摘要：本文結合《湖南省攸縣蘭村礦區上屋嶺區段煤炭普查》項目的繩索取心鉆探經驗，總結、分析、研究了在實際工作中經常遇到的鉆具級配、鉆孔結構設計、鉆進參數的經驗取值、鉆桿內壁、鉆孔壁泥皮的控制、調整及重大鉆探技術問題的處理等方面的問題，完成鉆孔8個，鉆探進尺6873.96米,特甲級孔率100%，臺月效率509米，鉆月效率623米。對提高繩鉆的巖煤心采取率、提高鉆探效率有較強的參考意義。
　　關鍵詞：繩索取心鉆探、鉆進參數經驗值、泥皮控制調整、間隙尺寸配合
　　
　　1、 勘查目的、工程概況
　　《湖南省攸縣蘭村礦區上屋嶺區段煤炭普查》項目，為湖南省國土資源廳2007年度省兩權價款招標資源勘查項目，項目編號：HN2006ZTB08。2007年7月10日下達了地質勘查任務書，項目編號為200603082，項目性質為新開。批準主要實物工作量為：1：10000地質修測7.0Km2，1：25000工程地質及環境地質測量各7.0Km2，生產井巷道測量10000m，鉆探6920m，測井6800m，預期提交（332+333+334）煤炭資源量2500萬噸。普查區位于湖南省攸縣東北部，距攸縣縣城直距約40km，行政區劃隸屬湖南省攸縣黃豐橋鎮管轄。
　　2、 主要技術要求
　　（1）礦區全部鉆孔特、甲級孔率應達85%，其中，特級孔率達40%；
　　（2）可采煤層煤芯采取率：長度采取率不低于80%；送樣采取率不低于60%。煤層結構清楚，煤芯不污染，不燃燒變質，不混入雜物。巖芯采取率三分二以上層段必須大于75%，其余段不得低于65%。其它礦層采取率不得低于85%；
　　（3）300米以內孔斜度不得超過5°，300米以后孔深每增加百米孔斜遞增1.5°。
　　3、 工程地質條件
　　上屋嶺區段出露地層從新到老有：第四系、下三疊統大冶組、上二疊統大隆組、上二疊統龍潭組上段及上二疊統龍潭組下段。
　　(1) 第四系(Q)：由黃、紅色粘土、亞粘土、砂礫石夾碎石等沖積層、殘坡積層組成，厚約5m。
　　(2) 下三疊統大冶組(T1d)：分布于蘭村向斜核部。上部為灰～青灰色泥灰巖、灰巖夾鈣質泥巖為主；中部為深灰色薄～中厚層硅質石灰巖夾硅質泥巖組成；下部為淺黃色鈣質泥巖及灰色泥灰巖互層組成。產菊石及瓣鰓類化石。全組厚大于400m。與下伏大隆組呈整合接觸。
　　(3) 上二疊統大隆組(P2d)：上部為深灰色薄～中厚層狀硅質巖、硅質灰巖為主，夾泥質灰巖、鈣質泥巖組成，水平層理發育，產菊石化石，厚52m；下部為深灰～灰黑色硅質泥巖、硅質灰巖、鈣質泥巖，夾硅質巖，產菊石及腕足類化石，厚63m。全組厚約115m。與下伏龍潭組整合接觸。
　　(4) 龍潭組上段(P2l2)：由長石石英砂巖、石英砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖及煤層組成，偶夾灰巖。本段含煤層7～12層。俗稱“含煤段”，主要可采煤層為2、5、6、9煤層。本段盛產櫛羊齒、大羽羊齒、瓣輪木、單羽羊齒等植物化石及海豆芽等動物化石，厚131～319m，平均厚214.85m。
