彭萬利

（河北省地礦局第三地質大隊，河北張家口075000）

煤田鉆探若干技術問題探討

彭萬利*

（河北省地礦局第三地質大隊，河北張家口075000）

在現(xiàn)有地質鉆探裝備和技術的基礎上，論述了煤田地質鉆探設備配套、液動錘鉆探技術的應用、空氣鉆探工藝的應用、鉆井液配制等問題，以期提高煤田地質鉆探的質量和效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

煤田鉆探；設備配套；液動錘鉆探；空氣鉆探；鉆井液

近十多年來，隨著我國科學技術的發(fā)展和經(jīng)濟實力的增強，煤田地質鉆探技術也有了長足的發(fā)展和較大的提高，主要表現(xiàn)為繩索取芯鉆探技術和繩索取芯液動錘鉆探技術的應用日瑧成熟。在這一階段內深孔鉆探使用的新型鉆機、繩索取芯鉆桿、繩索取芯液動錘及其他附屬機具研制成功并得以應用，從而提高了深孔鉆探效率、質量和經(jīng)濟效益。為進一步實現(xiàn)安全、優(yōu)質、高效地完成復雜地層條件下的煤田鉆探工程，促進煤田鉆探技術水平的提高，借鑒已有的技術和經(jīng)驗，特提出如下一些建議供同行參考。

1　設備配套

為在中深孔、深孔內實施繩索取芯鉆探工藝，目前施工單位使用的鉆機為液壓立軸式或液壓動力頭式鉆機。使用液壓立軸式鉆機時動力機有2種：一是柴油機（鉆機和泥漿泵均由柴油機驅動），二是電動機（鉆機、泥漿泵和繩索取芯絞車等均由同一臺發(fā)電機組供電）。液壓動力頭式鉆機多由一臺柴油機為液壓泵組提供動力。在鉆探施工中，當停止鉆進而用絞車提下內管總成時，此時動力消耗是比較小的，而用一臺遠超過其需要的較大功率柴油機或柴油發(fā)電機組為其提供動力，顯然會造成較多的浪費。因為柴油的消耗量是影響鉆探成本的主要因素之一，從節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本、減少廢氣排放的要求考慮，可對鉆探施工的動力機械做出更為合理的配套安排。

（1）使用液壓立軸式鉆機時，鉆機的動力機為柴油機，泥漿泵、繩索取芯絞車及其他機械的動力機為電動機，配備一臺發(fā)電機組為其供電。這樣，在停止鉆進而用絞車提下內管總成時，可將鉆機上的柴油機關停，只有發(fā)電機組運轉，提下內管、鉆井液攪拌和清潔等工序照常進行；在停止鉆進而提下鉆時，可將發(fā)電機組關停，只有鉆機上的柴油機運轉。此種配套方式不足之處是鉆機操作者要近距離承受柴油機的噪聲。

（2）使用液壓動力頭式鉆機時，鉆機的動力機為柴油機，泥漿泵、繩索取芯絞車、泥漿攪拌機、除砂器和離心除泥機由電動機驅動，配備一臺發(fā)電機組為其供電。鉆探現(xiàn)場的發(fā)電機組也是電焊機、電動工具和夜間照明的電源。

（3）施工深孔時配備較高的鉆塔為好，可以減少提下鉆時間（同時減少柴油的消耗），減輕工人的勞動強度（尤其是使用液壓動力頭式鉆機施工傾斜鉆孔時），有利于處理孔內事故。但在吊車不能通達的地方，須由人工建拆鉆塔，現(xiàn)常用的塔高為23～24m四角鉆塔層間距稍大，塔角單節(jié)較重，對建塔人員的身高和體力有一定的要求，當缺少符合要求的人員時，建塔會成為不易解決的問題，因此建議探礦機械生產(chǎn)單位設計制造層間距較小且能提下21m長立根的鉆塔。

（4）SYZX96/75繩索取芯液動錘在鉆進深孔時亦可使用，按常用鉆具配備于各機臺。

（5）為順利實施繩索取芯液動錘鉆進，須配備泥漿清潔器（由除砂器和振動篩構成）和離心除泥機，使用固控設備，及時對鉆井液除砂除泥，可減少施工時費漿排放，降低鉆探施工用水量，減輕對環(huán)境的污染。

