李寶根 葉光明

關(guān)于危礦深孔巖心鉆探工藝技術(shù)的應(yīng)用研究

李寶根 葉光明

（贛東北地質(zhì)隊(duì)）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求日趨強(qiáng)烈，而礦產(chǎn)資源急缺以成了限制經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。因此，加強(qiáng)地質(zhì)勘探是保證我國礦產(chǎn)資源供給的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)建設(shè)任務(wù)。在礦產(chǎn)的勘探工作中，鉆探是一項(xiàng)重要的技術(shù)，同時(shí)也是獲得地下巖層樣本實(shí)物的唯一技術(shù)手段，隨著鉆探深度的不斷深入，對鉆探的技術(shù)設(shè)備與工藝技術(shù)便有了更高的要求。由此，本文通過對在鉆探裝置技術(shù)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)存問題為切入點(diǎn)，淺要分析關(guān)于危礦深孔巖心鉆探工藝技術(shù)的應(yīng)用與研究。

危礦深孔；巖心鉆探；鉆探裝置；工藝技術(shù)

前言

隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的持續(xù)增長，近年來對礦產(chǎn)的開采量逐年增多，地表礦、淺部礦日益減少，重要資源的可采儲(chǔ)量也隨之下降。與此同時(shí)，礦業(yè)開采技術(shù)的進(jìn)步與礦產(chǎn)品價(jià)格的不斷增長使得固體礦產(chǎn)勘探力度與開采深度越來越大，深孔也就越來越多。同時(shí)，我國面臨資源枯竭的礦山比例高達(dá)40%，直接影響著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，需要在有資源潛力和市場需求的大礦山周邊或內(nèi)部開展勘探工作以延長礦山服務(wù)年限，在危機(jī)礦山與巖心鉆探的實(shí)施過程中，深孔巖心鉆探技術(shù)有了較大的進(jìn)步，工藝水平逐漸提高。

1 深孔巖心鉆探技術(shù)概述與深孔巖心鉆探裝備的要求

1.1 深孔巖心鉆探技術(shù)

與普通的巖心鉆探相比，深孔巖心鉆探深度、直徑大、工程消耗時(shí)間長、成本高、屬于一種難度較高的鉆探工程。因此，必須高度重視深孔巖心鉆探的作業(yè)問題，在保證生命財(cái)產(chǎn)安全的前提下不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、積極投身到相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)中去，爭取在深孔巖心鉆探領(lǐng)域取得新的突破。

深孔巖心鉆探受地層應(yīng)力、低層孔隙壓力、地層坍塌壓力等因素的綜合影響，容易導(dǎo)致安全事故，需要掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石成分等條件，結(jié)合眾多因素進(jìn)行考慮，再對鉆探工藝進(jìn)行探討，比較不同工藝見的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇在保證安全的第一前提下礦產(chǎn)量最高的方案實(shí)施，以避免深層鉆探過程中出現(xiàn)各種危及生命財(cái)產(chǎn)安全的隱患與事故。

1.2 深孔巖心鉆探裝備的要求

根據(jù)鉆孔深度標(biāo)準(zhǔn)化的分級(jí)，深孔是1000～3000m，超過3000m上限的是特深孔，1000～2000m的深恐巖心鉆探技術(shù)仍處于發(fā)展階段。

隨著鉆探深度的加深，需要增加鉆桿的長度與自重，使得重量和長度在空間拓展到一定會(huì)模式發(fā)生質(zhì)變。由此，根據(jù)中淺孔、深孔的不同特點(diǎn)，對鉆探設(shè)備、鉆探工藝、成本以及操作等有著不同需求。

1.2.1 深孔鉆探的能力

若想要提高深恐鉆探的能力，需要從鉆桿自重、鉆深孔引起的鉆桿和孔壁摩擦力等對鉆深能力有影響的方面入手，效果更明顯的是中淺孔，鉆探裝置高壓泥漿泵與主機(jī)具備高傳動(dòng)與動(dòng)力機(jī)功率，因此，鉆桿鉆具自重應(yīng)通過剛度與硬度的調(diào)節(jié)來決定，同時(shí)改變鉆桿接頭的強(qiáng)度與組合形式。

1.2.2 鉆探工作效率

鉆孔深度與機(jī)臺(tái)運(yùn)行費(fèi)用成正比關(guān)系，也就是說，鉆孔深度越深，機(jī)臺(tái)運(yùn)行的費(fèi)用也就越高。其中中淺孔鉆探更注重鉆探效率。鉆探深度與鉆數(shù)逐漸增加時(shí)，鉆桿立、單根等對作業(yè)起到輔助作用的作業(yè)次數(shù)與時(shí)長也會(huì)增加，由于深孔鉆探作業(yè)條件復(fù)雜，地層與孔內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，在增加作業(yè)難度的同時(shí)使故障發(fā)生率與處理難度上升，使得鉆孔的處理效率和設(shè)備故障的處理水平逐漸成為鉆孔效率評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 適用范圍

一般在深孔與中淺孔的巖心鉆探中，深孔鉆探都結(jié)合多級(jí)孔進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓鉆探設(shè)備的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)獲得更大的轉(zhuǎn)速和扭矩，并能滿足對轉(zhuǎn)速要求較高以及大扭矩鉆孔等高水平技術(shù)要求。這便需要深孔鉆探技術(shù)根據(jù)不同的礦產(chǎn)品開采時(shí)的轉(zhuǎn)速、扭矩要求的不同進(jìn)行不同的調(diào)整，即應(yīng)針對具備應(yīng)用適應(yīng)性。

