用。這是鉆井的速度和方法就顯得更加重要，勻速慢行的鉆井狀態(tài)可以提高鉆頭的使用壽命，保證鉆井工作的順利進行。

四、結(jié)語

我國的煤炭開采分為露天開采和井下開采，但是隨著煤炭資源開采的不斷深入，較淺地層的煤炭資源已經(jīng)出現(xiàn)枯竭的趨勢，這就要求對地層更深的煤田進行開采和挖掘。煤田超深孔鉆探技術(shù)對于較深地層的煤炭資源開采具有關(guān)鍵的意義。所以提高煤田超深孔鉆探技術(shù)的質(zhì)量和水平，有利于我國煤炭資源的開采和利用，也是我國煤炭開采技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。

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作者簡介：蔣俊，云南省一四三煤田地質(zhì)勘探隊。