摘要：本文通过某坑内深孔钻探的施工实践，分析了施工过程出现安全技术问题的原因，为今后同类钻探工程的施工提供了经验和设计依据。
关键词：坑内深孔钻探；质量控制，施工安全
前言：广东省某铅锌矿是一个超大型铅锌矿，是地下开采多年的矿山，勘探深度已达到地下1200m，开采深度为地下300m至800m。对于该超大型铅锌矿床成因的研究和争论已持续了五十多年，争论的基本要点最终归为矿源和热源。为查找矿源、热源的成因和依据，加大勘查深度，矿山相关技术部门设计了一个坑内深孔，钻孔编号217/SFK1孔口位于地下760m的矿坑内，设计孔深1500m，直孔钻进。
1钻孔技术设计
1.1钻探设备的选择
由于设计孔深达到了1500m，因此选择最大钻深能力2000m的黄海XY--8型钻机，配套BL--150型高压泥泵泵，作为该孔的施工设备。
1.2孔内地质特征预设
根据区域地质资料，结合矿山多年地质勘查成果，该孔孔口岩层为中泥盆系东岗岭组灰岩、泥质灰岩、页岩夹砂岩地层。下伏岩层应为中下泥盆系桂头群砾岩、石英砂岩、粉砂岩夹页岩，寒武系浅变质砂岩、板岩。全孔岩石以碎屑岩为主，岩性硬度变化较大，还可能遇到未知的断裂破碎带若干，需做好安全预防措施。
1.3钻探技术设计
钻孔径设计为：采用φ110mm开孔，3.0m后下井口管，改用φ90mm钻进至600m，变为φ75mm钻进至终孔。
钻探施工工艺：全程采用金刚石绳索取芯钻进工艺，HPAM浓度为±150～200PPm的聚丙稀酰胺低固相泥浆作为冲洗液。
2钻孔实施情况
钻探施工自2009年5月8日开孔，至2010年7月12日因卡钻、丢钻具等孔内事故而提前终孔，历时一年有余，终孔孔深800m。具体情况是：
（1）深0～136m为中泥盆统东岗岭组灰岩、泥质灰岩，石英砂岩互层，软硬岩层变化大，孔内多岩粉，采用表镶金刚石钻头钻进，较高浓度（200PPm）的聚丙稀酰胺低固相泥浆浮粉和护壁，加土量3.5%，施工难度较大，进尺慢。
（2）孔深136～582m为中泥盆统桂头群石英砂岩、粉砂岩夹页岩、砾岩，岩性较稳定，钻进较顺利。但遇一条进尺5.3m的断裂破碎带，采用水泥浆灌注封孔后二次钻进通过。
（3）孔深582～798.3m以下泥盆统桂头群硅化石英砂岩为主，岩质非常坚硬；用软胎体金刚石钻头钻进，进尺极慢。
（4）孔深798.3～800m遇一断层破碎带，卡钻，孔口涌喷地下温热水，水头高初时达2.30m，三天后稳定水头0.67m，水温达到42℃。经六个月反复采取措施，未能处理孔内卡钻事故，与业主协商后同意提前终孔，丢失φ75绳索钻具一套，φ73钻杆300多米。
3孔内事故的危害
3.1对设备的损害
在卡钻、烧钻以及埋钻等事故发生过程中，会大幅度增加钻具的回转扭矩，并随之增大了动力和钻机设备的负荷，导致无法正确运转设备而造成损坏。当堵塞现象出现在钻具或钻孔中时，钻孔中的冲洗液会不断循环流动，使泵损坏，导致泥浆泵的压力过大。而人员也会在设备发生损坏时受到伤害。如高空落下的钻塔塔件，会砸到施工人员；钢丝拉断时会刮伤到员工；飞出的整体泥浆泵部件会伤害到员工等。
3.2对施工人员的危害
发生孔内事故会直接危害到施工人员的身体，一般地下埋藏的各种各样管线都会在工程勘察钻探时遇到，特别是输电管道，若此时发生孔内事故，就极易造成施工人员触电身亡，这种伤亡问题也会发生在员工排除孔内故障的过程中。员工通常只凭经验来处理孔内故障，由于其看不到、摸不着，无法确定采用方法的正确性。同时，人员伤亡情况还会因为操作不规范以及处理事故不科学而发生。
3.3钻孔事故造成质量事故
为了进一步了解当地的地质状况，就必须对地质进行钻孔；高深度的钻井施工是为了采集各种矿产资源；当钻孔达不到预定目的，对孔内事故处理不当，就很容易发生质量事故。若无法及时处理孔内事故，就会报废全部的钻孔。另外，一些钻孔规范要求，必须在原来的孔位进行钻孔，不能对孔位进行挪动。
4认识和体会