　　(5) 龍潭組下段(P2l1)：以深灰色砂質泥巖、粉砂巖、泥巖為主，夾淺灰色細～中粒砂巖，局部夾鈣質泥巖、炭質泥巖。常含極不穩定的薄煤層，僅中部夾16煤層局部可采。總的含煤性差，俗稱“不含煤段”。本段總厚約450m。
　　4、 鉆探工作難點
　　（1）該礦區設計鉆孔均為深孔（最淺孔860m，最深孔1100m），給鉆探施工帶來了較大的難度；
　　（2）本礦區煤層層數多，加之煤層為粉煤對煤層的采取有較大的影響，會出現打薄打丟煤層的現象；
　　（3）該區地層傾角在30～60°之間，加之遇水敏性地層和灰巖破碎帶，從以往資料來看，本區為易斜地層。；
　　由此可見該區地層復雜，鉆探施工難度較大，因此要選擇合適的鉆進方法和鉆進工藝，以保證各項工作順利完成。
　　5、 鉆進方法
　　（1）鉆孔結構設計
　　鉆孔結構設計為：開孔孔徑Ф150mm，鉆進至完整基巖后下入Ф146mm井口管（其長度不得低于5m），逐級換徑，然后換用Ф91mm一徑到底。鉆孔結構設計如示意圖所示。
　　（2）鉆具級配
　　選用Ф87mm繩鉆鉆桿，公稱直徑91mm，鉆孔直徑Ф94mm,套管外徑108mm，套管壁厚5.23mm，裸眼環狀間隙4mm。
　　（3）設備選型
　　鉆機設備選用XY-5巖芯鉆機，BW-320泥漿泵。
　　6、 鉆進參數的選擇
　　泵壓、鉆壓表及轉速按經驗參考值
　　7、 影響鉆進效率、巖煤心采取率的因素及解決的措施
　　7.1泥漿的循環通道不正常，而是通過取心管內部循環。原因及處理：（1）取心管頭部與鉆頭接觸不正常，間隙過大，調整上部螺絲將間隙消除，阻止泥漿進入取心管。（2）取心管在管內未能卡緊，處于歪斜狀態，致使泥漿循環不正常。（3）鉆頭鉆取巖心的直徑應略大于取心管中卡心簧卡片下開口的直徑，能使巖心緊密旋進于取心管中，不留空隙，泥漿不能進入。（4）繩索取心主要適用堅硬和半堅硬的地層，而不適用于松散如沙的地層。如巖心松軟，可改用內管超前，帶半合管或底噴式、局部反循環鉆具鉆進。（5）在購買金剛石鉆頭及配件時，認真檢查鉆頭上鉆齒圓的直徑及鉆取的巖心直徑是否能達到卡心簧片剛好卡住，這是保證巖心采取率的關鍵所在。（6）隨著鉆孔的加深，鉆具的重量隨之增加，須隨時調整鉆進的壓力參數，基本保持鉆頭鉆進壓力均勻，使巖心順利進入取心管，保證鉆探的巖心采取率。（7）鉆頭嵌套的合金外齒應略大于鉆桿外徑1-2mm，使得鉆探出來的鉆孔孔徑略大于鉆桿直徑，給泥漿的循環留出通道，確保泥漿循環暢通、巖粉帶出順利。此嵌套參數正確與否，是充分發揮鉆機深孔作業性能、保證深孔作業順利進行的關鍵。（8）巖心堵塞、巖心未能進入內管，須提出內管總成，檢查內管、卡簧座與卡簧性能及配合，檢查更換鉆頭。（9）泥漿泵泵壓大小和流量控制直接影響到鉆進效率。在完整、較堅硬地層鉆進，適度增加泵壓，能促進孔內泥漿循環速度，減少泥漿在孔內的滯留時間，降低泥漿中固相物質沉淀機會，有利于高效、安全鉆進；在松軟地層鉆進，如一味增加泵壓，首先動力消耗增大，且鉆桿與孔壁間壓差增大，對孔壁的沖刷加劇，影響孔壁的穩定，造成沖洗液漏失和孔壁坍塌掉塊。故泵壓的選擇須根據孔深、孔壁穩定性、泥漿密度、鉆桿與孔壁間環狀間隙等情況綜合考慮。
