某鐵礦深孔鉆探復(fù)雜事故處理技術(shù)研究

王永尚 馮航 何東

摘要：長(zhǎng)期以來(lái)深孔鉆探復(fù)雜事故為鉆探工程造成了極大的挑戰(zhàn)。文章通過(guò)介紹施工概況、地質(zhì)概況，分析事故及其處理方案，對(duì)深孔事故處理安全措施及預(yù)防措施展開(kāi)探討，旨在為鐵礦深孔鉆探復(fù)雜事故預(yù)防與處理技術(shù)研究和應(yīng)用提供一些思路和方法。

關(guān)鍵詞：鐵礦；深孔鉆探；復(fù)雜事故；處理措施

引言

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，淺層鉆探變得越來(lái)越少，鉆探工作不斷轉(zhuǎn)至深孔鉆探等存在復(fù)雜情況的方向。鉆探工作作為一種高風(fēng)險(xiǎn)性隱蔽工程，孔內(nèi)事故在鉆探期間不可避免。在地層復(fù)雜、環(huán)境多變的隱蔽空間，作業(yè)狀況極為惡劣，不論是哪一個(gè)變量轉(zhuǎn)變，均存在可能導(dǎo)致孔內(nèi)事故。再加上，事故通常出現(xiàn)在孔內(nèi)較深位置，無(wú)法展開(kāi)直接觀察，僅可憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷、評(píng)估，況且過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間鉆探行業(yè)一直處于發(fā)展瓶頸階段，在人才、技術(shù)等相關(guān)方面均未做到很好的推陳出新，使得事故一經(jīng)出現(xiàn)總是猝不及防[1]。由此可見(jiàn)，對(duì)鐵礦深孔鉆探復(fù)雜事故處理技術(shù)展開(kāi)研究，有著十分重要的理論指導(dǎo)與現(xiàn)實(shí)意義。

1.施工概況

我公司在某鐵礦鉆探施工中，該礦區(qū)地處四川西昌市。我們?cè)谠摰V區(qū)完成了13916m的鉆探工作量。鉆探施工過(guò)程中多個(gè)鉆孔出現(xiàn)各種程度的事故。以鉆孔ZK4701為例，其屬于這一礦區(qū)中完成的孔深較深，事故多且復(fù)雜，同時(shí)每個(gè)事故均得到滿意處理，且施工臺(tái)效相對(duì)高的一個(gè)典型鉆孔。鉆孔ZK4701，設(shè)計(jì)傾角89°，孔深1300米。鉆孔結(jié)構(gòu)具體為：采用SW單管合金鉆具開(kāi)孔，將SW孔口管下入5m，選用水泥密封；然后采用PQ規(guī)格繩索取芯鉆具鉆到580m并座管，再換HQ鉆進(jìn)到1050米后選取NQ規(guī)格繩索取芯鉆具鉆進(jìn)到1385米后終孔。

2.地質(zhì)概況

本礦區(qū)范圍內(nèi)主要斷層構(gòu)造格局為近東西向斷層及破碎帶，在局部方面伴有北北東向、北北西向斷層。礦區(qū)內(nèi)干墩組地層構(gòu)成向斜褶皺，地層傾角62°～83°。礦區(qū)范圍內(nèi)巖性主要包括凝灰?guī)r、灰?guī)r、石英角斑巖、砂巖以及鈉長(zhǎng)斑巖等，范圍內(nèi)巖脈發(fā)育，包括斜長(zhǎng)花崗斑巖脈、閃長(zhǎng)巖脈、石英斑巖脈、細(xì)晶花崗巖脈以及英安斑巖脈等。鉆孔ZK4701有著較為堅(jiān)硬完備的上部孔段，下部孔段則有著不同破碎層，屬于事故易發(fā)地層，其地層情況，見(jiàn)表1。

3.事故及其處理方案

3.1 鉆桿斷裂事故及其處理方案

深孔鉆探施工期間，鉆桿面臨孔內(nèi)極為繁雜的工作狀況，往往要受到一系列交變載荷，諸如拉、彎、壓、振動(dòng)及剪扭等，且伴隨著沖洗液的沖刷，鉆進(jìn)期間容易產(chǎn)生鉆桿斷裂現(xiàn)象。

鉆桿斷裂事故處理方案。結(jié)合鉆桿斷裂事故實(shí)際情況，下入公錐打撈，距離事故頭一定距離時(shí)緩緩下入，同時(shí)選取自由鉗轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿到不可正轉(zhuǎn)時(shí)，停止下入。后動(dòng)力頭夾持鉆桿緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)吃扣，轉(zhuǎn)動(dòng)一定圈數(shù)，停轉(zhuǎn)出現(xiàn)反車(chē)現(xiàn)象，提鉆，打撈完成。

