某鐵礦深孔鉆探復雜事故處理技術研究

王永尚 馮航 何東

摘要：長期以來深孔鉆探復雜事故為鉆探工程造成了極大的挑戰。文章通過介紹施工概況、地質概況，分析事故及其處理方案，對深孔事故處理安全措施及預防措施展開探討，旨在為鐵礦深孔鉆探復雜事故預防與處理技術研究和應用提供一些思路和方法。

關鍵詞：鐵礦；深孔鉆探；復雜事故；處理措施

引言

伴隨社會經濟的快速發展，淺層鉆探變得越來越少，鉆探工作不斷轉至深孔鉆探等存在復雜情況的方向。鉆探工作作為一種高風險性隱蔽工程，孔內事故在鉆探期間不可避免。在地層復雜、環境多變的隱蔽空間，作業狀況極為惡劣，不論是哪一個變量轉變，均存在可能導致孔內事故。再加上，事故通常出現在孔內較深位置，無法展開直接觀察，僅可憑借經驗進行判斷、評估，況且過去很長一段時間鉆探行業一直處于發展瓶頸階段，在人才、技術等相關方面均未做到很好的推陳出新，使得事故一經出現總是猝不及防[1]。由此可見，對鐵礦深孔鉆探復雜事故處理技術展開研究，有著十分重要的理論指導與現實意義。

1.施工概況

我公司在某鐵礦鉆探施工中，該礦區地處四川西昌市。我們在該礦區完成了13916m的鉆探工作量。鉆探施工過程中多個鉆孔出現各種程度的事故。以鉆孔ZK4701為例，其屬于這一礦區中完成的孔深較深，事故多且復雜，同時每個事故均得到滿意處理，且施工臺效相對高的一個典型鉆孔。鉆孔ZK4701，設計傾角89°，孔深1300米。鉆孔結構具體為：采用SW單管合金鉆具開孔，將SW孔口管下入5m，選用水泥密封；然后采用PQ規格繩索取芯鉆具鉆到580m并座管，再換HQ鉆進到1050米后選取NQ規格繩索取芯鉆具鉆進到1385米后終孔。

2.地質概況

本礦區范圍內主要斷層構造格局為近東西向斷層及破碎帶，在局部方面伴有北北東向、北北西向斷層。礦區內干墩組地層構成向斜褶皺，地層傾角62°～83°。礦區范圍內巖性主要包括凝灰巖、灰巖、石英角斑巖、砂巖以及鈉長斑巖等，范圍內巖脈發育，包括斜長花崗斑巖脈、閃長巖脈、石英斑巖脈、細晶花崗巖脈以及英安斑巖脈等。鉆孔ZK4701有著較為堅硬完備的上部孔段，下部孔段則有著不同破碎層，屬于事故易發地層，其地層情況，見表1。

3.事故及其處理方案

3.1 鉆桿斷裂事故及其處理方案

深孔鉆探施工期間，鉆桿面臨孔內極為繁雜的工作狀況，往往要受到一系列交變載荷，諸如拉、彎、壓、振動及剪扭等，且伴隨著沖洗液的沖刷，鉆進期間容易產生鉆桿斷裂現象。

鉆桿斷裂事故處理方案。結合鉆桿斷裂事故實際情況，下入公錐打撈，距離事故頭一定距離時緩緩下入，同時選取自由鉗轉動鉆桿到不可正轉時，停止下入。后動力頭夾持鉆桿緩緩轉動吃扣，轉動一定圈數，停轉出現反車現象，提鉆，打撈完成。

3.2 鉆具斷裂事故的預防及其處理方案

（1）鉆桿未得到有利的維護，出現彎曲情況，絲扣受損或者存在暗傷，偏磨情況嚴重，作業期間未展開嚴密的檢測，沒有在第一時間更換，鉆進期間遭受過高的回轉阻力，于薄弱部位扭斷。

（2）鉆桿在鉆進、提升過程中，對應壓力、拉力等太高，好比鉆孔彎曲，孔內未做清潔處理、急劇提升壓力、鉆進期間卡、燒鉆等，造成鉆具回轉阻力升高，從而導致鉆具斷裂。

（3）鉆具絲扣配合缺乏合理性，連接松緊度不科學，絲扣還沒有正對便進行扭接，使得絲扣變形，作業初期便受損，導致鉆具脫扣。

改善管材施用質量，提升管材維護管理工作力度。鉆桿使用期間應當將絲扣油涂于絲扣處，日常工作中應當避免其遭受損壞，太過彎曲的鉆具應當第一時間校自，每日工作開始，機長應當跟班對下入孔內鉆具情況展開一一檢查。對作業規章流程進行嚴格執行，合理調節鉆頭壓力，切忌過度提升鉆壓[4]。作業期間，應當保證鉆孔許可的彎曲度，不可選取太過彎曲、磨損、不同心的鉆具，鉆具每一連接處絲扣應當攥緊正對。