由于该孔内岩石构造大多是第一次揭露，孔内情况复杂，造成施工过程一波三折，最后以事故孔提前终孔。因此有必要对该孔的施工经验进行总结，为以后的工作提供参考。
4.1钻孔技术问题
（1）由于对该孔的岩石构造不甚了解，孔内设计准备不足，以至遇施工难题时应变措施和方法不当。
（2）岩层变化大，机班长不能及时判断对冲洗液的浓度、给进压力、转速作出相应调整，是上部钻进太慢的原因。
（3）遇富承压水的深大破碎断层应对措施欠缺，在承压地下水稀释了冲洗液浓度的情况下，未作应变措施就强行钻进，造成孔内卡钻事故，在处理卡钻事故时又发生断钻杆丢钻具的二次事故，教训是深刻的。
（4）如此复杂的深孔采用BL--150型高压水泵供水量及水压不足，不能及时排除孔内岩粉，应及时作出改变，采用3BWB－250型高压泥浆泵，可能会有不一样的效果。
4.2泥浆冲洗液问题
对于本孔口径φ75钻进间隙小的特点，矿区多年的钻探生产经验，结合钻孔的地质情况，选用冲洗液泥浆性能数据如下表：
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泥粉采用韶关本地生产的250目粘土粉.
聚丙烯酰胺（PAM），产品质量参数为：分子量150W，含量7%，水解度30%。水解配方为：PAM：NaPH：H2O＝100：1.5：750。
4.3施工环境安全问题
钻探工程作业人员位于地下760m的地下矿坑内，钻进施工工作环境可以用“恶劣”来形容：精神视觉压抑，空气流通不畅，气温高达30℃；如此环境使得钻工身心俱损，长时间施工作业注意力不够集中，容易发生安全事故。
5孔内事故的基本处理方法
5.1提拉
慢速提拉时可采用升降机，在此过程中，不可突然加力，要注意升降机的操作，可采用缓冲式强力提拉，要逐级加力；提拉力不得超过钻塔天轮梁的最大承载和升降机的最大允许荷载。
5.2吊窜
当孔内有劲时，应即刻对钻进施工采取停止，并对钻具进行提升，当到达一定高度时，运用自身的重量向下回送。以此重复上拉下送的运动，对孔壁间与粗径钻具和掉块卡钻间的挤夹力进行排除，使钻孔内的阻力得到疏通。
5.3扫孔
对于孔内的故障，也可采用水泵送水边回钻等方式进行排除，在掉块卡钻的情况下，比较适用这种方法。
5.4锤震
对于被挤夹的钻具，可在孔内使用掉锤进行向上或向下震打，经过对钻具的震击，达到解除事故的目的，进而对事故钻具周围的挤夹力进行消除或减少。在中深孔或浅孔中比较适用这种方法。孔浅震打效果较好，能传达震动力到钻具被挤夹处，采用150kg-200kg重量的吊锤效果最佳。
5.5引拔
为了把孔内挤夹的机具引拔出来，可使用专门的超重机械向上顶。与升降机相比，起重机的引拔力较大，操作过程类似于提拉，通常使用100t螺旋起重机或75t-150t液压起重机。
5.6反取
若在去除故障时，上述方法无法达到目的，可利用左旋钻具分批反掉取出孔内的钻杆，最后再对岩心管和钻头进行处理。可使用左旋钻杆进行反取，与孔内钻杆规格相比，其规格要大一级，这样才能保证顺利进行反取作业。
5.7切割
岩心管被烧住或被夹紧时最常使用的一种方法就是切割，这种方法主要是在反取出全部上部钻杆后，因挤夹力度太大，无法取出只剩下的钻头和岩心管所采用的唯一方法。需要把岩心管上部的小钻铤和钻铤，再进行切割。
结束语：
总之，坑内深孔钻探工程施工要从工作环境，钻孔设计到施工过程都做好充分的准备工作，如作业工人的心理补导，施工区完善给排风设备，加强岗前安全技术培训，准备充分的钻进技术应变措施等等。
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论文作者:容宪文
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：钻孔论文; 事故论文; 砂岩论文; 钻杆论文; 钻具论文; 地质论文; 岩心论文; 《基层建设》2019年第28期论文;