3.2 鉆具斷裂事故的預(yù)防及其處理方案

（1）鉆桿未得到有利的維護(hù)，出現(xiàn)彎曲情況，絲扣受損或者存在暗傷，偏磨情況嚴(yán)重，作業(yè)期間未展開(kāi)嚴(yán)密的檢測(cè)，沒(méi)有在第一時(shí)間更換，鉆進(jìn)期間遭受過(guò)高的回轉(zhuǎn)阻力，于薄弱部位扭斷。

（2）鉆桿在鉆進(jìn)、提升過(guò)程中，對(duì)應(yīng)壓力、拉力等太高，好比鉆孔彎曲，孔內(nèi)未做清潔處理、急劇提升壓力、鉆進(jìn)期間卡、燒鉆等，造成鉆具回轉(zhuǎn)阻力升高，從而導(dǎo)致鉆具斷裂。

（3）鉆具絲扣配合缺乏合理性，連接松緊度不科學(xué)，絲扣還沒(méi)有正對(duì)便進(jìn)行扭接，使得絲扣變形，作業(yè)初期便受損，導(dǎo)致鉆具脫扣。

改善管材施用質(zhì)量，提升管材維護(hù)管理工作力度。鉆桿使用期間應(yīng)當(dāng)將絲扣油涂于絲扣處，日常工作中應(yīng)當(dāng)避免其遭受損壞，太過(guò)彎曲的鉆具應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間校自，每日工作開(kāi)始，機(jī)長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)跟班對(duì)下入孔內(nèi)鉆具情況展開(kāi)一一檢查。對(duì)作業(yè)規(guī)章流程進(jìn)行嚴(yán)格執(zhí)行，合理調(diào)節(jié)鉆頭壓力，切忌過(guò)度提升鉆壓[4]。作業(yè)期間，應(yīng)當(dāng)保證鉆孔許可的彎曲度，不可選取太過(guò)彎曲、磨損、不同心的鉆具，鉆具每一連接處絲扣應(yīng)當(dāng)攥緊正對(duì)。

鉆具斷裂事故處理方案。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆具斷裂事故展開(kāi)快速分析，首先試著下入打撈器對(duì)內(nèi)管進(jìn)行打撈，后下入公錐將殘留鉆具打撈出。倘若打撈器難以到位，可將打撈器打撈鉤處焊接與一鉆桿接手處，后使這一組合體與鉆桿下端連接，下鉆打撈內(nèi)管。

3.3 卡、燒鉆事故及處理方案

（1）水泵工作失常，送水量不足或者不進(jìn)行送水，縮減了沖洗液對(duì)鉆頭的冷卻功效，巖粉等相關(guān)雜物將蓮蓬頭堵塞，吸水管路存在空氣，又或者泵體、進(jìn)水管、壓蓋及缸套等存在漏氣情況，傳動(dòng)膠帶摩擦不足，排水閥門(mén)沒(méi)有全面開(kāi)啟等未得到第一時(shí)間察覺(jué)，從而引發(fā)燒鉆事故。

（2）作業(yè)期間，鉆頭一經(jīng)下至孔底便加壓開(kāi)展鉆進(jìn)，使得鉆頭水路不通。巖層逐步變軟過(guò)程中，倘若鉆進(jìn)速度不科學(xué)，巖粉便無(wú)法有效地被除去，會(huì)先糊鉆后干鉆，進(jìn)一步引發(fā)燒鉆事故。

（3）燒鉆事故處理。應(yīng)當(dāng)開(kāi)展好水泵修繕保養(yǎng)及沖洗液管理工作，確保水泵有序送水，對(duì)沖洗液中巖粉等相關(guān)雜物進(jìn)行適時(shí)處理，確保沖洗液清潔，對(duì)鉆具磨損狀況進(jìn)行嚴(yán)密檢測(cè)，存在不良情況進(jìn)行迅速更換，有效避免中途跑水，每次下降鉆具要對(duì)孔底巖粉數(shù)量進(jìn)行了解，如果巖粉大于0.3米則需要專(zhuān)門(mén)開(kāi)展撈渣排粉工作，作業(yè)人員需全神貫注，對(duì)一系列儀表顯現(xiàn)數(shù)據(jù)、設(shè)備等進(jìn)行嚴(yán)密觀測(cè)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)異常迅速進(jìn)行提鉆處理[5]。針對(duì)嚴(yán)重的燒鉆事故，需要第一步把上部鉆桿、反上來(lái)后進(jìn)行打磨等手段處理。

