煤矿深孔钻探技术问题及机具选择要点

赵 勇

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)

煤矿深孔钻探技术问题及机具选择要点

赵 勇

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)

介绍了煤矿深孔钻探存在的技术问题，从泥浆泵、钻机、岩心打捞系统、钻杆钻具四方面对机具选择要点进行了分析，有助于提高施工效果，降低孔内事故的发生，对推动找矿工作的稳步发展至关重要。

煤矿，泥浆泵，钻探技术，钻机

在当前的煤矿地质勘探行业当中，工作重点愈发趋向于向更深层次的未勘探地区开展地质勘察作业。基于此，也就使得深孔钻探技术的重要性上升到了前所未有的高度，同时相应的工作任务量也明显增加。随着任务量的扩大，要先确保取得良好的钻探成效，不但需要相关的钻探人员能够具备良好的专业技术水平，同时也需开展好对机具的合理化选择，从而确保勘探作业的安全性，以及促进找矿工作的高效性。据此，下文将重点就煤矿深孔钻探技术问题及机具选择要点展开深入的探究工作。

1 煤矿深孔钻探存在的技术问题

1.1 设备问题

在煤矿深孔钻探过程中所较常出现设备问题主要来自于三个方面的内容，即：泥浆泵、钻机、岩心打捞系统三个方面，现就这三方面所导致的设备问题具体阐述如下：

1)泥浆泵。

每台机器在早期所配置的泥浆大都均为BW200，BW250/50以及BW320等三类，但是受制于煤系地层所存在的巨大复杂性，在钻探到煤系的中间位置之时，设备市场会出现泥浆上返情况明显减弱，排粉能力变差，煤矿深孔之中的阻力急剧增大，极易将水体阻塞，一般情况下会造成转速升高受限，严重者甚至会导致钻进难以正常进行。

2)钻机。

XY-44型号钻机设备因为能力较差，在孔深达到700 m后转速便无法再升高，仅可达到250 r/min左右，对于金刚石的钻井效果还难以有效发挥，提升能力也有待提升。而全液压动力头钻机设备的问题主要是在处理事故问题的过程当中需要多次下钻辅助，且耗时较长，在经实地测绘后表明，在孔深度为800 m的动力头钻机内，每次拉两根6 m，便将会导致下次钻具所耗费时间大致在1.3台班，而促使钻杆被放置于地面之上，则会导致劳动强度加剧。相对比来说，采取立轴钻机每一次提升钻具的耗损仅为0.8台班，和动力头钻机相比较来说能够大大降低时间耗费，并且钻杆一般会顺着塔杆放置，可大大降低劳动强度。

3)岩心打捞系统。

此系统内有可能会产生问题情况的部分主要包括：a.所采用打捞钢绳的直径、重量、型号；b.绳索绞车卷筒容量、排绳方式等；c.打捞系统有着较高的灵活性与稳定性；d.若是由于操作失误等原因也将会与深孔绳索取芯钻进事故存在密切的相关性。在进入到煤系以后全部的施工设备均出现了各种各样的断绳情况，通常在对内管提拉的第一时间较易出现打捞钢绳断裂情况，尤其是在深孔钻探当中，更是促使各类事故的发生类型与时间受到了极大的不利影响。

1.2 护孔问题

最初在泥浆配方当中不同处理剂加量以及机台操作十分随意，大多都为依据技术要求予以配加，泥浆性能也并没有依据意识的测定结果来予以相应的调整，从而导致泥浆护壁效果无法得到充分的发挥，同时再加上地层结构的高度复杂性，导致煤系底层孔壁出现了大量的坍塌现象，使得扭矩大幅度升高，这也在某种程度上致使钻进施工效率受到了不利影响。

1.3 钻具问题

对于钻具的选取是否科学、合理，将是决定煤矿勘探工作能够达到预期目标最为关键的一项因素。在上钻初，矿区所选择配给各个厂家的S75绳索钻杆及钻具，在经由实践钻探验证显示，于常规地标系列中的丝扣由于厚度较小且长度偏短，难以承受较大的压力负重，常常会因为钻具和钻杆影响而折断，若是断头处在煤系地层当中时，便将进一步加剧事故处理的难度。尤其是在前期施工过程中更易发生钻杆折断、滑扣、钻具折断等事故问题。

2 机具选择要点

2.1 泥浆泵选择要点

冲洗液是保障钻孔能够得以通畅的关键所在，为实现对岩粉的有效去除，尽可能确保孔底部位的清洁性，在这一类型的地层和钻孔当中开展施工作业工作便应当尽可能的选取BW300亦或是BW320泵其性能较为适宜，由于泵处在高速档位之时应用时间往往较短，因此应更多的考虑采用中低速档位。另一方面在泥浆配置之时，对于处理剂的添加应严格依据事先所明确出的配方比予以添加，要确保泥浆性能和指标采取测试仪器进行现场实际测试，无法满足于规定要求的要当场予以调节，严禁违规操作。

2.2 钻机选择要点

煤矿深孔钻探设备有着高度的复杂性，与其他矿种相对比而言难度较大，经过大量的实践验证表明，在选型之时应当为钻机多留置出一定的能力空间，具体可对深度在千米内的钻孔采取XY-5型号钻机设备(如图1所示)，而针对超过千米深度的钻孔则至少应采取XY-6或以上型号的钻机设备。全液压动力头钻机尽管有着较为优越的性能，然而在应对具体事故问题的处置方面操作难度极大，起下钻的辅助时间也相对偏少，并非最优选机型设备，在有其他选择的情况下尽可能不予以采用。