鉆具斷裂事故處理方案。現場對鉆具斷裂事故展開快速分析，首先試著下入打撈器對內管進行打撈，后下入公錐將殘留鉆具打撈出。倘若打撈器難以到位，可將打撈器打撈鉤處焊接與一鉆桿接手處，后使這一組合體與鉆桿下端連接，下鉆打撈內管。

3.3 卡、燒鉆事故及處理方案

（1）水泵工作失常，送水量不足或者不進行送水，縮減了沖洗液對鉆頭的冷卻功效，巖粉等相關雜物將蓮蓬頭堵塞，吸水管路存在空氣，又或者泵體、進水管、壓蓋及缸套等存在漏氣情況，傳動膠帶摩擦不足，排水閥門沒有全面開啟等未得到第一時間察覺，從而引發燒鉆事故。

（2）作業期間，鉆頭一經下至孔底便加壓開展鉆進，使得鉆頭水路不通。巖層逐步變軟過程中，倘若鉆進速度不科學，巖粉便無法有效地被除去，會先糊鉆后干鉆，進一步引發燒鉆事故。

（3）燒鉆事故處理。應當開展好水泵修繕保養及沖洗液管理工作，確保水泵有序送水，對沖洗液中巖粉等相關雜物進行適時處理，確保沖洗液清潔，對鉆具磨損狀況進行嚴密檢測，存在不良情況進行迅速更換，有效避免中途跑水，每次下降鉆具要對孔底巖粉數量進行了解，如果巖粉大于0.3米則需要專門開展撈渣排粉工作，作業人員需全神貫注，對一系列儀表顯現數據、設備等進行嚴密觀測，一經發現異常迅速進行提鉆處理[5]。針對嚴重的燒鉆事故，需要第一步把上部鉆桿、反上來后進行打磨等手段處理。

（4）卡鉆事故處理。在松軟、易坍塌的地層鉆進中，應當應用密度相對較大、含砂量低及黏度相對高的沖洗液沖孔，從而有效確保孔壁穩定性。起鉆過程中，使沖洗液注滿孔內，確保孔壁具備相應的液注壓力。鉆進過程中，對鉆具轉速進行合理控制，緩解孔壁所受鉆桿的敲擊作用，選取適用的鉆進手段、參數，盡可能快速地穿過復雜孔段。要想避免鉆孔縮徑，應當應用黏度相對低、含砂量低且失水量不高的優質沖洗液，確保孔壁與鉆具相互有充分的環狀間隙。當出現卡鉆事故時，升降機起拔不成功，通過強力沖孔，便能夠解決這一情況。引發事故后，應當繼續使泥漿循環，已中斷的循環應盡量使其循環得以恢復。孔內事故經一系列方法處理無效時，在地質設計允許基礎上，可采用人工偏斜的方法處理

4.深孔事故處理安全措施及預防措施

伴隨社會經濟的快速發展，淺層鉆探變得越來越少，鉆探工作不斷轉至深孔鉆探等復雜情況的方向。鉆探工作作為一類風險性高，且隱蔽性強的工程，孔內事故在鉆探期間不可避免。鐵礦深孔鉆探施工在當今時代發展的新形勢下，要與時俱進，大力進行改革創新，運用先進的科學技術，不斷優化鐵礦深孔鉆探復雜事故處理技術。如何進一步強化對鐵礦深孔鉆探復雜事故處理及預防可以按以下相關措施著手：

4.1 設備工具安全

（1）事故處理期間對儀表指示進行嚴密觀測。鉆機負荷不應當高于其最大承受水平，或者長時間高于其最大承受水平，不然的話可能會對設備形成損傷或潛在損傷。

（2）應選取質量達標的鋼絲繩，使用期間要對其進行全面檢查。受動力頭鉆機僅能夠使用單繩提升，在該礦區深孔事故處理期間，就檢查到鋼絲繩存在斷絲情況。鋼絲繩斷裂可能會引起十分嚴重的后果，不僅會對地面人員構成人身威脅，還可能使得孔內事故變得越來越復雜。鑒于此，由22mm代替其中常規16mm鋼絲繩，且要求當班施工人員對其狀態進行嚴密關注，只要存在斷股情形便迅速更換。同時，新更換鋼絲繩在使用開始需要借助緊繩卡，使用期間要嚴密檢測，防止深卡在受力時出現滑脫情況。