（6）煤田鉆探現(xiàn)多為中深孔和深孔，由取芯直徑要求和地層的復雜程度決定了鉆桿應以使用?89mm、?91mm和?71mm規(guī)格的為主。為實現(xiàn)較大的鉆深，要求鉆桿能承受較大的扭矩和拉力；為減輕鉆機的負荷和動力消耗，要求鉆桿有較小的質量。為滿足此要求，可使用不同鉆深能力的?89mm和?91mm鉆桿組成的鉆桿柱。對鉆桿的結構提出如下要求：將鉆桿桿體兩端鐓粗并做調質處理，?89mmí5mm鉆桿鐓粗部位的內外徑分別為78mm和92mm，?91mm×5.5/5.8mm鉆桿鐓粗部位的內外徑分別為78mm和93mm；?71mm× 5mm鉆桿鐓粗部分的內徑為58mm，外徑分別為72mm 和73mm，每根鉆桿上部配母接頭，在鉆桿下部鐓粗部位加工與母接頭相連的公扣（不配公接頭），母接頭外表面鍍硬鉻，以增加其使用壽命并降低回轉時的阻力。

2　液動錘鉆探技術的應用

鉆探施工實踐表明，無論是實施單動雙管液動錘鉆進，還是實施繩索取芯液動錘鉆進［1］，在提高純鉆進小時效率和巖芯采取率、增加回次進尺長度、減輕鉆孔彎曲程度等方面取得了顯著的效果。為進一步發(fā)揮液動錘鉆進的優(yōu)越性，提高煤田地質鉆探的技術水平，在已有應用的基礎上可擴大其應用面。

（1）覆蓋層內鉆進卵礫石層時，鉆進速度低，鉆孔易偏斜，作為一種提高鉆進時效并降低鉆孔彎曲程度的一項措施，可采用?91mm繩索取芯鉆桿+YS-89 或MTK-91液動錘+?108mm或?127mm巖芯管+ ?113mm或?133mm單管金剛石鉆頭組成的鉆具，實施液動錘鉆進。

（2）在返水鉆孔內使用N口徑繩索取芯液動錘鉆具時，為降低鉆井液上返時形成的背壓，可使用接頭外徑不同的?71mm繩索取芯鉆桿組成的鉆桿柱，將接頭外徑為72mm的鉆桿置于下部，將接頭外徑為73mm的鉆桿置于上部并讓其處于?89mm套管內。

（3）以往，粉狀煤層內取芯鉆進時多采用取煤器并限制回次進尺的方法，作為保障煤心采取率的一項措施，可采用配有半合管［2］、隔水底噴鉆頭和攔卡簧［3-4］的繩索取芯液動錘鉆具。

（4）在基巖內的嚴重漏失地層及采空區(qū)內鉆進時，配用具有干孔（無水位鉆孔）放送內管總成功能的打撈器，實施繩索取芯液動錘鉆探工藝，可在低轉速條件下提高鉆速，同時可解決常規(guī)繩索取芯鉆進無泵壓顯示的問題。

3　空氣鉆探工藝的應用

在嚴重漏失地層及采空區(qū)內除了采用鉆井液頂漏鉆進外，當供水難度大、待水時間長或水價較高時，可采用氣動潛孔錘單動雙管鉆探工藝。實施此鉆探工藝時，使用由?91mm繩索取芯鉆桿+90型氣動沖擊器（其外徑為80mm）+?89mm/?73mm單動雙管+普通雙管金剛石鉆頭組成的鉆具，選用壁厚為6mm的45MnMoB材質的巖芯外管，巖芯內管長度不小于4.5m。選用供氣量為7～8m3/min、供氣壓力為4MPa的空氣壓縮機，其產(chǎn)生的壓縮空氣量可滿足沖擊器做功、冷卻鉆頭及排除孔底巖粉的要求。為減輕氣流對較軟或破碎巖芯的沖蝕、提高巖芯采取率，需使用底噴式金剛石鉆頭并配用相應的卡簧座。鉆進時在壓縮空氣內壓入不大于10L/min的皂化油水溶液，以潤滑沖擊器內部的活動件和巖芯，提高巖芯采取率，降低壓縮空氣的溫度，提高水接頭內密封圈的使用壽命。在嚴重漏失地層內實施空氣鉆探工藝時，孔口無上返物，鉆進時需從鉆桿外向孔內輸入潤滑溶液，以降低鉆桿接頭與孔壁之間的摩擦系數(shù)并避免接頭因摩擦產(chǎn)生過高的溫度。