2.3 岩心打捞系统

打捞钢绳事故在煤矿深孔钻探的开展初期人们并未对此予以高度的关注，仅认为是一般性的常规事故情况，然而随着工程进度的不断深入，多次发生打捞钢绳事故，特别是在深孔煤系地层之中，每提起一次钻具，孔壁的稳定性便变差一些。因而，就整体打捞系统工作性能来看，其水平程度将会与每一次的内管打捞结果有着直接性的关联，对此必须要做好以下几方面的工作内容：

1)合理选取钢绳型号：应采用双捻多股线接触型镀锌钢绳较为适宜，此类钢绳性能较佳，若直径同等与接触型相对比来说其抗拉强度明显更大；对于钢绳直径的选取应当相较于平常深孔选用的要大1.25 mm左右。要由正规生产厂家购入，确保质量合格。

2)确保系统灵活：对打捞器安全销采取加粗处理，最大程度的保障系统应具备良好的拉力性能；在每一次投放入内管之前均应核查弹卡收张是否依旧灵活，要确保弹卡管上下活动良好。

3)规范操作流程：将自动排绳机构予以妥善安装，促使钢绳能够在排绕之时保持严密同时逐层予以排列，不出现背股绕损形变；在下放进入打捞器的过程中应保持速度适当，不宜速度过快，以免造成钢绳在钻杆当中由于浮力影响而出现搅拌缠绕；绞车卷筒当中的卷绳量应符合于所卷绳长度同时还要多出1 cm的空间大小，以防止钢绳绕卷时外溢跳脱而损坏钢绳。

4)若钢绳遭受严重损伤影响便应及时采取处理措施，通常未受损钢绳要想将之拉断是十分困难的，在观察到钢绳断丝超出一捻股丝数量亦或是因其他因素受损严重之时，便应采取适当的处理方式或是直接予以更换。

5)上述内容在一些深度较大的复杂钻孔施工作业过程中也应当引起有关施工人员的高度关注。

2.4 钻杆钻具选择要点

在所开展的深孔钻探作业过程当中，最为关键的内容便是选取出性能合格的钻杆与钻具。有研究表明在矿区内所较常应用到的三种钻杆极易出现折断及滑扣等故障，而结合实际情况来看，出现故障问题的大都是老地标系列，不论新旧程度均不应将之应用于深孔煤矿的钻探作业过程中。在就针对许多的工程实例展开研究后证实，老地标系列之所以容易发生故障问题，主要是因为丝扣过于薄弱，同时其连接又相对偏短，往往不足35 mm，强度偏低是造成其出现折弯的主要原因所在。而除老地标以外的两种钻杆、钻具等则鲜有出现这一故障情况。但内外平全加厚钻杆则是采用钻杆料直接车丝后所生产出来的，丝扣长度较长，但在还未经过调质处理之时，其耐磨性往往较差，且在出现故障后无法及时更换，还要运回重新进行车扣处理，从而导致维修工作将面临着诸多的困难性，并且钻杆柱的重量也更大，不宜应用在深孔钻探施工中。接头经镦厚约为1.5 mm，丝扣提高5 mm的S75钻杆系列，其各个部位之间的连接强度相对偏大，由此也将会促使设备的使用寿命得以延长，所新购入的1 200 m钻杆施工安全性较好，应当作为深孔煤矿钻探施工的首选设备。

3 结语

随着目前在找矿方面的工作愈发深入，向更深层次且未经勘探的地区寻找矿脉现已成为地质勘察工作的新重点，并且在深孔钻探方面的工作量也将愈发庞大。要提高找矿的成功率，不仅需要具备过硬的技术水平，合理的机具选择同样重要，其将会对提高施工效果，降低孔内事故的发生，对推动找矿工作的稳步发展至关重要。

[1] 王一东.煤矿地质钻探中关键问题的探究[J].能源与节能,2014(11)：32.

[2] 覃江省.复杂地层深孔钻探泥浆护壁技术分析[J].大科技,2016(13)：46.

[3] 李春生.煤炭地质钻探中关键问题的探讨[J].科技创新与生产力,2016(9)：71.

[4] 张小红.煤田地质超深井钻探技术研究[J].城市建设理论研究,2015(14)：21.

[5] 米合江,汤 涛,常军伟.新疆孔喀依萨依工区ZK4孔钻探技术总结[A].第二届探矿工程学术论坛论文集[C].2012.

The coal mines deep hole drilling technology problems and tools selection key points

Zhao Yong

(ShanxiCoalGeologyandHydrologyExplorationInstitute,Taiyuan030006,China)

This paper introduced the existing technology problems in coal mine deep drilling rig, from the mud pump, drilling machine, core salvage system, drill rod and drill tools four aspects analyzed the tools selection key points, helpful to improve the construction effect, reduced the occurrence of drilling accident, essential to promote the steady development of prospecting work.

coal mine, mud pump, drilling technology, drilling rig

1009-6825(2017)20-0090-03

2017-04-20

赵 勇(1986- )，男，助理工程师

P634

A