（3）深孔鉆探復雜事故推薦使用新公錐。這是因為公錐倘若使用次數較多，其螺紋便會出現相對嚴重的損傷，強力起撥期間倘若脫扣便會引發不良后果。所以應當使用新公錐。現階段，就錐度轉變而言可將公錐劃分成2類，一類是公錐錐度不存在轉變，倘若吃扣太深可能會使得鉆桿絲扣遭受損傷，嚴重時會撐裂鉆桿[6]。一類是公錐錐度從有效吃扣位置之上，錐度變小，吃扣期間鉆桿絲扣不會受到損傷，同時吃扣過深也不會輕易引起鉆桿撐裂。深孔復雜事故處理應當選取后一類新公錐。

4.2 人員安全

（1）嚴格制定深孔鉆探施工技術方案。強化深孔鉆探技術方案的權威性、針對性以及可行性。組織開展以技術人員、機臺生產骨干人員為主的深孔技術研討會，研究、分析并制定深孔鉆探技術方案。然后組織實施。

（2）優選施工人員。為鉆探技術人員創造良好的工作環境，全面凸顯鉆探技術人員在科研、技術攻關工作中的關鍵作用。將鉆探工作任務劃分到技術人員個人，扶持引導技術人員自實情出發推行技術攻關活動，對顯著技術成果進行嘉獎和表彰。

（3）安全防護、安全距離。每一位現場作業人員均應當嚴格根據要求佩戴安全帽，穿戴工作鞋。機長應當向全員闡述清楚復雜事故處理期間面臨的相關危險源，施工人員在作業期間一定要提升注意力，防止被機械、他人造成傷害。同時，受鐵礦深孔鉆探復雜事故處理工作繁重、作業環境較差等影響，使得施工人員往往要消耗十分大的精力，要想防止疲勞作業引發傷害，有必要擴增施工人員數量，降低作業時間[7]。倘若孔內鉆桿在受力情況下，施工人員一定要與其保持安全的距離，以防止可能引發的安全事故。

4.3 深孔事故預防

（1）組建項目管理部。組建包括項目經理、技術負責、機長等在內的深孔鉆探項目管理部，提高項目部管理能力，有效促進管理高效化、精細化。對項目管理部人員進行明確分工，項目經理負總責，技術負責分管技術相關工作，機長分管日常生產相關工作。

（2）深化技術管理。深孔鉆探施工技術存在極高的風險，因此，開展好深孔鉆探技術管理極為關鍵。深化深孔鉆探技術管理可自三個階段內容出發，第一階段即深孔鉆探前設計階段，技術負責不僅要結合先前制定的技術方案，組織編寫可行、可靠的單孔施工組織設計，還要與項目經理進行協助，開展好設備工具材料準備工作[8]。第二階段即深孔鉆探實施階段，技術負責日常開展好施工現場巡查檢測、指導機臺施工工作，保證施工有序開展。此外，自鉆探施工期間面臨的重點難點出發，全力組織進行技術攻關活動，有效提升鉆探施工水平。第三階段即深孔鉆探驗收階段，技術負責應當迅速對鉆探施工進行驗收總結，積累經驗，實現自我提升。

（3）深化生產管理。深化生產管理自機臺機長出發，強化深孔鉆探施工各方面思想意識，包括嚴格根據合同施工、嚴格根據規程規范施工以及嚴格根據技術設計施工等，并將思想意識落實到實處。開展好鉆探設備工具材料準備工作，強化對設備的維修保養，保證設備有序運行，材料供應迅速。切實強調生產安全，對深孔鉆探施工安全隱患開展經常性識別、排查，第一時間實施預防、消除對策，為施工人員營造安全的施工環境。

5.總結

總而言之，鐵礦深孔鉆探事故處理是一個極為繁雜的系統工作，深孔鉆探施工存在十分高的成本，一旦報廢進尺便會導致很大程度的經濟損失。相關人員務必要不斷鉆研技術、總結經驗，自深孔鉆探施工起始階段便強調事故防治，施工引發后應當對一系列因素展開全面分析權衡，科學借助各式各樣先進技術手段、工具，從而實現對深孔鉆探復雜事故預防與處理滿意的目的。

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