（4）卡鉆事故處理。在松軟、易坍塌的地層鉆進(jìn)中，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用密度相對(duì)較大、含砂量低及黏度相對(duì)高的沖洗液沖孔，從而有效確保孔壁穩(wěn)定性。起鉆過(guò)程中，使沖洗液注滿孔內(nèi)，確?？妆诰邆湎鄳?yīng)的液注壓力。鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)鉆具轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理控制，緩解孔壁所受鉆桿的敲擊作用，選取適用的鉆進(jìn)手段、參數(shù)，盡可能快速地穿過(guò)復(fù)雜孔段。要想避免鉆孔縮徑，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用黏度相對(duì)低、含砂量低且失水量不高的優(yōu)質(zhì)沖洗液，確?？妆谂c鉆具相互有充分的環(huán)狀間隙。當(dāng)出現(xiàn)卡鉆事故時(shí)，升降機(jī)起拔不成功，通過(guò)強(qiáng)力沖孔，便能夠解決這一情況。引發(fā)事故后，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)使泥漿循環(huán)，已中斷的循環(huán)應(yīng)盡量使其循環(huán)得以恢復(fù)。孔內(nèi)事故經(jīng)一系列方法處理無(wú)效時(shí)，在地質(zhì)設(shè)計(jì)允許基礎(chǔ)上，可采用人工偏斜的方法處理

4.深孔事故處理安全措施及預(yù)防措施

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，淺層鉆探變得越來(lái)越少，鉆探工作不斷轉(zhuǎn)至深孔鉆探等復(fù)雜情況的方向。鉆探工作作為一類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)性高，且隱蔽性強(qiáng)的工程，孔內(nèi)事故在鉆探期間不可避免。鐵礦深孔鉆探施工在當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的新形勢(shì)下，要與時(shí)俱進(jìn)，大力進(jìn)行改革創(chuàng)新，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷優(yōu)化鐵礦深孔鉆探復(fù)雜事故處理技術(shù)。如何進(jìn)一步強(qiáng)化對(duì)鐵礦深孔鉆探復(fù)雜事故處理及預(yù)防可以按以下相關(guān)措施著手：

4.1 設(shè)備工具安全

（1）事故處理期間對(duì)儀表指示進(jìn)行嚴(yán)密觀測(cè)。鉆機(jī)負(fù)荷不應(yīng)當(dāng)高于其最大承受水平，或者長(zhǎng)時(shí)間高于其最大承受水平，不然的話可能會(huì)對(duì)設(shè)備形成損傷或潛在損傷。

（2）應(yīng)選取質(zhì)量達(dá)標(biāo)的鋼絲繩，使用期間要對(duì)其進(jìn)行全面檢查。受動(dòng)力頭鉆機(jī)僅能夠使用單繩提升，在該礦區(qū)深孔事故處理期間，就檢查到鋼絲繩存在斷絲情況。鋼絲繩斷裂可能會(huì)引起十分嚴(yán)重的后果，不僅會(huì)對(duì)地面人員構(gòu)成人身威脅，還可能使得孔內(nèi)事故變得越來(lái)越復(fù)雜。鑒于此，由22mm代替其中常規(guī)16mm鋼絲繩，且要求當(dāng)班施工人員對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)密關(guān)注，只要存在斷股情形便迅速更換。同時(shí)，新更換鋼絲繩在使用開(kāi)始需要借助緊繩卡，使用期間要嚴(yán)密檢測(cè)，防止深卡在受力時(shí)出現(xiàn)滑脫情況。

（3）深孔鉆探復(fù)雜事故推薦使用新公錐。這是因?yàn)楣F倘若使用次數(shù)較多，其螺紋便會(huì)出現(xiàn)相對(duì)嚴(yán)重的損傷，強(qiáng)力起撥期間倘若脫扣便會(huì)引發(fā)不良后果。所以應(yīng)當(dāng)使用新公錐?，F(xiàn)階段，就錐度轉(zhuǎn)變而言可將公錐劃分成2類(lèi)，一類(lèi)是公錐錐度不存在轉(zhuǎn)變，倘若吃扣太深可能會(huì)使得鉆桿絲扣遭受損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)撐裂鉆桿[6]。一類(lèi)是公錐錐度從有效吃扣位置之上，錐度變小，吃扣期間鉆桿絲扣不會(huì)受到損傷，同時(shí)吃扣過(guò)深也不會(huì)輕易引起鉆桿撐裂。深孔復(fù)雜事故處理應(yīng)當(dāng)選取后一類(lèi)新公錐。

4.2 人員安全

（1）嚴(yán)格制定深孔鉆探施工技術(shù)方案。強(qiáng)化深孔鉆探技術(shù)方案的權(quán)威性、針對(duì)性以及可行性。組織開(kāi)展以技術(shù)人員、機(jī)臺(tái)生產(chǎn)骨干人員為主的深孔技術(shù)研討會(huì)，研究、分析并制定深孔鉆探技術(shù)方案。然后組織實(shí)施。

