淺談煤下鋁快速鉆探成孔施工及事故預防措施

劉磊 張金來 張長春

河南省有色金屬地質礦產局

引言

煤下鋁，是由煤與鋁的賦存地層決定的,在河南西部，煤主要賦存于二疊系，鋁賦存于石炭系。因此，在河南特別是豫西地區，煤礦下有鋁，并且煤下鋁品質優、潛力大的情況較為普遍。目前河南開采的淺表鋁土礦，基本處于300米以內，其自然延伸的深部鋁土礦，我們既未查明更未開采。深部是可以找到大型乃至特大型鋁土礦床的，這就是河南進行煤下鋁整裝勘查的理論依據。

1 鉆孔終孔直徑的選擇

根據不同礦種的地質設計要求，采用根據國家標準制訂的繩索取心金剛石巖心鉆探鉆具系列標準的口徑終孔，一般不小于75mm。

1.1 巖礦心采取率

1）巖礦心采取率的計算公式：

2）按礦種確定最低采取率標準。一般分層采取率須達到65%。不取心或半取芯層位單獨計算。

3）礦層、標志層及其上下盤(3m-5m）依不同礦種確定其采取率標準，一般平均采取率須達到80%。在厚度較大的含礦層中，以每進尺5m-10m計算平均采取率。

4）經證實的空洞、裂隙層段不計采取率。

1.2 巖礦心管理與保管應遵循DZ/T0032-1992第二章和DT/T0087規定。

1）要將巖礦心清洗干凈，依孔深順序擺好，斷口面應互相銜接吻合，嚴禁顛倒混亂，嚴禁弄虛作假；破碎或粉狀巖礦必須按巖礦心橫斷面積的等值面積擺放，不準任意拉長。

2）巖心箱應符合要求，并注明礦區、孔號、箱號、機號和孔深起止范圍、巖心編號起止范圍。

3）巖礦心按順序用紅漆編號，編寫格式為塊數回次號，字跡清晰，能長期保存。填好巖心隔板（巖心箱）；巖心牌放置位置的分隔板上，用色漆涂上記號。遇有殘留巖心須在相鄰回次中調整時，須征得地質人員同意。

針對巖層特點，依據巖石硬度、研磨性、完整程度和孔壁穩定性，結合口徑、鉆孔深度選擇鉆頭和相應的鉆探方法。

2 鉆探設備選擇和安裝

2.1 根據鉆孔地質條件、孔深、開孔頂角、鉆進方法、鉆孔結構、護孔方法和施工條件（水、電源及交通），合理選擇鉆探設備。淺孔、中深孔、施工常用鉆探設備：

鉆機型號：CS1000P6、XY-3、XY-4、XY-44、XY-5

泥漿泵型號：YBW-250、BW-250

鉆塔型號：12～18米四腳塔或A字塔

煤下鋁鉆進應用YB235-70及GB3423-82標準，即φ150、130、110、96、76五種口徑。用泥漿時，普通雙管和繩索取心鉆具也可配用超徑鉆頭，其外徑分別為78mm、97mm。鉆具的級配系列，φ96mm以細的級配，按國家標準GB3423—82的規定，保持與金剛石鉆具的互換性；φ110以粗的級配，仍沿用YB235-70標準，即保留φ110、130、150mm 三個級配。

