巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探的安全控制分析

朱何文

摘要：隨著我國地質事業的快速進步與發展，巖溶地區的鉆探越來越受重視。由于巖溶地區鉆探施工較易引發人身傷害事故和鉆孔質量事故，故而其鉆探安全也成為了廣受關注和亟待解決的問題。其中，回轉鉆進巖心鉆探是巖溶地區鉆探的常見形式，如何對其施工安全進行有效控制，在很大程度上影響了巖溶地區勘查及施工工作狀況。本文簡單介紹巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探，分析其中的安全問題，并就相應安全控制策略展開探討。

Abstract： With the rapid progress and development of China's geological undertakings， drilling in karst areas has received more and more attention. Because drilling construction in karst areas is more likely to cause personal injury accidents and drilling quality accidents， the safety of drilling has become a problem that has received much attention and urgent solutions. Among them， rotary drilling core drilling is a common form of drilling in karst areas. How to effectively control its construction safety has affected the exploration and construction work of karst areas. This paper briefly introduces the core drilling of rotary drilling in karst areas， analyzes the safety problems， and discusses the corresponding safety control strategies.

關鍵詞：巖溶地區;回轉鉆進;巖心鉆探;安全

Key words： karst area;rotary drilling;core drilling;safety

中圖分類號：P634? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0041-02

0? 引言

在巖溶地區的地質勘查過程中，存在不少安全問題，在鉆探施工中表現得尤其突出。這是因為巖溶地區本身就包含有溶洞、溶溝、溶隙、洼地等，很容易出現人員滑倒跌落導致人身傷害事故，而在鉆進過程中則易出現漏失嚴重、跑掉鉆、溶洞下部打成梅花眼等導致鉆孔質量事故。因此在巖溶地區采取回轉鉆進技術進行巖心鉆探時，必須要做好安全控制工作，最大程度上保障鉆探施工安全，并在此基礎上提高鉆探質量。

1? 巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探概述

1.1 巖溶地區特性

巖溶又被稱作喀斯特，意指地下水和地表水對可溶性巖石的破壞和改造作用及其形成的水文現象和地貌現象。在巖溶發育地區，地表水系不發育，卻蘊含著豐富的地下水資源。一般來說，巖溶地區包含有大量溶洞、溶溝、溶隙、洼地等受地下水和地表水作用而形成的獨特地貌，使得地層中包含或大或小的縫隙甚至孔洞。因此在巖溶地區進行鉆探施工時，如果對巖溶地區地質信息了解不足，很容易受到這些溶洞等的影響，進而出現安全事故。

1.2 回轉鉆進巖心鉆探

巖心鉆探是指利用筒狀鉆頭和鉆具在孔底沿周圍環狀破碎巖石，在孔底中心部分保留一個柱狀的巖心，從孔內取出巖心用以研究地質和礦產情況的方法。當前最常見的巖心鉆探技術包括金剛石繩索取芯技術、沖擊回轉鉆進技術和空氣泡沫鉆探技術，其中金剛石繩索取芯技術在巖溶地區巖心鉆探中有著一定應用。這種技術同硬質合金與牙輪鉆進技術相比，擁有更為明顯的優勢，合理的鉆具也能降低井內事故的發生概率。而在具體應用的過程中，當巖心裝滿或者是堵塞的時候，鉆具會出現信息，這時候相關人員只需要將主動鉆桿移動的孔口中即可，接著利用繩索將專用的打撈器從鉆桿中下入到鉆桿以內。最后，將空的內管一同投入，實現連續的鉆進。需要注意的是，對于普通取心鉆井的孔，深度是900m，那么在提取巖心的過程中，一般需要花費1h左右，甚至更多。同時，金剛石繩索取芯技術還有另一個優勢，降低勞動強度，在巖心鉆探的時候，起下鉆本身就是一項非常復雜的工作，需要4-5人一同配合，連續操作幾十分鐘。而在采用了這種方式以后，大幅度的延長了起下鉆的時間間隔，達到了降低勞動強度的目的。

