云南某煤礦勘探繩索取芯鉆進技術(shù)探討

摘 要：從施工設(shè)備、施工工藝、事故預(yù)防等幾個角度對地處川、滇、黔三省邊界某煤礦使用繩索取芯鉆進施工過程中存在的一些問題進行分析探討，希望對同類煤礦有所借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：煤礦勘探；繩索取芯；鉆進工藝

位于川、滇、黔三省邊界的某煤礦，地勢地形復(fù)雜，巖層構(gòu)造復(fù)雜。施工煤層漏失、坍塌較為普遍發(fā)生。煤層是煤炭鉆探的目的層，由于煤炭自身具有疏松、酥脆、微裂隙發(fā)育的特點，坍塌事故發(fā)生很普遍。通過使用比較先進的鉆探機械和使用科學(xué)合理的技術(shù)，解決了地質(zhì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等難題，取芯鉆進取得很大改善。

1 鉆進工藝

1.1 設(shè)備安裝與開孔鉆進

要根據(jù)工作規(guī)范要求自覺執(zhí)行。首先安裝鉆探設(shè)備要注意嚴(yán)絲合縫，確保天輪滑車、立軸以及孔口三點一線。開孔鉆具的選擇第一要直，要同心度好。打孔鉆進的時候應(yīng)該輕壓、慢轉(zhuǎn)、勤提動，鉆具緩慢延長，使鉆具滿眼，達到正常鉆進。鉆孔時根據(jù)不同巖層情況，不斷轉(zhuǎn)換直徑，將套管下入?？仔钡臏y量要在下套管前進行，為了防止歪斜換徑的時候要加以導(dǎo)正。

1.2 鉆頭的選擇

選擇鉆頭唇面形狀的時候要根據(jù)巖層性質(zhì)來選擇。中等硬度的巖層匹配鋸齒鉆頭，這種鉆頭能夠很好地與孔底接觸，鉆頭軸向壓力得提高；在比較堅硬的巖層中，應(yīng)該選用粒狀鉆頭或者是單邊鉆頭，通過增強鉆壓來提高切入深度進而減少崩齒；在松軟的巖層之中應(yīng)該選用圓弧、平底鉆頭，這樣能較好地與孔底相吻合，保持良好穩(wěn)定性。

1.3 選擇鉆進參數(shù)

通常情況下，鉆頭的最開始的壓力是2kN以內(nèi)，正常壓力為7～10kN。堅硬的巖層轉(zhuǎn)速為500～800r/min，破碎巖層中的速度為300～400r/min，淺孔穩(wěn)定巖層可以是1000r/min以上。泥漿泵的泵量通暢控制在45～78L/min之間，泵壓保持在3MPa以內(nèi)。巖層比較完整的時候，在沖洗液潤滑性能允許的情況下可以提高轉(zhuǎn)速，鉆進壓力可以保持在15～20kN之間。

1.4 選擇沖洗液

我們在考慮到本地區(qū)的地質(zhì)條件較為特殊以及繩索取芯鉆進特點的基礎(chǔ)上，無固相沖洗液和低固相防塌泥漿。1號無固相沖洗液配方適用于比較穩(wěn)定的地層中，2號低固相防塌泥漿配方適用于容易發(fā)生坍塌的地層中。

受地質(zhì)條件影響，該區(qū)底層漏失比較嚴(yán)重。漏失鉆孔在350m深度以內(nèi)的時候應(yīng)該運用頂漏鉆進。鉆孔在350m以外深的時候適合運用水泥封孔與樹脂堵漏法。同時，為了節(jié)約成本，因地制宜使用本地一些比如干草、鋸末、棉籽殼等現(xiàn)成材料進行調(diào)制，結(jié)合一些添加劑配成堵漏液，效果比較理想。

2 技術(shù)措施

2.1 打煤的技術(shù)措施

（1）開始施工前要仔細檢查設(shè)備，編錄工作人員認(rèn)真做好記錄，提供參考信息；（2）要預(yù)先配置泥漿，保持孔底清潔，避免坍塌、落塊；（3）嚴(yán)格執(zhí)行五起鉆和六不干；（4）打煤的時候要測量好鉆具，孔深誤差要在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)；（5）為避免打煤變薄或打丟，堅持在內(nèi)管到位后開始掃孔鉆進；（6）打煤的時候要綜合考慮煤層、鉆孔、鉆具等各個因素的特點，然后才能選擇科學(xué)的技術(shù)參數(shù)。