1）松散土層、強風化巖層：用普通合金鉆頭、翼片合金鉆頭鉆進，或跟管鉆進；泥漿用低失水普通泥漿、PHP低固相泥漿、PHPPVA雙聚雙重交聯沖洗液，及時下套管。

2）砂層、礫石層：用孔口挖坑、埋設孔口管、灌水泥，根據礫石層情況選擇鉆頭及鉆進方法，也可用跟管鉆進；用高黏泥漿洗孔，投泥球補壁，瞬凝水泥護壁，及時下套管。

3）黏土層：用肋骨合金鉆頭或普通合金鉆頭鉆進，泥漿用PHP低固相泥漿、低粘低失水泥漿或自動造漿（需及時調整處理），及時下套管。

4）弱風化巖層：用合金鉆頭、聚晶鉆頭、復合片鉆頭或孕鑲金剛石鉆頭鉆進，用潤滑沖洗液洗孔，及時下套管。

3 孔內事故的預防

3.1 對孔內事故須貫徹“預防為主”，遵守規程，精心操作，積極地進行預防。在正常生產過程中要做到：

1）沖洗液類型、性能指標適合巖層特點，循環正常，確保鉆頭工作面沖洗液暢通，確保孔內清潔。

2）保持孔內鉆具完好，經常檢查更換。

3）工藝合理，成孔迅速，減少裸孔時間，下套管及時。

4）精心操作，對各種事故預兆反應迅速，處理及時，防患未然。短時間停水停鉆，須將鉆具提離孔底。

5）地面設備和控制儀表齊全完好，檢修保養及時，不帶病運轉。

3.2 孔內鉆具使用規定

1）經常檢查孔內鉆具各部連接情況，鉆具有裂紋、絲扣損壞及管體的彎曲、磨損超過

4 處理孔內事故的基本要求

4.1 機臺內必須按配備標準備齊常用的絲錐、打撈工具。掌握千斤頂、反絲鉆桿等打撈工具信息。

4.2 查清事故發生的孔深、機上余尺、事故鉆具的位置、類型、規格、數量及孔內情況，并盡可能用示意圖標明有關情況和各種數據，做出詳細記錄。

4.3 正確分析判斷，制定周密細致的處理方案。每一處理步驟均須考慮不使事故復雜化。處理事故時，各班步調必須一致。交班時，要將孔內情況、處理經過、所用工具及方法、處理結果等，詳細交接清楚。

4.4 事故處理后，機臺應召集會議，分析事故原因，總結經驗教訓，擬定防范措施，防止類似事故發生。按規定及時填報事故報表。

5 卡、埋、燒鉆事故

5.1 卡鉆

1）鉆具回轉有阻力時，要立即上下活動鉆具，保持沖洗液循環，嚴禁無故停泵。

2）鉆具在提鉆中途遇阻，嚴禁猛提，應立即串動鉆具，并送水開車晃動鉆具。

3）遇掉塊、探頭石、縮徑卡鉆，經一般處理無效，可開慢車上掃；仍無效，可將鉆具送回孔底，反出鉆桿，再下同徑鉆頭排除障礙，最后打撈孔內鉆具。

4）溝槽卡鉆須設法導出鉆具、修整溝槽孔壁，不得強力提拔。

5.2 埋鉆

1）先強力開泵送水，盡可能恢復沖洗液循環，同時慢慢串動回轉鉆具。經提、拉、頂、打無效時，應反回鉆桿，用同徑鉆具掃除填埋物，再打撈事故鉆具。注意套絲力量不可過大。

2）提拉卡埋事故鉆具須注意鉆塔、游動滑車、升降機各部位，不準超過提引系統的最大允許負荷。

3）用鉆機油壓系統和升降機同時頂拉事故鉆具，要先檢查鉆機有關連接螺栓、抱閘和提升系統的可靠性。先用油壓系統將鉆具頂緊，再用升降機提拉；卸載要先松升降機再回油，不準用升降機承受全部載荷。

4）提拉頂打處理事故，鉆具絲扣易松，要經常扭緊。繩索取心鉆進一般禁止用千斤頂強頂鉆桿。

6 斷、脫、跑鉆事故

6.1 斷鉆

1）發現斷鉆要摸準斷頭機上余尺，升上斷鉆，檢查斷頭情況，采用合適絲錐，算準斷頭機上，下絲錐撈取。也可用球卡撈管器撈取。

2）絲錐進入斷鉆上頭，用人力或用鉆機套絲，不可過緊。絲錐碰不到斷鉆上頭時，要多角度扭動試探，不準盲目超過預計深度。無效時，須另下帶導正鉤的絲錐。

3）絲錐上勁后，輕提鉆具，試探有無阻力；必要時送水開車回轉幾圈，上提無阻力，即可上鉆。嚴禁帶絲錐繼續鉆進。

6.2 脫鉆、跑鉆

1）脫鉆、跑鉆要立即提鉆檢查。如接頭絲扣完好，孔內正常，可下原鉆桿對上撈取，不準繼續鉆進。

2）因脫、跑鉆出現“插蠟事故”，需先下打印器探明情況。要先撈付頭。如多頭在一起時，要先消除擠夾力，再用絲錐依次反回。忌未弄清孔內主付頭情況時打撈。

3）用掏心法處理巖心管時，要用比事故鉆具小兩級的鉆具。消滅巖心管時，要用加大外徑的實心平底鉆頭或帶導向的階梯鉆頭。

7 復雜地層的綜合治理

7.1 在施工設計中要制定洗孔與護孔的綜合設計，各種漿液、堵漏材料、水泥、套管要綜合使用；

7.2 要從材料、儀器、現場設施、技術管理和人員組織等方面逐步完善，做到規范化、標準化。

7.3 注意收集綜合護孔的原始資料，注重室內試驗，總結施工經驗，盡量采用新技術。

7.4 通過實踐，不同礦區應形成典型的綜合治理方案，指導施工。

結束語

煤下鋁賦存于煤資源之下。在鋁資源之上，既有已經閉坑的煤礦老采區，也有正在開采的煤礦礦區。在已經閉坑的老采區，既可能遭遇地下水包，也可能遭遇殘留瓦斯。因此，必須采用適當的技術方法以保障安全；在開采礦區，則會遭遇礦業權的限制。要順利實施煤下鋁的勘查，就必須破解這二大難題。