HC-600型便攜式鉆機(jī)在山區(qū)的鉆探施工技術(shù)

陳磊 董昌波

（新疆地礦局第七地質(zhì)大隊(duì) 烏蘇 833000）

1 施工概況

我單位受委托實(shí)施新疆博樂市-精河縣庫松木切克山東段鎢銅金礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目。該工區(qū)內(nèi)地形切割較為強(qiáng)烈，溝谷發(fā)育，局部地段車輛無法通行，交通只能靠畜力運(yùn)輸。工區(qū)屬高中山區(qū)，地勢(shì)南低北高，地形切割強(qiáng)烈，海拔1220-2575.9米，相對(duì)高差一般在350-600米，最高可達(dá)1000米以上。施工區(qū)域地勢(shì)險(xiǎn)峻，修路成本高，搬遷難度極大，普通立軸式鉆機(jī)和動(dòng)力頭鉆機(jī)無法進(jìn)入，駐地距鉆孔位置相對(duì)高差在400米左右，施工用水水源距駐地60公里。項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作量800米，設(shè)計(jì)鉆孔3個(gè)，最深孔深320米。工區(qū)內(nèi)地層主要巖性為砂巖、凝灰?guī)r,巖石平均級(jí)別?。á鳎┘?jí)。我單位采用HC-600型便攜式鉆機(jī)在該工區(qū)施工鉆孔3眼，共計(jì)進(jìn)尺804米，歷時(shí)104天。

2 鉆探工藝

2.1 生產(chǎn)物資供應(yīng)

供水方面，由于鉆孔垂直高差最高400米左右，采用了兩級(jí)泵站，蓄水池容量為50方，供水設(shè)備均采用BW250水泵。一級(jí)至二級(jí)泵站間地勢(shì)相對(duì)平緩，使用挖機(jī)修簡(jiǎn)易路及二級(jí)蓄水池。輸送管道采用雙層鋼絲、耐壓21MPa的高壓膠管，長(zhǎng)度2000米。采用普通塑料管作為回水管路，從鉆機(jī)回至二級(jí)蓄水池，長(zhǎng)度1000米。

物資供應(yīng)方面，使用山區(qū)工作經(jīng)驗(yàn)豐富的搬遷隊(duì)伍，主要工作是供應(yīng)機(jī)臺(tái)日常生產(chǎn)物資，鉆機(jī)及物資材料搬遷等工作。

2.2 鉆探施工技術(shù)

由于鉆孔布設(shè)在陡峭山坡上，鉆孔設(shè)計(jì)并未朝孔位山體方向鉆進(jìn)，有的鉆孔朝著山坡傾向布設(shè)。因此鉆探施工存在著鉆進(jìn)破碎帶過長(zhǎng)，鉆孔嚴(yán)重漏失的情況?，F(xiàn)將各鉆孔鉆探施工情況分述如下：

（1）Zk201鉆孔

修路、物資設(shè)備搬遷、鋪設(shè)供水管線，修筑平臺(tái)，鉆孔共歷時(shí)16天。Zk201孔設(shè)計(jì)300米，孔斜75°，終孔孔深319米。鉆進(jìn)至53米時(shí)，鉆機(jī)開始出現(xiàn)扭矩表達(dá)到800時(shí)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速明顯下降的情況，初步判斷為地層原因，但2個(gè)班后巖心完整而機(jī)器操作臺(tái)蜂鳴聲更加嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速降低到肉眼可以數(shù)出。經(jīng)過技術(shù)人員和液壓系統(tǒng)專家討論后認(rèn)為是鉆機(jī)水泵控制閥損壞造成的。停鉆聯(lián)系購買控制閥總成和液壓馬達(dá)，更換配件后問題解決。

該孔巖層相對(duì)完整，但硬度較大，開孔使用的鉆頭胎體硬度為9-11，進(jìn)尺每班10米左右，效率較低。后更換胎體硬度為 15A鉆頭后班進(jìn)尺達(dá)到 18米左右，在鉆進(jìn)至184米時(shí)機(jī)器扭矩變大，鉆速降低，變徑使用BTW鉆具鉆進(jìn)至終孔。

（2）Zk401孔

Zk401孔設(shè)計(jì)200米，孔斜75°，用時(shí)9天鉆進(jìn)終孔深度185米。

（3）Zk501孔

Zk501孔設(shè)計(jì)300米，施工難度較大，因孔內(nèi)事故報(bào)廢，后挪孔施工成功，用時(shí)45天。該鉆孔人工修筑平臺(tái)，靠山體一側(cè)多基巖，機(jī)臺(tái)三分之二為墊方，因此地錨施工難度極大。地錨施工至 4.6米處巖心破碎，出現(xiàn)卡鉆，停水拔不動(dòng)鉆桿等問題，后在破碎層強(qiáng)行燒地錨，用時(shí)3日將地錨固定，共報(bào)廢多個(gè)鉆頭和鉆具。