2? 巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探存在的安全問題

2.1 巖溶地區自身特性所引致的安全問題

巖溶地區長期受地下水和地表水影響，地層中包含有大量溶洞、溶隙等，同時，巖溶地區地下巖溶水分布較為復雜，再加上溶洞、暗河等，在巖心鉆探過程中較易出現滲漏情況，進而對鉆探施工正常進行造成影響。因此在巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探過程中，很容易受地質自身特性影響而出現安全問題，必須落實安全控制工作。

2.2 回轉鉆進規程不合理所引致的安全問題

在巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探過程中，鉆進規程不合理同樣會引致安全問題。鉆壓、轉速、沖洗介質的流量和壓力是最為關鍵的規程，但凡某一項不合理均有可能導致鉆探施工出現問題。首先是鉆壓，如果鉆壓過大，很可能會對鉆孔及地層造成破壞，進而引發安全問題;如果鉆壓過小，則有可能會出現難以鉆進的情況。至于轉速，如果轉速過高，會增加摩擦并導致鉆頭磨損，輕則影響鉆進效率，重則因此而產生施工安全問題。如果轉速過小，則會影響鉆進效率，鉆進速度減慢，導致鉆探施工工期增長，也更容易受到施工環境影響，尤其是溶巖地層風險將會明顯加大。最后是沖洗液流量和壓力，但是當沖洗液流量或壓力過大時，則有可能對鉆孔及地層造成破壞，引發安全事故。

2.3 人為施工所引致的安全問題

巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探必須采用合適的設備，應用科學的工藝，同時確保施工操作符合標準。但是在實際施工過程中，人為操作的失誤是導致安全問題的重要原因。其中，施工人員沒有對巖溶地區地質情況加以全面了解就貿然施工，沒有選擇合適的鉆頭，沒有設置好鉆壓、轉速、沖洗液流量及壓力，違規操作，沒有做好施工現場機械傷害、物體打擊、高處墜落、觸電、爆破、火災、自然災害甚至交通事故防護措施，都有可能導致不同程度的安全事故，對施工設備及施工人員安全都有著巨大威脅。因此在實際鉆探過程中，必須提高施工人員安全素養與專業能力，確保其能夠嚴格依照相應施工規范與標準進行操作，充分保障鉆進施工安全。

3? 巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探安全控制策略

3.1 全面、充分掌握地質信息

在巖溶地區進行巖心鉆探之前，必須對地質信息進行全面而充分的了解和分析，從而為鉆探施工方案的確定提供基礎支持。對此，鉆探隊伍需要對巖溶類型、充填物、邊界、地下水分布、洞隙形態等基礎地質信息加以探明，并且需要依靠水量、水壓測試對鉆孔位置進行確定。當然，溶洞分布及形態、巖面形態及覆蓋層厚度、地下水賦存條件、水位變化及運動規律、地貌、溶巖構造、巖性、斷層、巖溶塌陷等也是必須掌握的地質信息，從而在宏觀了解巖溶發育分布及特點的前提下完善回轉鉆進巖心鉆探方案。在這個過程中，往往需要用到測繪、物探手段、原位測試技術、遙感技術等方法，才能全面探明和掌握地質情況，并確定鉆孔分布、方式及深度。

3.2 科學選擇鉆進設備

金剛石繩索取芯技術在應用的過程中，應該確保孔內安靜，而且鉆具和相關設備都要處于一個良好的狀態，鉆具徑向、回轉和鉆速等都要做到追問，不僅要確保鉆頭的初磨好，在磨出刃的時候，也一定要將其處于一個良好的狀態以內。鉆井的過程中，也要注意鉆頭的初磨工作，尤其是倒桿后，車前要進行適當的上頂，然后慢慢的合車。操作人員要額外注意底唇和巖石點相互接觸時，給予鉆頭充分的注意，確保操作的正確性。

