礦山鉆探施工中的孔內事故處理方式研究

王生軍

（青海省第一地質勘查院，青海 海東 810600）

青海省第一地質勘查院鉆探隊伍在近些年的地質找礦巖心鉆探施工過程中，發生了多次孔內埋鉆事故。事故發生的原因是鉆探區域的地層巖性較為復雜，底層破碎嚴重，導致鉆探施工項目無法正常鉆進，嚴重地影響了正常的施工進度。這樣一來，不僅會嚴重拖延工期，還會導致礦山鉆探成本的增加。以往人們在處理鉆孔內事故時，常常會采用全面鉆進的方式，只要全面推進，將地層巖心的所有破碎帶清除，就能輕松解決礦山鉆探施工過程中的各種問題[1]。但是這樣的方式很容易導致鉆探方向的偏移，進而發生圓孔軸心不按原定方向鉆進的問題，使鉆孔傾斜，從而產生礦山鉆探過程中的孔內事故，影響鉆孔質量，使鉆孔在礦山鉆探工程中無法產生應有的效果，浪費大量的人力、財力，并影響到施工的正常。因此，本文基于本次事故，對礦山鉆探施工中的孔內事故處理方式進行研究。

1 礦區事故概況

本次的事故發生礦區位于大柴旦北西約75km，屬青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦行政委員會大柴旦鎮管轄。孔內事故出現地層為斑點狀碳質絹云千枚巖區域，該地層巖心破碎程度高，遇水即成為泥巴狀，取芯難度大，因泵壓過高從而導致巖心采取率達不到地質鉆探指標，而泵壓太小又會造成孔內巖粉清理不干凈，很容易導致孔內事故的發生。本次礦區鉆探工程鉆進至541.4m處就出現了巖粉埋鉆事故，此時地質目的已達到，施工鉆孔按終孔處理，但孔內全部鉆桿被埋住無法起拔。為降低損失，工作人員采用水力割刀器作為切割工具，將下入鉆桿連接水力割刀器，并從鉆具擴孔器上部將鉆桿切割。為了在礦區事故發生時減少損失，本文對礦山鉆探施工中孔內事故處理方式進行深入研究。

2 礦山鉆探施工中的埋鉆事故

2.1 斷層帶事故

在礦山鉆探過程中，遇到張性構造的斷層帶或斷層群是十分普遍的現象，這類斷層的鉆進十分困難，因為斷層帶中的充填物通常都是處于最原始的狀態，一般只存在角礫巖，由這類物質混合堆積而成[2]。當這些充填物的外表顯示為泥沙狀態時，其緊密性一般非常差，但是當充填物中除泥沙外還有一些鈣類物質時，其堅固性就會有一定程度的提高。而且斷層中的填充物體積和形狀的分布十分不均衡，其最原始的狀態就是相對穩定的結構。因此當斷層受到施工鉆探的作用力影響時，填充物就會被人為灌注的高壓水沖洗排除，而其中的角礫巖則會因為失去了鈣類物質的支撐而變成松散如泥沙狀的堆積體。而當斷層帶的緊密度相對較高時，鉆頭的作用力會導致巖石直接被切削成任意結構，其所能形成的鉆頭刃部在撥動填充物時，會直接在短距離內推動鉆具向前行動[3]。但是在這樣的情況下，礦山鉆探設備的鉆具會直接造成填充物的卡鉆現象。因此張性構造斷層帶之所以會發生卡鉆現象，其根本原因就是礦山鉆探時所選擇的礦區內部，地層構造帶的介質強度過高。礦山地下的張性構造斷層帶填充物造成的卡鉆現象如圖1所示。

圖1 張性構造斷層帶中填充物卡鉆現象示意圖

2.2 孔內坍塌引發的埋鉆事故

在礦山鉆探工程中，會導致埋鉆事故發生的因素有很多，但是最主要原因就是礦區地質構造、礦區成礦條件、礦物富存條件以及礦區開采的鉆進工藝條件等。對于孔內坍塌而言，可以將礦區鉆探施工過程中的孔內坍塌劃分為3種形式，即前置式坍塌、后置式坍塌以及聯合式坍塌[5]。本次事故主要的產生原因是前置式坍塌，一般情況下，前置式坍塌的埋鉆情況如圖2所示。