2 危礦深孔巖心鉆探工藝技術(shù)的應(yīng)用研究

應(yīng)針對礦區(qū)地層特點(diǎn)，選擇合適的工藝方法對保證安全生產(chǎn)、高效作業(yè)施工十分重要，鉆進(jìn)工藝方法包括鉆進(jìn)方法、鉆柱或鉆具結(jié)合、鉆頭、鉆進(jìn)參數(shù)等等。同時(shí)還要根據(jù)低層復(fù)雜情況的特點(diǎn)，采取多種工藝組合進(jìn)行施工，這樣可以較大幅度的提高鉆進(jìn)效率和成孔概率。

2.1 巖心鉆探技術(shù)應(yīng)用

與國外的深孔巖心鉆探裝備技術(shù)有些不同，國外全液壓動(dòng)力頭深孔巖心鉆探技術(shù)設(shè)備，我國正逐步應(yīng)用全液壓鉆探技術(shù)，但立軸式巖心鉆探技術(shù)的適用范圍依然廣泛，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在深孔巖心鉆探裝備研制與全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)開發(fā)；立軸式放大鉆進(jìn)功能進(jìn)而推動(dòng)深度立軸式深孔巖心鉆探裝備這兩個(gè)方面。

全液壓動(dòng)力鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)速的五級(jí)調(diào)控，在大行程的鉆探工作中能保持良好的穩(wěn)定性，在作業(yè)期間也可以有效、穩(wěn)定的控制其規(guī)模參數(shù)，操作簡便并能滿足施工作業(yè)時(shí)較高的精度要求。由此可見，全液壓動(dòng)力鉆機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢非常明顯，在我國經(jīng)濟(jì)水平與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，工業(yè)實(shí)力也不斷增強(qiáng)，深孔巖心鉆探應(yīng)用范圍越來越廣。

2.2 深孔常規(guī)金剛石鉆進(jìn)方法的應(yīng)用分析

一般來講，沉積巖、煤礦地層的鉆探孔內(nèi)施工的施工效率低而事故率卻很高的不良發(fā)展趨勢，應(yīng)對綜合研究即挖地層的地層地址結(jié)構(gòu)、鉆探施工裝備與技術(shù)，采用先進(jìn)的鉆探技術(shù)設(shè)備，完善鉆具之間的組合撞衫，在先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上減少孔徑數(shù)目，提高鉆孔結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，將護(hù)壁堵漏技術(shù)措施落實(shí)到位，加大優(yōu)質(zhì)泥漿沖洗液的推廣力度并宣傳其實(shí)用性與技術(shù)上的可靠性，可以有效的減少孔內(nèi)事故的發(fā)生，保障安全生產(chǎn)。

在施工過程中要確保鉆工的施工安全、減少孔內(nèi)事故率需要具備合理的套管程序，然而，在現(xiàn)實(shí)的實(shí)際施工作業(yè)中，人們往往存在僥幸心理，對某些設(shè)備的套管技術(shù)設(shè)計(jì)不合理、甚至無法保障鉆柱安全的套管不去落實(shí)解決，僥幸心理作祟，然而這樣的套管程序問題經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致孔內(nèi)事故的發(fā)生；還存在鉆探施工預(yù)算較低，浪費(fèi)了鉆探工作量并造成了孔內(nèi)事故的復(fù)雜化。

在危機(jī)礦山的勘探中宣傳擴(kuò)散擴(kuò)大無巖心鉆進(jìn)比重。在對地質(zhì)、礦產(chǎn)、鉆井設(shè)備及技術(shù)等相關(guān)因素進(jìn)行綜合考量后，盡可能減少穿礦口徑發(fā)生，可以有效的降低鉆探施工的成本并降低孔內(nèi)事故發(fā)生率。在深孔地層的鉆探施工中應(yīng)采取硬度較高的鉆桿以應(yīng)對地下復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可選用鋁合金鉆桿，能有效的增加固有鉆探設(shè)備的鉆探能力，還能減少設(shè)備運(yùn)行工作時(shí)的能源消耗，并大大的降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從某種意義上來講。應(yīng)用鋁合金鉆桿可以有效的增加鉆臺(tái)的工作效率，節(jié)約了能源，還可以充分的發(fā)揮人力物力，達(dá)到資源利用的最大化。

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)有的鉆探設(shè)備與技術(shù)，結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際情況，對施工技術(shù)進(jìn)行綜合分析研究。由此，我國的危機(jī)礦山的“就礦找礦”技術(shù)也在不斷地探索中獲得了技術(shù)性突破，建立在原有的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)上，能大大縮短礦產(chǎn)資源基地平臺(tái)建設(shè)的工程周期，并收獲大量資源，但危機(jī)礦山的開采還存在著技術(shù)上的難題，需要繼續(xù)研發(fā)和應(yīng)用。進(jìn)而幫助我國資源朝可持續(xù)發(fā)展的方向邁進(jìn)，走科學(xué)的和平發(fā)展道路，落伍的礦業(yè)體制必須遵從于市場經(jīng)濟(jì)體制，從根本上進(jìn)行改革，逐步與國際礦業(yè)體制接軌，最后實(shí)現(xiàn)礦業(yè)的安全生產(chǎn)，減少“危機(jī)礦山”的產(chǎn)生。

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A

1004-7344（2016）27-0189-02

2016-9-8