該孔設(shè)計(jì)傾角60°，上部2米墊方巖心破碎，鉆頭磨損快，孔內(nèi)坍塌嚴(yán)重，進(jìn)尺困難。于是采用HW套管跟管鉆進(jìn)，NTW鉆具掏取巖心的方法施工，班進(jìn)尺只有3-5米。當(dāng)鉆進(jìn)至10.5米時(shí)，鉆機(jī)扭矩加大，憋車，如強(qiáng)行鉆進(jìn)可能燒壞液壓馬達(dá)，于是將HQ套管固定后換NTW鉆具鉆進(jìn)。在10.5-21米孔段，全孔地層破碎，巖心為細(xì)砂和斷層泥，15-19米處，鉆進(jìn)1.5米，提鉆取芯后，坍塌近1米，巖心提取不上，孔內(nèi)返出來的均為細(xì)砂，反復(fù)鉆進(jìn)至21米時(shí)巖心完整，將HQ套管跟管至該處固定。該段地層施工報(bào)廢多個(gè)鉆頭及。繼續(xù)使用 NTW 鉆具鉆進(jìn)施工至120.36米處時(shí)由于夾持器漏油造成了跑鉆事故，無法打撈出事故鉆具，造成鉆孔報(bào)廢，挪孔施工。

經(jīng)過與地質(zhì)負(fù)責(zé)溝通，將鉆孔設(shè)計(jì)傾角改為75°施工。鉆孔施工至194米，因鉆孔漏失，鉆孔傾角大，出現(xiàn)鉆進(jìn)扭矩過大，轉(zhuǎn)速低，鉆進(jìn)效率下降，鉆機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，如繼續(xù)施工，極易造成鉆機(jī)故障和孔內(nèi)事故，采用BTW鉆具換徑施工至終孔。

3 鉆孔事故及處理

3.1 跑鉆事故

在該工區(qū)發(fā)生多起跑鉆事故，因施工地層完全漏失，跑鉆造成的后果非常嚴(yán)重。使用便攜式鉆機(jī)發(fā)生跑鉆事故主要有以下幾個(gè)原因：一是鉆機(jī)的操縱手把相距很近，液壓手把靈敏，班長(zhǎng)對(duì)鉆機(jī)操作不熟練而造成的誤操作；二是鉆桿單根較短，孔深以后鉆桿數(shù)量眾多，提大鉆時(shí)班長(zhǎng)頻繁操作，同一動(dòng)作機(jī)械反復(fù)，并且速度很快，疲乏走神而造成誤操作；三是由于鉆機(jī)機(jī)械故障造成的跑鉆事故。

其中后果最嚴(yán)重的跑鉆事故發(fā)生在Zk501鉆孔，主要原因?yàn)閵A持器漏油。事故發(fā)生及處理經(jīng)過：當(dāng)班進(jìn)尺 120.36米，由于不進(jìn)尺，班長(zhǎng)提大鉆至 35米，發(fā)現(xiàn)夾持器嚴(yán)重漏油，停機(jī)處理該機(jī)械故障時(shí)并未將鉆桿安全連接，造成跑鉆。下入絲錐錐上鉆桿后提拉不動(dòng)，強(qiáng)力起拔造成了鉆機(jī)底座位移等現(xiàn)象，最后使用大錘砸，來回活動(dòng)提出跑鉆鉆桿。提出后并未發(fā)現(xiàn)鉆具，跑鉆已是二次事故。在提出的鉆桿接手處有兩道長(zhǎng)約4厘米的槽子，原因分析是跑鉆造成鉆桿竄入鉆具內(nèi)鐓在內(nèi)管總成燕尾處造成的。后下入鉆桿對(duì)上事故頭，下入打撈器打撈內(nèi)管，內(nèi)管無法提出。由于地層復(fù)雜，鉆孔傾角大，而且無配套的反絲處理工具，難以處理，鉆孔報(bào)廢重新挪孔施工。

3.2 鉆頭斷裂脫落事故

由于地層破碎，鉆孔傾角過大，掉塊嚴(yán)重，極易造成鉆頭齒掰掉損壞和掉塊磨削鉆頭、鉆具，鉆頭和鉆具斷裂脫落的事故。比較典型的事故發(fā)生在Zk501鉆孔，僅僅在0-21米復(fù)雜破碎地層孔段鉆進(jìn)過程中，發(fā)生了11次鉆頭磨斷掉入孔底事故，在撈取鉆頭牙齒和磨鉆頭時(shí)使用 4-6度高硬度的鉆頭將事故殘骸消滅。

4 便攜式鉆機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)

