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摘 要：黄陵二号煤矿一、三盘区井田勘探中探索和总结工艺，选择合理的设备和机具，使用适合的泥浆体系，特别是采用机械回转钻进方法，钻头为PDC钻头和硬质合金钻头，大幅度提高了钻探效率，减少孔内事故，保证施工质量，该工艺对该地区钻探施工具有重要意义。
关键词：煤田勘探；钻探工艺；钻头；泥浆配置
中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
二号煤矿位于陕西省黄陵县西北，东距县城约55km，行政区划属黄陵县双龙镇管辖， 一、三盘区位于煤矿西南部。为了促进地方经济发展，加快黄陵地区能源建设步伐，为煤矿建设项目提供可靠的地质依据，2012年黄陵矿业集团委托一九四队对该井田进行勘探。
1.1地理条件
本区位于黄陵矿区中部，据地表出露及钻孔揭露，本区地层由老至新依次有：三叠系上统瓦窑堡组(T3W)；侏罗系下统富县组(J1f)；中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a)；白垩系下统洛河组(K1L)、新近系(N)、第四系(Q)
1.2 区域构造
二号煤矿位于黄陵矿区西北部，为一倾向北西-北西西的单斜构造，地层倾角一般1-5°，局部达7-15°。根据2号煤层底板等高线推断，盘区北部及中部有2个古隆起区域，在该区域煤层沉积较薄至不可采。盘区内未发现断层及岩浆岩活动，构造属简单类型。
钻探工作量
本次设计钻孔52个，工程量29697.00m，其中探煤孔48个，工程量27762.00m，探煤兼水文孔4个，工程量1935.00m，工程量为1100.00m。
1.4施工主要困难
（1）上部覆盖层较厚，一般在60~120m，上部基岩风化严重，与覆盖层交界处易漏失，部分孔段岩心采取率较低。
（2）部分孔段较破碎，易发生岩心堵塞现象，影响钻探效率。
（3）钻进时岩粉较多，不易排出，易发生憋泵现象，严重时发生埋钻等孔内事故。
2钻探设备及钻探方法
2.1设备选择
本次钻探施工钻孔平均设计孔深为571米，最大设计孔深为746米，因此钻探设备选型综合考虑地层、孔深、施工效率及进度等因素，选用主力机型为XY-6B型钻机，钻进能力为1500米，完全能满足本井田勘探施工要求。
2.2 钻进方法
井田地表大部分被第四系黄土覆盖，地质构造较为简单，地层相对比较稳定，岩石硬度属中硬级别，其中延安组第三段为中粒砂岩及井田西部边缘一带直罗组为中粗粒砂岩，因此地层地质条件及岩层可钻性，选用PDC钻头和硬质合金钻头，采用机械回转钻进方法。
2.3 钻进参数
3钻进工艺
3.1探煤孔钻探施工工艺
本井田要求全孔取芯，因此分三段进行施工：
（1）第四系及新近系钻进工艺：采用三翼钻头在钻进，遇到孔口坍塌严重时，下入φ168mm的表层套管。
（2）岩层中钻进工艺：采用PDC钻头或硬质合金钻头钻进，单管卡断器取芯钻具，以保证岩层的采取率。
（3）煤层中钻进工艺：采用S75单动双管取芯器施工工艺，单动性能好，回次采取率可达90%以上。
3.2 水文工程孔钻进工艺
水文工程孔煤岩层力学样采样钻
孔按照规定选用大口径单动双管取芯
钻具采取，岩煤芯直径不小于80mm。
此次水文工程孔钻进工艺选用φ215mm
PDC复合片或牙轮钻头扩孔至止水位置，
止水层位以上选用φ168mm止水管，
下部抽水层位采用φ133mm的裸眼。
孔口选用φ273mm的表层套管，防止孔 水文孔结构图
口坍塌。
（1）扩孔：采用φ445mm牙轮钻头扩孔到见基岩2m，下入φ273mm表层套管，扩孔钻具要带扶正器，钻头要带有导向，优选钻进参数，确保扩孔时不发生偏斜。
