礦山鉆探施工中的孔內(nèi)事故處理方式研究

王生軍

（青海省第一地質(zhì)勘查院，青海 海東 810600）

青海省第一地質(zhì)勘查院鉆探隊伍在近些年的地質(zhì)找礦巖心鉆探施工過程中，發(fā)生了多次孔內(nèi)埋鉆事故。事故發(fā)生的原因是鉆探區(qū)域的地層巖性較為復(fù)雜，底層破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致鉆探施工項目無法正常鉆進，嚴(yán)重地影響了正常的施工進度。這樣一來，不僅會嚴(yán)重拖延工期，還會導(dǎo)致礦山鉆探成本的增加。以往人們在處理鉆孔內(nèi)事故時，常常會采用全面鉆進的方式，只要全面推進，將地層巖心的所有破碎帶清除，就能輕松解決礦山鉆探施工過程中的各種問題[1]。但是這樣的方式很容易導(dǎo)致鉆探方向的偏移，進而發(fā)生圓孔軸心不按原定方向鉆進的問題，使鉆孔傾斜，從而產(chǎn)生礦山鉆探過程中的孔內(nèi)事故，影響鉆孔質(zhì)量，使鉆孔在礦山鉆探工程中無法產(chǎn)生應(yīng)有的效果，浪費大量的人力、財力，并影響到施工的正常。因此，本文基于本次事故，對礦山鉆探施工中的孔內(nèi)事故處理方式進行研究。

1 礦區(qū)事故概況

本次的事故發(fā)生礦區(qū)位于大柴旦北西約75km，屬青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦行政委員會大柴旦鎮(zhèn)管轄。孔內(nèi)事故出現(xiàn)地層為斑點狀碳質(zhì)絹云千枚巖區(qū)域，該地層巖心破碎程度高，遇水即成為泥巴狀，取芯難度大，因泵壓過高從而導(dǎo)致巖心采取率達不到地質(zhì)鉆探指標(biāo)，而泵壓太小又會造成孔內(nèi)巖粉清理不干凈，很容易導(dǎo)致孔內(nèi)事故的發(fā)生。本次礦區(qū)鉆探工程鉆進至541.4m處就出現(xiàn)了巖粉埋鉆事故，此時地質(zhì)目的已達到，施工鉆孔按終孔處理，但孔內(nèi)全部鉆桿被埋住無法起拔。為降低損失，工作人員采用水力割刀器作為切割工具，將下入鉆桿連接水力割刀器，并從鉆具擴孔器上部將鉆桿切割。為了在礦區(qū)事故發(fā)生時減少損失，本文對礦山鉆探施工中孔內(nèi)事故處理方式進行深入研究。

2 礦山鉆探施工中的埋鉆事故

2.1 斷層帶事故

在礦山鉆探過程中，遇到張性構(gòu)造的斷層帶或斷層群是十分普遍的現(xiàn)象，這類斷層的鉆進十分困難，因為斷層帶中的充填物通常都是處于最原始的狀態(tài)，一般只存在角礫巖，由這類物質(zhì)混合堆積而成[2]。當(dāng)這些充填物的外表顯示為泥沙狀態(tài)時，其緊密性一般非常差，但是當(dāng)充填物中除泥沙外還有一些鈣類物質(zhì)時，其堅固性就會有一定程度的提高。而且斷層中的填充物體積和形狀的分布十分不均衡，其最原始的狀態(tài)就是相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此當(dāng)斷層受到施工鉆探的作用力影響時，填充物就會被人為灌注的高壓水沖洗排除，而其中的角礫巖則會因為失去了鈣類物質(zhì)的支撐而變成松散如泥沙狀的堆積體。而當(dāng)斷層帶的緊密度相對較高時，鉆頭的作用力會導(dǎo)致巖石直接被切削成任意結(jié)構(gòu)，其所能形成的鉆頭刃部在撥動填充物時，會直接在短距離內(nèi)推動鉆具向前行動[3]。但是在這樣的情況下，礦山鉆探設(shè)備的鉆具會直接造成填充物的卡鉆現(xiàn)象。因此張性構(gòu)造斷層帶之所以會發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，其根本原因就是礦山鉆探時所選擇的礦區(qū)內(nèi)部，地層構(gòu)造帶的介質(zhì)強度過高。礦山地下的張性構(gòu)造斷層帶填充物造成的卡鉆現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 張性構(gòu)造斷層帶中填充物卡鉆現(xiàn)象示意圖

2.2 孔內(nèi)坍塌引發(fā)的埋鉆事故

在礦山鉆探工程中，會導(dǎo)致埋鉆事故發(fā)生的因素有很多，但是最主要原因就是礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、礦區(qū)成礦條件、礦物富存條件以及礦區(qū)開采的鉆進工藝條件等。對于孔內(nèi)坍塌而言，可以將礦區(qū)鉆探施工過程中的孔內(nèi)坍塌劃分為3種形式，即前置式坍塌、后置式坍塌以及聯(lián)合式坍塌[5]。本次事故主要的產(chǎn)生原因是前置式坍塌，一般情況下，前置式坍塌的埋鉆情況如圖2所示。