4　鉆井液的配制

（1）為順利實施繩索取芯鉆探及液動錘鉆探工藝，宜配制使用無固相鉆井液［3，5］。對鉆井液的性能要求是同鉆進地層相適應的粘度、密度、盡可能低的濾失量及較好的流變性能。選用的鉆井液配制材料應為易溶于水、多功能、價格適中，在常用添加劑中選擇PAC141（復合離子型聚丙烯酸鹽）、植物膠、磺化瀝青作為鉆井液的主要配制材料。PAC141具有降低濾失量和增粘作用，還能調節(jié)流型、改進鉆井液的剪切稀釋性能，抗鹽可達到飽和［7］。植物膠能提高鉆井液的粘度、降低鉆井液的濾失量，能有效抑制鉆井液中的水向地層滲透，潤滑減阻作用明顯，也能改進鉆井液的剪切稀釋性能［8］?；腔癁r青在鉆井液中可阻止頁巖顆粒的水化分散，同時又能封堵孔壁中的孔隙，并可覆蓋在孔壁表面，還能降低濾失量、起到潤滑減阻作用［7］。

（2）在砂巖、石灰?guī)r等遇水不坍塌的巖層內鉆進時使用的無固相鉆井液用淡水和PAC141配制，控制鉆井液的粘度在16～18s之間。當孔內鉆井液不漏失或漏失量少時，在鉆井液內加入皂化油，當孔內鉆井液嚴重漏失時，可不加皂化油。

（3）在完整的泥頁巖內鉆進時使用的無固相鉆井液用淡水、PAC141和植物膠配制，控制鉆井液的粘度在19～21s之間。

（4）在斷層破碎帶、煤層和覆蓋層內鉆進時使用的無固相鉆井液用淡水、PAC141、植物膠和磺化瀝青配制，控制鉆井液的粘度在25～28s之間。

（5）在涌水及瓦斯突出孔段內鉆進時使用加入重晶石粉的低固相泥漿，粘度＞35s、濾失量＜10mL/30min、密度＞1.25kg/L；若提高鉆井液的密度不能解決問題時，在鉆井液中加入PAC141，在較高密度的基礎上逐步提高鉆井液的粘度，以抑制涌水及瓦斯突出［2，6］。

5　結語

今后煤田地質鉆探將以施工1000m上下深度的鉆孔為主，煤田地質鉆探工作者多研究在不同地質條件下充分應用已有的技術和工藝，裝備設計制造者不斷改進鉆探機具，可促使煤田地質鉆探技術水平再上一個臺階，達到更高的質量、效率目標，取得經(jīng)濟效益最大化。

［1］趙華.SYZX系列繩索取心液動錘在新余梅山煤礦易斜深孔防斜鉆進中的應用［J］.探礦工程（巖土鉆鑿工程），2011，38（9）：27-29.

［2］祁新堂，賈永祥.河南省郟縣姚莊煤礦普查鉆探施工措施［J］.探礦工程（巖土鉆鑿工程），2010，37（8）：32-34.

［3］賈長城.山西昔陽白羊嶺煤礦煤層氣勘探取心技術［J］.探礦工程（巖土鉆鑿工程），2009，36（4）：25-28.

［4］王有東.繩索取心鉆進技術在煤田勘探超深孔施工中的應用［J］.中國煤田地質，2009，21（4）：67-69，72.

［5］羅冠平.LG植物膠無固相沖洗液在富煤二礦906號孔的應用［J］.探礦工程（巖土鉆鑿工程），2011，38（2）：19-22.

［6］孫孝剛，王聰，代敏兵，等.高瓦斯涌水超厚煤系復雜地層的鉆進施工［J］.探礦工程（巖土鉆鑿工程），2014，41（10）：45-49.

［7］胡郁樂，張紹和.鉆探事故預防與處理知識問答［M］.長沙：中南大學出版社，2010：174-180.

［8］趙燕美.LG植物膠性能的室內研究［J］.中國化工貿(mào)易，2013 （1）.

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A

1004-5716（2016）07-0043-03

2015-07-02

彭萬利（1963-），男（漢族），河北懷來人，高級工程師，現(xiàn)從事地質巖芯鉆探技術工作。