張 娜

（山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，山東 濟(jì)寧 272000）

由于最近幾年我國對(duì)地質(zhì)勘探工作的持續(xù)性投入，礦產(chǎn)勘查工作水平逐漸得到有效提升，范圍也在逐漸外擴(kuò)[1]。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地表揭露礦和淺部礦的數(shù)量越來越少，但社會(huì)對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量卻逐年增加，因而目前已發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量早已不能滿足我國國民經(jīng)濟(jì)迅速增長(zhǎng)的現(xiàn)實(shí)需求。深部找礦（指的是500m～2000m）就顯得越發(fā)重要起來，發(fā)展為以后地質(zhì)尋礦的重點(diǎn)方向。深部找礦需要深孔鉆進(jìn)技術(shù)的從旁輔助，在鉆探施工過程中，時(shí)常會(huì)遭遇大量的施工技術(shù)難題。本文試在分析深部找礦鉆探施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 深部找礦鉆探工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

1.1 破碎坍塌地帶和蝕變帶的取芯

在破碎帶和蝕變帶取芯上，存在取芯難度較大，采取率較低，很難完全滿足礦山地質(zhì)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)[2]。其次在破碎坍塌地帶上表現(xiàn)為鉆進(jìn)難度較高，破碎嚴(yán)重，存在明顯擴(kuò)徑，造成孔內(nèi)時(shí)常發(fā)生事故問題；常常發(fā)生埋鉆、卡鉆等故障，一旦發(fā)生埋鉆、卡鉆等孔內(nèi)事故問題，鉆具不是提取不上來，就是在孔內(nèi)殘留部分鉆具，造成半截孔。比如，山西省某縣某礦區(qū)，地質(zhì)設(shè)計(jì)要求上規(guī)定孔深為530m，主要有2臺(tái)鉆機(jī)在礦區(qū)內(nèi)作業(yè)。一臺(tái)施工至190m處，遭遇較大斷裂層破碎帶，出現(xiàn)卡鉆事故，無法繼續(xù)施工下去；另一臺(tái)從開孔施工開始，地層內(nèi)部巖石均比較破碎，至280m處突遇斷裂層破碎帶，導(dǎo)致上方大面積破碎，發(fā)生卡鉆事故，停工處理一個(gè)多月，也沒有處理好，最后孔內(nèi)殘留15m長(zhǎng)鉆具，對(duì)后續(xù)施工也會(huì)產(chǎn)生一系列的問題，且如此狀況之下兩個(gè)鉆孔均無法達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的600m孔深，因而也就無法為地質(zhì)找礦提供有效的信息數(shù)據(jù)。

1.2 安全鉆井液密度闕值的確定

確定安全鉆井液密度闕值的主要作用就是不會(huì)引發(fā)大規(guī)模的井下故障，同時(shí)還可以確保井眼鉆井液密度的實(shí)際擴(kuò)散范圍。按照已知的地層三壓力分布，聯(lián)系壓力限制規(guī)律，確定安全鉆井液密度的上下界限。其數(shù)學(xué)公式表示為。

上述數(shù)學(xué)公式中，Sb表示井下抽取壓力的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，單位g/cm3；Sg表示井下壓強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，單位g/cm3；Δp 表示鉆井下部濃液的一般密度值，單位g/cm3；Sf表示井下斷裂壓力的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)，單位g/cm3；Sc表示循環(huán)損耗的一般系數(shù)，單位g/cm3；Sk表示井噴量，單位g/cm3；Pk表示壓差卡鉆的標(biāo)準(zhǔn)闕值，單位MPa；Pp表示裂隙內(nèi)部壓強(qiáng)梯度，單位g/cm3；Pc`min表示礦井塌陷得到下限值，單位g/cm3；Pc`max表示礦井塌陷的上限值，單位g/cm3；Pf表示斷裂帶的壓強(qiáng)梯度，單位g/cm3；h代表井深，單位m。在安全鉆井液密度上下闕值的界定過程之中，在已知各個(gè)深度的地層壓力分布狀況的基礎(chǔ)下，設(shè)計(jì)系數(shù)可能夠按照礦山實(shí)際地質(zhì)條件和操作經(jīng)驗(yàn)求得確定值。

1.3 鉆井工程風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的計(jì)算

按照已經(jīng)求得的安全鉆井液密度上下闕值以及分布情況，我們能夠?qū)︺@井工程中的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性以一種數(shù)學(xué)的方式表現(xiàn)出來，利用風(fēng)險(xiǎn)值的大小來評(píng)判風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的基本概率。常見的鉆探工程施工過程中，井下事故的力學(xué)經(jīng)驗(yàn)機(jī)理研究證明，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)是基于鉆井液密度和地層壓力雙重結(jié)合的非線性二次函數(shù)。如果某種井下事關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)的區(qū)間自變量組成的區(qū)間向量設(shè)為，那么其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)用數(shù)學(xué)公式表示為：

利用區(qū)間定義的數(shù)學(xué)運(yùn)算規(guī)律，能夠獲取井下事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)函數(shù)的闕值范圍內(nèi)的特征參數(shù)：均值mct和偏差mrt，即：

那么相應(yīng)的井下事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)用數(shù)學(xué)公式表示為：

上述公式中，xi代表井下事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)概率；t代表井下事故風(fēng)險(xiǎn)的類型；m表示風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)；R 表示井下壓強(qiáng)值；表示礦下的安全區(qū)域。

2 實(shí)驗(yàn)與效果分析

為了更加直觀具體地的看出本文設(shè)計(jì)的深部找礦鉆探工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的實(shí)際應(yīng)用效果，特與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)效果進(jìn)行比較。

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在保證其他實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，將兩種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法置于相同的試驗(yàn)環(huán)境之中，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)效率的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)過程中，通過兩種不同的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法同時(shí)在相環(huán)境中進(jìn)行工作，分析其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能力的變化。實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比圖如下所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比可以看出，本文提出的深部找礦鉆探工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法在對(duì)井下故障發(fā)生幾率上的判別上具有明顯優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)正確率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。

3 結(jié)語

本文對(duì)深部找礦鉆探工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行分析，依托深部找礦工作機(jī)制，根據(jù)鉆探工程施工過程中遇到的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)本文研究。實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的方法具有較高的有效性。希望本文的研究能夠?yàn)樯畈空业V鉆探方法對(duì)的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。