　　7.2、泥漿質量不合格，泥漿配方或調配存在問題，造成泥漿性能不達標。在鉆桿內壁結有泥皮，鉆桿內徑縮小，影響打撈器和內管的升降，造成撈取巖心失敗。
　　（1）沖洗液類型的選擇
　　①穩定巖層中采用清水鉆進。
　　②煤系鉆進
　　煤系地層中鉆進時使用雙聚低固相泥漿。為進一步提高雙聚泥漿的質量，本區施工采用高造漿率、200目以細的粘土粉。坍塌較嚴重時，在雙聚泥漿中增加腐植酸鉀，以增加泥漿的護壁性能。
　　③在遇涌水、斷層破碎帶和煤系巖石松散層位施工，采用高比重的泥漿鉆進，加重劑選用重晶石粉。
　　（2）泥漿的性能指標
　　泥漿以低固相為主，基本材料純堿、膨潤土、聚丙烯酰胺、801、廣譜護壁劑見表
　　地層 密度 粘度 失水量
　　灰巖 1．03 20 10
　　煤系地層 1．08 25 8
　　（3）泥漿的凈化與管理
　　①沖洗液的凈化
　　按規范擺設泥漿循環系統，要求循環槽長度不得短于15m，寬不得低于300mm，高不得低于200mm，循環槽內每間隔1.5～2m設1擋板，便于沉砂，循環槽安裝坡度應為1/100。循環桶不得少于2個。
　　②泥漿管理
　　鉆機每小班明確專人兼泥漿員，在鉆探技術人員及機長的指導下，負責泥漿的調制、調配及泥漿日常的管理；按規定的比例和要求調配泥漿，各種化學處理劑不隨意亂加；鉆進過程中，每班現場測試泥漿性能指標（粘度、比重、失水量、含砂量）一次，并記錄在班報上。起鉆時，往孔內回灌泥漿以平衡因鉆具的抽吸作用而引起的地層壓力波動，防止塌孔。當泥漿性能變化時，應及時調整；現場保護好泥漿測試工具，用后清洗干凈擦干并妥善保管；鉆進過程中，每班應清理循環槽，每三天應清理沉淀池；泥漿循環系統搭棚避雨，防止雨水和地表水流入泥漿池內。
　　8、 施工效果
　　采用機械巖心繩索取心鉆探方法。2008年6月至2009年11月為施工期，開動鉆機1臺，施工鉆孔8個，計工程量6873.96m,鉆孔開孔直徑150mm,終孔直徑為91mm(3306孔為77mm)。完工鉆孔根據原煤炭部《煤田勘探鉆孔工程質量標準》綜合驗收，其質量等級為特級孔6個，甲級孔2個，特甲級孔率達施工鉆孔的100%，臺月效率509米，鉆月效率623米。
　　9、 結語
　　（1）通過精細配制泥漿，控制好鉆具內、鉆孔孔壁泥皮的產生，是將所鉆巖心、巖粉干凈帶出孔內、保證鉆進正常進行的前提，是繩牽取心鉆進工藝成功的重大技術問題；
　　（2）把好調整控制關，是提高巖心采取率的關鍵，同樣是確保鉆進正常進行的前提，如：取心管頭部與鉆頭、取心管卡緊周正、鉆頭嵌套的合金外齒與鉆桿外徑等之間的尺寸配合。
　　
　　參考文獻：
　　[1]韓廣德等，中國煤炭工業鉆探工程學.北京.煤炭工業出版社.2000.12
　　[2]鄢泰寧.巖土鉆掘工程學[M].武漢：中國地質大學出版社，2001.
　　[3]張相，繩索取心鉆進在新疆煤田地質勘探中的應用，中國煤炭地質，2007.3       論文網