（2）下套管：下套管前必须进行探孔深及校正孔深，确认止水位置，套管每隔10m必须有一组扶正器。同时对止水套管外壁进行渗油处理以便起下，认真检查套管丝扣和套管垂直度，保证套管连接质量和下入深度。
（3）止水：临时止水器一般选用上托盘式止水器。下入孔内的套管深度确认后，进行止水效果检查。(如果抽水孔做为长观孔使用，止水应该采用永久止水。)
（4）洗井：主要采用液态CO2洗井，同时辅助刷孔器和活塞式联合机械洗井的方法。
（5）抽水设备：抽水选用压风机或者潜水泵抽水。地面测量装置按照水文地质设计和要求安装齐全、正确。
（6）抽水试验：严格按照水文地质设计执行，做好原始记录，确保抽水试验数据的完整和准确。
3.3冲洗液及护壁
（1）第四系黄土层：采用配置优质泥浆钻进，防止坍塌、埋钻。
（2）岩煤层钻进：采用PHP-PAN不分散低固相泥浆钻进。配方为：清水1m3+优质膨润土3-4%+Na2CO30.1-0.3%搅拌制成原浆+PHP(水解度30%)100-150ppm+PAN100-150ppm搅拌均匀；性能指标：比重1.03-1.08g/cm3，粘度18-25s，含砂量小于0.2%，失水量10-20ml/30min，PH=7.5-9。
（3）水文孔钻进：水文孔钻进特别是含水层采用清水钻进或无固相冲洗液，确保含水层渗透性。
（4）冲洗液的管理：钻机机长负责冲洗液的配置、测试、调整及管理。为确保冲洗液的良好和净化工作，循环槽长度不低于15米，沉淀池不低于2个，要求每班坚持捞沙及沉淀池清理工作。钻场应配备有粘度计、比重计、含沙量杯及PH试纸等简易测试工具，每班至少测定冲洗液性能一次。对冲洗液使用的各种处理剂，应熟知其性能和使用办法，添加时应缓慢均匀，严禁向冲洗液中任意添加清水，破坏冲洗液的性能，导致冲洗液性能变壞。
3.4岩、煤芯采取
（1） 回次进尺不应超过岩心管有效长度。为保证岩煤芯编录的准确性和完整性，提高钻孔质量，采用S75单动双管取煤器(改进式绳索取心器)；对采取岩煤层力学试验样的钻孔采用大口径单动双管取心器。
（2）煤层钻进时，技术参数要合理，钻压控制在600-800Kg,立轴转速以中低速为准，应当控制在100r/min以内，冲洗液量掌握在100L/min以内。进尺要均匀，使煤芯能自然顺利进入容纳管,严禁提动钻具和停泵干钻取芯。
（3）使用岩芯切断器时，必须认真检查卡簧是否灵活、可靠，可用上一次岩心进行试验，不合格的坚决更换。接到见煤通知书后，应严格执行守煤制度及班长负责操作制并制定“打煤”措施。认真做好判层记录，取出岩煤芯后，应按原状顺序摆放，并妥善保管。
3.5孔斜预防
（1）坚持开孔验收制度，对钻机稳固、周正、水平进行检查和校正；保证提引器、立轴及孔口中心位于同一直线；复查地基、基台木平整坚实、稳固。认真检查使用钻具。对钻头内外出刃不一的坚决禁止下入孔内；钻杆、钻铤、岩心管不直、丝扣不正的绝不使用。
（2）选用合理的钻具组合。开孔时应逐次加长岩心管，直至正常长度，随孔深增加钻铤，直至钻铤重量超过所需钻压的20%，换径扩孔时要使用同径钻具导向；换径时导向钻具要长，换径岩心管要短。选用合理的钻进参数，换径时应轻压慢转，钻头切削具磨钝时，严禁加压强行钻进。
（3）合理掌握钻进参数。按照规定每50m测斜一次，出现偏差时采取措施即使纠正。
3.6钻孔封闭
（1）钻孔封闭主要材料选用标号425号的水泥和纯净的细砂，禁止使用过期失效、受潮结块的水泥，水泥砂浆配比(重量比)为：水泥：水为1: 0.5-0.6，水泥砂浆采用泵注封孔。钻孔封闭前，必须使用稀泥浆或清水冲孔。准确计算封孔钻具下入深度，其下端应距孔底或隔离面3-5m。
