礦田復(fù)雜地層大口徑金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝

【摘要】文章以某礦田復(fù)雜地層工作面施工實(shí)例為研究對(duì)象，結(jié)合該工作面的實(shí)際參數(shù)，對(duì)大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝實(shí)施下的作業(yè)思路進(jìn)行了分析，進(jìn)而分別從護(hù)孔措施、以及潤(rùn)滑減阻措施這兩個(gè)方面入手，就大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝實(shí)施期間的相關(guān)操作要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析與探討，希望能夠引起各方人員的特別關(guān)注與重視。

【關(guān)鍵詞】礦田復(fù)雜地層；大口徑；金剛石繩索取芯鉆進(jìn)

某礦田巖層結(jié)構(gòu)為第四系、鐵白云質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖，鈣質(zhì)鐵白云質(zhì)粉砂質(zhì)千枚巖。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察資料顯示：本區(qū)域內(nèi)的斷層破碎帶分布相對(duì)集中，局部巖層結(jié)構(gòu)松散明顯，且呈現(xiàn)出較為顯著的泥性形態(tài)。在既往的施工作業(yè)實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，使用XY-4型鉆機(jī)，鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，配合泥漿護(hù)孔處理，提鉆取芯，施工期間出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌事故，鉆進(jìn)工作面掉塊現(xiàn)象頻繁，存在大量的安全事故。在對(duì)該區(qū)域鉆孔作業(yè)存在問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)之上，在近期針對(duì)該復(fù)雜地層工作面展開(kāi)施工作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，選取了基于大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)的施工工藝，配合對(duì)低固相泥漿原材的應(yīng)用，避免了復(fù)雜地層對(duì)鉆進(jìn)作業(yè)的影響，可為同類工程作業(yè)的開(kāi)展提供一定的借鑒，現(xiàn)總結(jié)如下：

1、大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)思路分析

在本復(fù)雜地層上部鉆進(jìn)作業(yè)的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，A/B鉆孔均設(shè)置為斜向鉆孔，頂角允許角度為1°/100.0m。為確?，F(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)作業(yè)的安全可靠，對(duì)鉆進(jìn)期間方位角的偏差控制標(biāo)準(zhǔn)為：在穿越礦層下盤區(qū)域的條件下，與剖面線的偏離角度控制在±5.0m范圍之內(nèi)，終孔口徑控制在91.00mm范圍之內(nèi)，對(duì)應(yīng)巖心采取率應(yīng)控制在75.0%范圍之內(nèi)。

在本次基于大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝對(duì)該礦田復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，所選取鉆進(jìn)機(jī)具為基于HXY-42T型的塔機(jī)一體鉆機(jī)設(shè)備，同步配置工作規(guī)模為56.0kW單位的柴油動(dòng)力機(jī)提供動(dòng)力支持。鉆進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)水泵為BW250型，配備柴油動(dòng)力機(jī)工作規(guī)模為16.4kW。同時(shí)，工作面鉆進(jìn)作業(yè)實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，所選取鉆具為PQ、HQ兩型。其中，PQ鉆具鉆頭內(nèi)徑參數(shù)為85.0mm，鉆頭外徑參數(shù)為122.0mm，鉆桿外徑為114.0mm，鉆桿內(nèi)徑為101.3m；HQ鉆具鉆頭內(nèi)徑參數(shù)為63.5mm，鉆頭外徑參數(shù)為95.8mm，鉆桿外徑為89.0mm，鉆桿內(nèi)徑為77.8m。

在基于大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝對(duì)該礦田復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，由于鉆進(jìn)工作面涉及到一定的破碎帶以及軟弱巖層結(jié)構(gòu)，為了最大限度的控制鉆進(jìn)期間的壓力數(shù)值，降低轉(zhuǎn)動(dòng)速度，對(duì)工作面進(jìn)尺指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，鉆壓應(yīng)當(dāng)在允許標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上下調(diào)1/4～1/2比例，鉆進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度需≤400.0r/min，以確保工作面進(jìn)尺的平穩(wěn)性。

2、大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)要點(diǎn)分析

1）護(hù)孔措施

本區(qū)域內(nèi)地層結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，局部孔段區(qū)域內(nèi)巖層松軟水平高，表現(xiàn)泥狀形態(tài)。在鉆進(jìn)作業(yè)過(guò)程當(dāng)中，可以預(yù)見(jiàn)的是：出現(xiàn)破碎帶、孔內(nèi)坍塌現(xiàn)象、超/縮徑現(xiàn)象的可能性較大。且鉆進(jìn)期間的阻力始終維持在較高水平，但鉆孔內(nèi)部不可查漏失現(xiàn)象。為提高復(fù)雜地層施工期間，鉆進(jìn)作業(yè)的安全性，提高作業(yè)保障水平，需要對(duì)護(hù)孔方法進(jìn)行合理的改進(jìn)與優(yōu)化。結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，多推薦使用漿液與套管相互結(jié)合的護(hù)孔方法，上部地層以套管為主，下部地層以漿液為主。在鉆進(jìn)作業(yè)區(qū)域遭遇破碎帶情況下，及時(shí)以水泥漿灌注方式進(jìn)行護(hù)孔。