2.2 事故防范措施

繩索取芯鉆進事故預(yù)防措施主要有：（1）施工人員要專心致志，密切注意泵壓表的變化，根據(jù)表上數(shù)值的升高降低采取相應(yīng)的措施，靈活應(yīng)對；（2）水源池里的水要干凈，水龍頭放置在合適位置，并且要經(jīng)常清除雜物和粉塵，以保持水泵較好的吸水性能；（3）鉆頭在離孔底0.5～1m時要開泵送水，不能一下到底，等到循環(huán)通暢后用慢速輕壓掃到底。一定要待內(nèi)管總成到位，正常反水之后，再進行掃孔鉆進。如果孔底出現(xiàn)漏失，要適當(dāng)提高泵量；（4）鉆具絲扣連接處要用絲扣油進行密封，防止由于鉆具泄漏沖洗液而造成燒鉆；（5）如果出現(xiàn)憋泵或堵塞，要趕緊打撈巖芯或提大鉆處理。嚴(yán)禁加大壓力，提高轉(zhuǎn)速。打撈巖芯之后要檢查內(nèi)管總成水路是否順暢；（6）在處理松軟的巖層時，要對時效加以控制，嚴(yán)禁一味加壓追求進度；巖層逐漸變軟的時候，要控制好壓力，嚴(yán)禁過快進尺，避免鉆頭過熱而燒毀；（7）鉆頭的水口深度因磨損而太小的，以及底唇面不平的，嚴(yán)禁使用，防止產(chǎn)生局部燒鉆；（8）當(dāng)發(fā)現(xiàn)燒鉆事故征兆時，應(yīng)以最快的速度頂拉鉆具，不應(yīng)先停車再頂拉；（9）嚴(yán)格檢查鉆頭、擴孔器等工具和設(shè)備的情況，如果出現(xiàn)損壞或者裂縫，缺失零件等要嚴(yán)禁使用；（10）每次施工前要預(yù)先計算好機上的余尺，嚴(yán)禁用鉆具下到孔底來計算深度，避免出現(xiàn)撞、壓、碰掉塊；（11）胎體脫落后，要及時打撈上來，可以使用噴射反循環(huán)撈取或磁力打撈器撈取，也可以在孔內(nèi)鉆一個深度為0.1～0.2m的小孔，再用原孔徑鉆進將碎胎體與巖芯同時取出。如果難以操作可以使用磨孔鉆頭研磨粉碎；（12）如果鉆具有細小的裂縫時，絲扣嚴(yán)重磨損者均不應(yīng)下入孔內(nèi)。已彎曲的鉆桿和內(nèi)、外管總成，要加以校正后才能繼續(xù)使用；（13）鉆進過程中回轉(zhuǎn)阻力過大時，要控制好鉆壓，嚴(yán)禁強行開車；（14）當(dāng)鉆孔超徑或嚴(yán)重超徑時，應(yīng)及時用水泥重新造壁或下套管處理；（15）當(dāng)發(fā)生跑鉆又重新對上的情況時，要停止鉆進，提起來檢查，不能盲目鉆進。

3 項目效果

3.1 鉆孔質(zhì)量

根據(jù)《煤田地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，參與施工的全部鉆機鉆孔質(zhì)量都符合要求，百分百達到了特級標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 煤芯采取質(zhì)量

該礦區(qū)總共發(fā)現(xiàn)有28層煤層，總厚度達到51m左右，煤芯的長度接近48m，采取率平均達到93%，25層的煤芯采取率到達優(yōu)級標(biāo)準(zhǔn)，占總層數(shù)的90%以上。因見斷層巖芯破碎影響煤芯采取，有2個層次的采取率低于30%。

3.3 采取巖芯

根據(jù)實際情況本地區(qū)都是使用繩索取芯鉆進平均巖芯采取率高達96%以上，除了極個別因為巖層破裂導(dǎo)致較低的采取率，其余的鉆孔到達到了特級標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 終孔層位

根據(jù)設(shè)計要求鉆孔終孔層位在穿過開采煤層35m上下的C8煤層停鉆。該地區(qū)有較多的玄武巖、茅口灰?guī)r等不穩(wěn)定巖層，通過鉆孔得到了大體控制，與既定要求全部相符。

3.5 鉆孔的彎曲度

所有鉆孔的孔斜都在控制范圍之內(nèi)，最大斜度為5°，有6個孔的孔斜在3～4°之間，其余鉆孔都是3°以下的孔斜，全部符合鉆孔孔斜的標(biāo)準(zhǔn)。按照50m側(cè)斜間距點對全部鉆孔實施了測斜，對鉆孔底部10m以內(nèi)都進行實測。

3.6 孔深誤差

繩索取芯鉆進具有誤差小很少起鉆的優(yōu)點，通過電測來進行深度對比，根據(jù)相關(guān)管理及技術(shù)要求，保持誤差在0.3m之內(nèi)。孔深驗證要每100m進行一次，并且要根據(jù)規(guī)范實施平差。

3.7 鉆孔的封閉

根據(jù)既定要求封閉15個已經(jīng)完成的鉆孔，要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進行操作，全部達到特級標(biāo)準(zhǔn)。封閉完成后要提交報告。而且要對ZK14孔進行啟封套孔檢查，如果沒有出現(xiàn)空穴現(xiàn)象則說明封孔達標(biāo)。

4 結(jié)束語

不同地區(qū)、不同地質(zhì)繩索取芯鉆進有不同的標(biāo)準(zhǔn)和要求。因而也就具有不同的效果。本次鉆進施工位于云貴川三區(qū)交界處，地形、地勢、巖層機構(gòu)都較為復(fù)雜。施工過程中從工具的選擇、參數(shù)的設(shè)置、施工的技術(shù)掌握、事故預(yù)防措施等諸多方面都要加以考慮，統(tǒng)籌安排，才能達到預(yù)期效果。要最大限度利用金剛石鉆進和繩索取芯的優(yōu)點，最終實現(xiàn)高效鉆進。

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作者簡介：盧永飛（1989，10-），男，2011年6月畢業(yè)于西安科技大學(xué)，資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)任云南煤業(yè)能源股份有限公司五一煤礦技術(shù)副總工程師。