圖2 前置式坍塌埋鉆情況示意圖

在礦山鉆探過程中，如上文所述，對于填充物的沖擊力一般通過鉆頭切削或水力沖擊來完成，當(dāng)?shù)叵聵?gòu)造帶的填充物含有鈣類物質(zhì)較多時，填充物一般較硬，此時的鉆頭應(yīng)以切削工具為主，水力作用為輔；當(dāng)?shù)叵聵?gòu)造帶的填充物含有鈣類物質(zhì)較少時，填充物一般較軟或較為松散，此時的水力沖擊就成為了主要作用力，切削作用成為輔助力量。發(fā)生這類事件之后，用于沖擊的高壓水流會直接對填充物形成極為鋒利的水力切割作用，導(dǎo)致鉆頭前端的填充物坍塌[6]。而坍塌的空間總量一般與礦山構(gòu)造帶填充物坍塌的渣量、水壓、水量成比例。當(dāng)水壓變大，高壓水流的水力切割作用也會相應(yīng)變大，從而導(dǎo)致坍塌空間變大，泥沙填充物中的渣量變多；當(dāng)水量變大時，高壓水流導(dǎo)致的水力沖擊效果就會越好，其排除泥沙填充物時的時間也會相應(yīng)減少。

3 水力割刀器在埋鉆事故中的實際應(yīng)用

3.1 水力割刀器的選型

孔內(nèi)坍塌引發(fā)的埋鉆事故處理中常用的割管工具為水力割刀器，由無錫中鉆地質(zhì)裝備有限公司生產(chǎn)，該公司生產(chǎn)割刀器有四種型號，按切割管子外徑分為B-56mm、N-70-73mm、（為本文使用割刀器的型號）、H-89mm 和 P-114mm。在孔內(nèi)出現(xiàn)事故而又無法處理的情況下，需要取出孔內(nèi)的鉆桿或套管時，可以使用水力割刀器處理。具體使用方法如下：①先測試割刀器。在放入孔內(nèi)前，垂直將割刀器按工作狀態(tài)放在地上，將榔頭手柄放入割刀器上部孔內(nèi)，向下按壓，可以看到兩把割刀伸出來，按到底就是工作狀態(tài)。放開時，兩把割刀會收回（不一定全部縮回，是正?，F(xiàn)象）；②在割刀收攏的情況下，將電工膠帶繞割刀器兩圈，將割刀繞在內(nèi)。割刀選用小規(guī)格的鉆桿，下部通過變絲連接割刀器，緩緩的將割刀器放到需要切割的深度。開始使用最低擋每分鐘100~200轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)；并開啟給水（水壓為淺孔2MPa，深孔4MPa）使割刀器的兩把割刀張開，均勻的在鋼管內(nèi)壁切削，切割完成后，可以看到水泵的壓力馬上減小；③水壓減小后，割刀自動收回，然后提起鉆桿及割刀器，鉆桿切割過程完畢。

3.2 水力割刀使用前的測試

水力割刀器未投入使用前，要先檢查刀體，保證水力割刀器的各部件與刀頭完好無損，在細長桿的輔助下可以對埋孔進行施壓，水力割刀器的刀頭快速張開，不施加壓力情況下，刀頭可以快速收回。水力割刀器下入鉆孔內(nèi)前，檢查機上鉆桿與水力割刀的連接情況，緩開泥漿泵，控制好泥漿泵泵量。使用水力割刀作業(yè)中，割刀轉(zhuǎn)動不是在持續(xù)平穩(wěn)情況下運行，施加液壓力要進行緩慢調(diào)整，割刀工作泵壓維持在1MPa~3MPa這一范圍內(nèi)，當(dāng)泵壓較低時，刀頭無法全部張開，在較高的泵壓下，水力割刀的刀頭易損壞，經(jīng)過試驗測試，在工作泵壓為2.5MPa時，水力割刀刀頭張開時切割直徑可滿足切割HQ鉆桿要求。

3.3 水力割刀器應(yīng)用效果

在礦山鉆孔作業(yè)中減少鉆桿晃動，水力割刀可持續(xù)穩(wěn)定工作，鉆桿預(yù)留足夠空間，確保刀頭正常退刀。埋鉆事故處理中，孔號為19QLTZK206，埋鉆孔深541.4m，傾角50°，方位247°。將經(jīng)過測試后的水力割刀與繩索取心鉆桿相連接，下入537m的NQ鉆桿，預(yù)留合適的機上余尺，鎖死上下卡盤，將上下卡盤將至最低，避免水力割刀切割時動力頭出現(xiàn)向下位移。

鉆進時先回轉(zhuǎn)動力頭，確保水力割刀在計劃區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)動，切割作業(yè)中轉(zhuǎn)數(shù)保持恒定狀態(tài)。水力割刀下至埋鉆事故處切割，切割60min，成功割斷埋鉆鉆桿，刀頭時刻處在回轉(zhuǎn)狀態(tài)，迅速調(diào)整鉆進轉(zhuǎn)速，使之能夠完成切割作業(yè)。

4 結(jié)束語

綜上所述，礦山鉆探施工過程中，鉆具、鉆桿及套管遇卡鉆是發(fā)生最頻繁、耗費時間最長、損失最大的孔內(nèi)事故之一。為了避免孔內(nèi)事故發(fā)生，或者在孔內(nèi)事故發(fā)生時做到最佳處理，防止更大的人員及財產(chǎn)損失，就需要在礦山鉆探施工開始前研究好該地區(qū)的基巖地層，了解清除該地區(qū)地層的復(fù)雜程度，并根據(jù)各地礦山內(nèi)部巖性不同、地層的破碎程度不同，確定礦山地質(zhì)鉆孔結(jié)構(gòu)。實踐證明，水力割刀結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、性能可靠、可準(zhǔn)確控制切割位置，對埋孔事故處理是一種比較先進的工具。