煤田地質(zhì)勘探中的沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝

【摘要】本文主要闡述了煤田地質(zhì)勘探中沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的鉆具轉(zhuǎn)速、鉆壓、泵量與泵壓、凈化沖洗液等技術(shù)工藝技術(shù)問題。

【關(guān)鍵詞】煤田地質(zhì)；勘探；沖擊回轉(zhuǎn)；鉆進(jìn)工藝

1、鉆具轉(zhuǎn)速

進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆具回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的高低，一般按所鉆巖石的性質(zhì)、所用磨料的種類以及沖擊器沖擊功的大小和沖擊頻率的高低等因素進(jìn)行確定。

以塊柱狀硬質(zhì)合金為磨料的鉆頭，鉆進(jìn)硬巖層或鉆進(jìn)強(qiáng)研磨性巖層時(shí)，由于破碎巖石的主導(dǎo)作用是沖擊載荷，所以鉆具的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在20-80./min之間。鉆的巖石越硬，其鉆具的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速就越低。

實(shí)踐表明，若鉆具的轉(zhuǎn)速過高，不僅會(huì)使沖擊間距大，降低破碎巖石效果和崩壞硬質(zhì)合金；還隨著鉆頭圓周速度的提高，硬質(zhì)合金與巖石進(jìn)行摩擦的里程增加，也會(huì)迅速磨損切削具，其結(jié)果會(huì)大幅降低回次進(jìn)尺長度。要提高鉆具的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速通常要在80-300r/min之間。按鉆探生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鉆具轉(zhuǎn)速的選取可參閱表1。

選擇鉆具轉(zhuǎn)速除要巖石性質(zhì)外，還應(yīng)考慮沖擊器的性能狀況。沖擊器的沖擊功較大時(shí)，要適當(dāng)?shù)奶岣咩@具轉(zhuǎn)速；反之，要降低鉆具的轉(zhuǎn)速。同樣，沖擊器的沖擊頻率較高時(shí)，鉆具的轉(zhuǎn)速也要適當(dāng)增加；反之，應(yīng)適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。

沖擊頻率高時(shí)要提高鉆具的轉(zhuǎn)速，而沖擊頻率低時(shí)要降低轉(zhuǎn)速呢？可從以下情況看出它們之間的關(guān)系。

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭上的每一顆硬質(zhì)合金由于同時(shí)受回轉(zhuǎn)的作用在完成第一次沖擊破碎巖石后，便移動(dòng)一段距離，進(jìn)行第二次沖擊破碎巖石。硬質(zhì)合金兩次沖擊之間的距離為沖擊間距（S）。

計(jì)算可知，沖擊間距（S）的大小是與沖擊頻率的高低和鉆具回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的快慢有著密切關(guān)系的。

巖石越硬，其抗破碎阻力越大，越容易崩刃和磨損硬質(zhì)合金；所以沖擊間距（S）應(yīng)該小一些。鉆進(jìn)硬巖層時(shí)，應(yīng)該采用較低的轉(zhuǎn)速。

各種巖石都有它的最優(yōu)沖擊間距值，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般可鉆性為6-7級的巖石，S=10～15mm，可鉆性為7-8級的巖石，S=8-10mm，可鉆性為9-10級的巖石，S=5～8mm。

進(jìn)行針狀硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，鉆具的轉(zhuǎn)速不應(yīng)低于200r/min，一般為200-300r/min。

進(jìn)行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，為了充分發(fā)揮金剛石磨削破碎巖石的作用，以提高鉆進(jìn)效率，鉆具的轉(zhuǎn)速應(yīng)在600r/min以上。

2、鉆壓

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆頭上施加的軸向壓力有兩個(gè)方面的作用。一是在巖石中導(dǎo)致一定的預(yù)加應(yīng)力以及回轉(zhuǎn)時(shí)切入巖石，以提高破碎巖石的效果；二是克服沖擊器工作時(shí)出現(xiàn)的反彈力，以減少?zèng)_擊能量的傳遞損失。

鉆進(jìn)較軟巖石，由于巖石的抗破碎強(qiáng)度較低，基本上是以回轉(zhuǎn)剪切作用為主進(jìn)行破碎巖石。為充分發(fā)揮回轉(zhuǎn)切削巖石的作用，要采用較大的軸向壓力?？煽刂圃?00N左右。

鉆進(jìn)較硬巖石時(shí)，由于巖石的抗破碎強(qiáng)度較高，是以沖擊載荷的作用進(jìn)行破碎巖石。因此，所采用的軸向壓力要小一些?？煽刂圃?000-6000N范圍之間。

若所施加軸向壓力過大，不僅能導(dǎo)致硬質(zhì)合金過早磨損，還可能出現(xiàn)崩刃或崩脫，造成鉆進(jìn)效率降低；而壓力也不可太小，過小的壓力不能克服沖擊器所出現(xiàn)的反彈力，要降低沖擊能量的傳遞效率，也會(huì)降低鉆進(jìn)效率。

選擇軸向壓力時(shí)既要注意瞬間的鉆速，還要注意整個(gè)鉆進(jìn)過程中的平均小時(shí)效率。

3、泵量與泵壓

由于沖擊器是以高壓液流為動(dòng)力，推動(dòng)沖錘進(jìn)行工作；因此，沖洗液不僅是為冷卻鉆頭和沖洗巖粉，而且對沖擊器的工作性能也有決定性影響。它直接影響沖擊頻率的高低和沖擊功的大小，即隨著泵量的增加，沖擊頻率及沖擊功也相應(yīng)得到增加。

只要地層允許（沖洗液上返流速不大于所鉆地層的要求），水泵工作性能正常，就要盡可能滿足沖擊器工作時(shí)的水量。還要加大一部分泵量，以補(bǔ)充管路各接口處的泄漏損失。

從目前常用的沖擊器結(jié)構(gòu)及口徑兩個(gè)方面因素來看，正作用沖擊器及雙作用閥式?jīng)_擊器通常所需要的泵量為1.34-2.5L/s，雙作用射流式?jīng)_擊器一般需要的泵量約為3.34L/s。

從目前所用的沖擊器結(jié)構(gòu)來看，正作用沖擊器和雙作用閥式?jīng)_擊器，需要泵壓在1.47-2.45MPa。雙作用射流式?jīng)_擊器，需要泵壓在2.45-3.92MPa。同時(shí)要隨著鉆孔的延深，管路沿程損失的增加，要相應(yīng)增加水泵的壓力（一般每百米需增加0.294MPa泵壓）。

4、凈化沖洗液

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)所用的沖洗液，要按地層情況進(jìn)行選擇。鉆進(jìn)完整或比較完整地層時(shí)，可用清水鉆進(jìn)；鉆進(jìn)復(fù)雜地層時(shí)，為保護(hù)孔壁、減少?zèng)_洗液的漏失以及增加排粉能力，要用分散性泥漿、不分散性低固相泥漿或無固相沖洗液為沖洗液進(jìn)行鉆進(jìn)。進(jìn)行金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)用潤滑沖洗液進(jìn)行鉆進(jìn)。

不管使用哪種沖洗液，為避免大顆粒巖粉及其他雜物堵塞沖擊器的水路或卡塞沖擊骼的運(yùn)動(dòng)部件，導(dǎo)致工作失靈，為延長沖擊器的使用壽命，進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，特別是加強(qiáng)沖洗液的管理和凈化處理工作。常用的凈化沖洗液方法主要有地面循環(huán)系統(tǒng)重力沉降法、過濾法和水力旋流除砂法。

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