4.1 鉆機(jī)平臺(tái)修建

在山上修建鉆機(jī)平臺(tái)不僅場(chǎng)地有限，安全風(fēng)險(xiǎn)高，而且人工修建勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此一定要在保障安全的情況下完成平臺(tái)的修建。主要做到以下工作：清理山上容易滾落的石塊；鉆臺(tái)平面要盡最大可能增加基巖地基面積，墊方采用尼龍袋子裝小顆粒碎石料錯(cuò)落層疊堆垛結(jié)實(shí)牢固；鉆機(jī)平臺(tái)修建注意對(duì)最下面兩根枕木的距離要求在 60-80厘米之間，確保為打地錨留出足夠空間；鉆機(jī)平臺(tái)挨近枕木處需要細(xì)土填埋，以確保鉆機(jī)在加壓等極端情況下減小枕木的位移；鉆場(chǎng)平臺(tái)附近需修建鉆桿、燃料存放平臺(tái)。

4.2 鉆機(jī)操作使用經(jīng)驗(yàn)

（1）便攜式鉆機(jī)對(duì)班長(zhǎng)的責(zé)任心和操作水平要求高，在操作時(shí)必須時(shí)刻觀察鉆機(jī)各儀表的狀態(tài)，鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，孔內(nèi)情況。鉆進(jìn)時(shí)禁止班長(zhǎng)以外人員在操作手柄處活動(dòng)，防止誤碰發(fā)生事故。

（2）由于礦區(qū)地層裂隙較大漏失嚴(yán)重，堵漏成本高，施工采用頂漏鉆進(jìn)，需加大聚丙烯酰胺用量，鉆桿涂抹鉆桿油潤(rùn)滑。

（3）鉆壓表（背壓表）顯示的是動(dòng)力頭油缸壓力并不是鉆壓，表數(shù)值越大，油缸對(duì)機(jī)頭的下壓力越小。在硬巖地層鉆進(jìn)時(shí)，如遇進(jìn)尺緩慢，可采取如下兩種方法：

一是高鉆壓低轉(zhuǎn)速方法鉆進(jìn)，主要是讓鉆壓表的數(shù)值降低，方式是逐漸加快油缸液壓油回流，也就是慢慢松開微調(diào)閥，使機(jī)頭鉆進(jìn)速度逐漸加快。這種方式是一種大刀闊斧式的開刃方式，能簡(jiǎn)單粗暴地迅速使鉆頭開刃，但也存在用力過猛打斷鉆頭牙的風(fēng)險(xiǎn)。

二是采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓和少供水的方法鉆進(jìn)，邊輕微燒鉆邊勻速鉆進(jìn)，這種方法能最大限度利用鉆頭，并且沒有斷齒的風(fēng)險(xiǎn)。

5 HC-600便攜式鉆機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1 鉆機(jī)優(yōu)點(diǎn)

（1）模塊化設(shè)計(jì)，單個(gè)重量不超過130公斤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于運(yùn)輸，安裝；

（2）全液壓設(shè)計(jì)，故障率低，按要求注意保養(yǎng)基本不會(huì)出現(xiàn)大的問題，維修上相對(duì)簡(jiǎn)單，容易維修；

（3）采用薄壁鉆桿鉆具，巖心采取率高，鉆進(jìn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)鉆探手段；

（4）不需上塔操作，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，增加操作的安全系數(shù)；

（5）在山區(qū)地形切割大的環(huán)境施工或在林區(qū)施工，不需要修建臨時(shí)運(yùn)輸?shù)缆罚鉀Q平整機(jī)臺(tái)時(shí)土石方的大量開挖或砍伐較多林木，減少對(duì)植被和環(huán)境的破壞，降低對(duì)鉆探臨時(shí)租用土地的賠償金額。

5.2 鉆機(jī)缺點(diǎn)

（1）鉆機(jī)用水量大，泥漿不能循環(huán)利用，在復(fù)雜地層使用時(shí)泥漿成本較高，另外在水源較遠(yuǎn)及缺水工區(qū)適用性較差。

（2）在鉆機(jī)操作中，由于鉆桿較短，液壓手把靈敏，在頻繁操作下容易產(chǎn)生誤操作，并引發(fā)事故。

（3）相對(duì)常規(guī)鉆機(jī)，鉆機(jī)配件價(jià)格高，因此施工成本較高。

（4）常規(guī)巖心直徑施工鉆深能力有限，對(duì)巖心直徑和深度有要求的勘察工區(qū)并不適合。

6 結(jié)語

在生產(chǎn)施工中，HC-600型便攜式鉆機(jī)雖然搬遷運(yùn)輸方便，破壞環(huán)境小，鉆探效率高，但是對(duì)施工環(huán)境的要求也非常高。一是對(duì)水源地的要求，要求水源供應(yīng)充足方便；二是對(duì)施工地層的要求，要求施工地層相對(duì)良好。在生產(chǎn)成本方面，進(jìn)口鉆機(jī)配件、耗材和鉆具鉆頭價(jià)格貴，建議可以使用國(guó)產(chǎn)替代，降低生產(chǎn)成本。