3.3 合理設置鉆進規程

在鉆探方案及鉆進設備確定后，還需要對鉆進規程進行合理設置，從而在保障鉆進施工順利進行的同時，避免因規程不合理而導致的施工安全問題。根據實際施工條件的不同，鉆進鉆壓、轉速、沖洗液流量及壓力均有所不同，需要鉆探隊伍酌情決定。另外，沖洗液性能參數的確定應當以保障其潤滑性及良好流變特性為主，故而其密度通常被控制在1.0～1.25g/cm3，而含砂量則要控制在0.6%以下，漏斗粘度不超過30s。而且沖洗也中不得包含固體潤滑球等顆粒狀惰性材料，以免對鉆進設備造成磨損，同時減少沖洗液中的沉淀物，防止孔洞塌陷。孔內返回的沖洗液必須使用振動篩、離心機等加以凈化，從而保障循環使用的安全性。

3.4 做好鉆孔漏失、坍塌等的防護工作

在實際鉆探過程中，施工隊伍應當充分考慮巖溶地區地質特性，做好鉆孔漏失、坍塌等的防護工作。其中，鉆孔漏失多采用套管隔離、快干水泥封孔、沖洗液加入堵漏材料（如羧甲基纖維素）等方式，由于巖溶地區地質較為復雜，鉆探隊伍在實際鉆進時，需要掌握巖溶地區地質及水位情況，并通過現場漏失情況來選擇適宜的防止漏失的措施。而要防止鉆孔坍塌問題，鉆進隊伍同樣需要落實相應的防塌措施，如下套筒、合理控制泥漿比重與鉆進速度、監視鉆進過程中的漏水及跑漿情況等。

3.5 落實施工現場防護措施

各種現場危險因素對巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探的安全影響極大，必須做好相應防護措施。對于常見的機械傷害、物體打擊、高處墜落、觸電、爆破、火災、自然災害乃至交通事故等現場危險因素，鉆探隊伍要全面加強安全排查與整治，及時發現施工現場存在的危險因素并加以排除。在此基礎上，還需要落實安全培訓與安全技術交底，提高施工人員的安全素養及專業能力，從而防止安全事故的發生。當然，建立安全操作規程是必不可少的，鉆探隊伍需要根據鉆進施工所涉及到的所有行為設置科學的安全操作規程，如搬運、升降鉆具、爆破作業、鉆探沖洗液配制、防雷電等，同時加強鉆探安全管理，充分保障回轉鉆進巖心鉆探安全。

3.6 嚴格依照施工規范及標準操作

在實際鉆進施工過程中，相關人員必須嚴格依照施工規范及標準操作，才能充分保障施工安全。例如在利用金剛石繩索取芯技術進行斜孔鉆探的時候，必須要按照操作的規程去進行操作，而且還要對鉆具進行組裝、調配和保養。使用鉆頭的時候，不僅要注重孔內的鋼筋，而且還要做到操作上的穩定性，注重鉆頭的初磨工作。如若出現了堵塞的情況，就要按照泵壓和負荷的實際值去對巖層特性和孔內情況進行綜合性的判斷，及時對鉆井參數進行適當性的調整，而且在提鉆的時候，也要對鉆頭的磨損程度進行仔細的堅持啊，確保參數的合理性和科學性。

4? 結束語

綜合上述分析可知，巖溶地區回轉鉆進巖心鉆探存在較多危險因素，對鉆進質量與效率造成了嚴重影響，更對施工設備及人員的安全造成了巨大威脅。因此在實際施工中，鉆探隊伍需要全面掌握地質信息，并通過科學選擇鉆進設備，合理設置鉆進規程，做好鉆孔漏失、坍塌等防護工作，落實施工現場保護措施，嚴格依照施工規范及標準操作等方式，對鉆進安全進行有效控制。

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