圖2 前置式坍塌埋鉆情況示意圖

在礦山鉆探過程中，如上文所述，對于填充物的沖擊力一般通過鉆頭切削或水力沖擊來完成，當地下構造帶的填充物含有鈣類物質較多時，填充物一般較硬，此時的鉆頭應以切削工具為主，水力作用為輔；當地下構造帶的填充物含有鈣類物質較少時，填充物一般較軟或較為松散，此時的水力沖擊就成為了主要作用力，切削作用成為輔助力量。發生這類事件之后，用于沖擊的高壓水流會直接對填充物形成極為鋒利的水力切割作用，導致鉆頭前端的填充物坍塌[6]。而坍塌的空間總量一般與礦山構造帶填充物坍塌的渣量、水壓、水量成比例。當水壓變大，高壓水流的水力切割作用也會相應變大，從而導致坍塌空間變大，泥沙填充物中的渣量變多；當水量變大時，高壓水流導致的水力沖擊效果就會越好，其排除泥沙填充物時的時間也會相應減少。

3 水力割刀器在埋鉆事故中的實際應用

3.1 水力割刀器的選型

孔內坍塌引發的埋鉆事故處理中常用的割管工具為水力割刀器，由無錫中鉆地質裝備有限公司生產，該公司生產割刀器有四種型號，按切割管子外徑分為B-56mm、N-70-73mm、（為本文使用割刀器的型號）、H-89mm 和 P-114mm。在孔內出現事故而又無法處理的情況下，需要取出孔內的鉆桿或套管時，可以使用水力割刀器處理。具體使用方法如下：①先測試割刀器。在放入孔內前，垂直將割刀器按工作狀態放在地上，將榔頭手柄放入割刀器上部孔內，向下按壓，可以看到兩把割刀伸出來，按到底就是工作狀態。放開時，兩把割刀會收回（不一定全部縮回，是正?，F象）；②在割刀收攏的情況下，將電工膠帶繞割刀器兩圈，將割刀繞在內。割刀選用小規格的鉆桿，下部通過變絲連接割刀器，緩緩的將割刀器放到需要切割的深度。開始使用最低擋每分鐘100~200轉旋轉；并開啟給水（水壓為淺孔2MPa，深孔4MPa）使割刀器的兩把割刀張開，均勻的在鋼管內壁切削，切割完成后，可以看到水泵的壓力馬上減??；③水壓減小后，割刀自動收回，然后提起鉆桿及割刀器，鉆桿切割過程完畢。

3.2 水力割刀使用前的測試

水力割刀器未投入使用前，要先檢查刀體，保證水力割刀器的各部件與刀頭完好無損，在細長桿的輔助下可以對埋孔進行施壓，水力割刀器的刀頭快速張開，不施加壓力情況下，刀頭可以快速收回。水力割刀器下入鉆孔內前，檢查機上鉆桿與水力割刀的連接情況，緩開泥漿泵，控制好泥漿泵泵量。使用水力割刀作業中，割刀轉動不是在持續平穩情況下運行，施加液壓力要進行緩慢調整，割刀工作泵壓維持在1MPa~3MPa這一范圍內，當泵壓較低時，刀頭無法全部張開，在較高的泵壓下，水力割刀的刀頭易損壞，經過試驗測試，在工作泵壓為2.5MPa時，水力割刀刀頭張開時切割直徑可滿足切割HQ鉆桿要求。

3.3 水力割刀器應用效果

在礦山鉆孔作業中減少鉆桿晃動，水力割刀可持續穩定工作，鉆桿預留足夠空間，確保刀頭正常退刀。埋鉆事故處理中，孔號為19QLTZK206，埋鉆孔深541.4m，傾角50°，方位247°。將經過測試后的水力割刀與繩索取心鉆桿相連接，下入537m的NQ鉆桿，預留合適的機上余尺，鎖死上下卡盤，將上下卡盤將至最低，避免水力割刀切割時動力頭出現向下位移。

鉆進時先回轉動力頭，確保水力割刀在計劃區域內轉動，切割作業中轉數保持恒定狀態。水力割刀下至埋鉆事故處切割，切割60min，成功割斷埋鉆鉆桿，刀頭時刻處在回轉狀態，迅速調整鉆進轉速，使之能夠完成切割作業。

4 結束語

綜上所述，礦山鉆探施工過程中，鉆具、鉆桿及套管遇卡鉆是發生最頻繁、耗費時間最長、損失最大的孔內事故之一。為了避免孔內事故發生，或者在孔內事故發生時做到最佳處理，防止更大的人員及財產損失，就需要在礦山鉆探施工開始前研究好該地區的基巖地層，了解清除該地區地層的復雜程度，并根據各地礦山內部巖性不同、地層的破碎程度不同，確定礦山地質鉆孔結構。實踐證明，水力割刀結構簡單、操作方便、性能可靠、可準確控制切割位置，對埋孔事故處理是一種比較先進的工具。