（2）優(yōu)選施工人員。為鉆探技術(shù)人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，全面凸顯鉆探技術(shù)人員在科研、技術(shù)攻關(guān)工作中的關(guān)鍵作用。將鉆探工作任務(wù)劃分到技術(shù)人員個(gè)人，扶持引導(dǎo)技術(shù)人員自實(shí)情出發(fā)推行技術(shù)攻關(guān)活動(dòng)，對(duì)顯著技術(shù)成果進(jìn)行嘉獎(jiǎng)和表彰。

（3）安全防護(hù)、安全距離。每一位現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員均應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格根據(jù)要求佩戴安全帽，穿戴工作鞋。機(jī)長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)向全員闡述清楚復(fù)雜事故處理期間面臨的相關(guān)危險(xiǎn)源，施工人員在作業(yè)期間一定要提升注意力，防止被機(jī)械、他人造成傷害。同時(shí)，受鐵礦深孔鉆探復(fù)雜事故處理工作繁重、作業(yè)環(huán)境較差等影響，使得施工人員往往要消耗十分大的精力，要想防止疲勞作業(yè)引發(fā)傷害，有必要擴(kuò)增施工人員數(shù)量，降低作業(yè)時(shí)間[7]。倘若孔內(nèi)鉆桿在受力情況下，施工人員一定要與其保持安全的距離，以防止可能引發(fā)的安全事故。

4.3 深孔事故預(yù)防

（1）組建項(xiàng)目管理部。組建包括項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)、機(jī)長(zhǎng)等在內(nèi)的深孔鉆探項(xiàng)目管理部，提高項(xiàng)目部管理能力，有效促進(jìn)管理高效化、精細(xì)化。對(duì)項(xiàng)目管理部人員進(jìn)行明確分工，項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)總責(zé)，技術(shù)負(fù)責(zé)分管技術(shù)相關(guān)工作，機(jī)長(zhǎng)分管日常生產(chǎn)相關(guān)工作。

（2）深化技術(shù)管理。深孔鉆探施工技術(shù)存在極高的風(fēng)險(xiǎn)，因此，開(kāi)展好深孔鉆探技術(shù)管理極為關(guān)鍵。深化深孔鉆探技術(shù)管理可自三個(gè)階段內(nèi)容出發(fā)，第一階段即深孔鉆探前設(shè)計(jì)階段，技術(shù)負(fù)責(zé)不僅要結(jié)合先前制定的技術(shù)方案，組織編寫(xiě)可行、可靠的單孔施工組織設(shè)計(jì)，還要與項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行協(xié)助，開(kāi)展好設(shè)備工具材料準(zhǔn)備工作[8]。第二階段即深孔鉆探實(shí)施階段，技術(shù)負(fù)責(zé)日常開(kāi)展好施工現(xiàn)場(chǎng)巡查檢測(cè)、指導(dǎo)機(jī)臺(tái)施工工作，保證施工有序開(kāi)展。此外，自鉆探施工期間面臨的重點(diǎn)難點(diǎn)出發(fā)，全力組織進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)活動(dòng)，有效提升鉆探施工水平。第三階段即深孔鉆探驗(yàn)收階段，技術(shù)負(fù)責(zé)應(yīng)當(dāng)迅速對(duì)鉆探施工進(jìn)行驗(yàn)收總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)自我提升。

（3）深化生產(chǎn)管理。深化生產(chǎn)管理自機(jī)臺(tái)機(jī)長(zhǎng)出發(fā)，強(qiáng)化深孔鉆探施工各方面思想意識(shí)，包括嚴(yán)格根據(jù)合同施工、嚴(yán)格根據(jù)規(guī)程規(guī)范施工以及嚴(yán)格根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)施工等，并將思想意識(shí)落實(shí)到實(shí)處。開(kāi)展好鉆探設(shè)備工具材料準(zhǔn)備工作，強(qiáng)化對(duì)設(shè)備的維修保養(yǎng)，保證設(shè)備有序運(yùn)行，材料供應(yīng)迅速。切實(shí)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)安全，對(duì)深孔鉆探施工安全隱患開(kāi)展經(jīng)常性識(shí)別、排查，第一時(shí)間實(shí)施預(yù)防、消除對(duì)策，為施工人員營(yíng)造安全的施工環(huán)境。

5.總結(jié)

總而言之，鐵礦深孔鉆探事故處理是一個(gè)極為繁雜的系統(tǒng)工作，深孔鉆探施工存在十分高的成本，一旦報(bào)廢進(jìn)尺便會(huì)導(dǎo)致很大程度的經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)人員務(wù)必要不斷鉆研技術(shù)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，自深孔鉆探施工起始階段便強(qiáng)調(diào)事故防治，施工引發(fā)后應(yīng)當(dāng)對(duì)一系列因素展開(kāi)全面分析權(quán)衡，科學(xué)借助各式各樣先進(jìn)技術(shù)手段、工具，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔鉆探復(fù)雜事故預(yù)防與處理滿意的目的。

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