在對(duì)本區(qū)域復(fù)雜地層對(duì)應(yīng)A孔以及B孔進(jìn)行施工作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)記錄資料，發(fā)現(xiàn)，A孔在鉆進(jìn)至260.5m位置，B孔在鉆進(jìn)至541.6m位置狀態(tài)下，巖心表現(xiàn)泥性形態(tài)。該問(wèn)題的出現(xiàn)致使鉆進(jìn)期間出現(xiàn)明顯的縮徑夾鉆問(wèn)題。為改善該問(wèn)題，施工期間對(duì)泥漿配合比數(shù)值進(jìn)行了合理的調(diào)整，適當(dāng)增加膨脹土加入劑量。同時(shí)，為避免在A孔鉆進(jìn)期間，鉆桿內(nèi)壁出現(xiàn)結(jié)泥皮的問(wèn)題，需要對(duì)鉆進(jìn)速度進(jìn)行控制（推薦標(biāo)準(zhǔn)為400.0r/min）。而對(duì)于B孔而言，由于在鉆進(jìn)工作面遭遇破碎帶的同時(shí)，還伴隨出現(xiàn)一定程度上的孔內(nèi)坍塌問(wèn)題，加進(jìn)鉆桿的難度較大，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)作業(yè)的持續(xù)。針對(duì)該問(wèn)題，所采取的措施為：將鉆具放置于孔底位置，卸掉水龍頭后撈心后加鉆桿鉆進(jìn)，穿離破碎帶，使用水泵完成水泥漿灌注作業(yè)，繼而對(duì)破碎帶孔段進(jìn)行封閉處理，期間需要加入濃度為4.0%的速凝劑，在灌注的同時(shí)，同步上掃鉆具，確保水泥漿全部灌注入鉆孔內(nèi)部。最后，注入劑量為70.0L替漿水。

2）潤(rùn)滑減阻措施

對(duì)于如本文所例舉一類大口徑孔而言，在鉆進(jìn)作業(yè)的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，往往會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大水平的阻力。針對(duì)該問(wèn)題，為保障工作面鉆進(jìn)作業(yè)的可靠與有效，應(yīng)當(dāng)從對(duì)鉆孔孔身結(jié)構(gòu)與鉆具級(jí)配的契合為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，確保鉆具鉆進(jìn)期間始終處于滿眼狀態(tài)。

在對(duì)鉆孔進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)的過(guò)程當(dāng)中，先使用PQ鉆具進(jìn)行作業(yè)，鉆進(jìn)至170.0m位置。嘗試下入4.5mm壁厚無(wú)縫鋼管，同步使用厚度為8.0mm的無(wú)縫鋼管加工中接箍對(duì)鉆具進(jìn)行表面調(diào)至處理。依照此種方式，在套管內(nèi)部形成內(nèi)扶正，從而對(duì)降低鉆桿柱體內(nèi)部與套管內(nèi)壁相互接觸面積而言有確切的效果與價(jià)值，這對(duì)于控制鉆進(jìn)阻力水平而言也有顯著價(jià)值。在鉆孔竣工作業(yè)完成后，通過(guò)對(duì)套管的觀察發(fā)現(xiàn)：套管內(nèi)部接箍位置存在比較嚴(yán)重的磨損問(wèn)題。而對(duì)于同步加工中接箍的無(wú)縫鋼管而言，則較少出現(xiàn)磨損問(wèn)題，證實(shí)內(nèi)扶正對(duì)于鉆進(jìn)期間潤(rùn)滑減阻的顯著價(jià)值。

同時(shí)，在本工程同類大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，還有如下幾個(gè)方面的措施值得借鑒與落實(shí)：第一，大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝實(shí)施期間，相關(guān)泥漿原材需要加強(qiáng)管理，同步對(duì)泥漿性能進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工期間，質(zhì)量性能不符合要求的泥漿，需要及時(shí)調(diào)整或更換，避免在沖洗液作用下，造成惡性循環(huán)問(wèn)題；第二，為提高鉆進(jìn)期間的工作質(zhì)量與效果，可在孔壁上形成薄韌泥皮，達(dá)到降低孔壁巖石結(jié)構(gòu)相對(duì)于鉆桿柱體結(jié)構(gòu)的摩擦阻力，配合對(duì)皂化油的使用，保障鉆進(jìn)工作面潤(rùn)滑性能可靠。

3、結(jié)束語(yǔ)

在針對(duì)如本文一類煤礦復(fù)雜地層大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝的實(shí)施過(guò)程中，除需要注意對(duì)相關(guān)參數(shù)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)，做好在護(hù)孔以及潤(rùn)換減阻方面的措施以外，還需要關(guān)注以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：第一，在打撈巖心的過(guò)程當(dāng)中，需要對(duì)提升速度進(jìn)行嚴(yán)格控制。提鉆過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)先撈出內(nèi)管，然后再提鉆，該措施對(duì)于防止孔壁受活塞效應(yīng)影響而產(chǎn)生損害而言有顯著效果；第二，在工作面下鉆或增設(shè)鉆桿的過(guò)程當(dāng)中，需要堅(jiān)持使用絲扣油，確保鉆進(jìn)工作面機(jī)具潤(rùn)滑效果的安全與可靠；第三，在使用底噴金剛石鉆頭的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)使用與該鉆頭相互配套的卡簧座，達(dá)到保障鉆進(jìn)質(zhì)量的目的?？偟膩?lái)說(shuō)，在針對(duì)礦田復(fù)雜地層工作面進(jìn)行大口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝的過(guò)程當(dāng)中，把握上述工作要點(diǎn)，可確保鉆進(jìn)安全與可靠。

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