（2）灌注砂浆提升钻具时，其下端不得提离砂浆面，防止出现脱浆现象。分段封孔时，所下入的隔离塞位置必须准确，并牢固可靠，每段封闭后，必须按地质设计要求深度取样检查，并保存砂浆样备查。全孔封闭后，应自孔口以下1-2m处灌注砂浆作为暗标。
（3）认真填写封孔报告书，机长、地质员、质检员和班长必须签字。封孔检查应在钻孔封闭90天后，进行启封检查，按地质设计要求取出砂样，进行妥善保管。
3.7钻进操作
（1）一人操作：每一个回次钻进时应由一人操作，不得随意提出钻具，钻进参数应均匀调整。钻进中注意观察各种仪表变化、机器运行及进尺速度等情况，发现异常，必须及时处理。钻进过程中，应有专人观察泥浆泵工作情况，严禁使用三通阀调节流量。
（2）孔底必须保持洁净，不得残留金属及磨料等杂物，换钻头、换径后必须磨合和修整孔壁台阶。下钻遇阻经转动钻具无效时；钻进同类岩石时效突降时；岩芯堵塞及发现烧钻征兆时必须提钻。钻头和扩孔器必须排队使用，钻头先使用外径大内径小的，扩孔器先使用外径大的。新钻头下孔时，应先轻压慢转，与孔底完全磨合后，再逐渐至正常规程参数。
（3）当钻头距井底0.3－0.5m，应先开泵冲孔然后轻压慢转至孔底，钻进数分钟后再施加正常参数。严格执行“五不扫”制度，既不用新钻头扫孔，扫残留岩芯，扫脱落岩芯，扫掉块，扫探头石。每回次均应检查内管总成并加注润滑油，保证弹卡钳动作灵活、单动性能良好，间隙调整适应，卡簧卡芯可靠。
（4）建立健全钻头及扩孔器的保管、使用制度：由专人保管、检查与回收，登记造册，卡片建档，排队使用。
4 结语
在黄陵地区钻探施工，根据当地的地层特点，选用合理的设备、机具，使用合理的泥浆体系，探索出合适当地特点的钻探施工工艺，保證钻孔质量，减少孔内事故，提高了钻探效率，对该地区大量钻孔施工有很大帮助。
参考文献：
[1] 汤凤林，段隆臣.岩心钻探学[M].湖北武汉：中国地质大学出版社，1997.
[2] 汪传武，张波，黄德强，等.马达加斯加Sakoa煤田钻探施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012,39（5）.
[3] 舒智.复杂地层深孔钻进关键技术的探讨与实践[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2009,36（S1）.
关键词：煤田勘探；钻探工艺；钻头；泥浆配置
中图分类号：X752 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
二号煤矿位于陕西省黄陵县西北，东距县城约55km，行政区划属黄陵县双龙镇管辖， 一、三盘区位于煤矿西南部。为了促进地方经济发展，加快黄陵地区能源建设步伐，为煤矿建设项目提供可靠的地质依据，2012年黄陵矿业集团委托一九四队对该井田进行勘探。
1.1地理条件
本区位于黄陵矿区中部，据地表出露及钻孔揭露，本区地层由老至新依次有：三叠系上统瓦窑堡组(T3W)；侏罗系下统富县组(J1f)；中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a)；白垩系下统洛河组(K1L)、新近系(N)、第四系(Q)
1.2 区域构造
二号煤矿位于黄陵矿区西北部，为一倾向北西-北西西的单斜构造，地层倾角一般1-5°，局部达7-15°。根据2号煤层底板等高线推断，盘区北部及中部有2个古隆起区域，在该区域煤层沉积较薄至不可采。盘区内未发现断层及岩浆岩活动，构造属简单类型。
钻探工作量
本次设计钻孔52个，工程量29697.00m，其中探煤孔48个，工程量27762.00m，探煤兼水文孔4个，工程量1935.00m，工程量为1100.00m。
1.4施工主要困难
（1）上部覆盖层较厚，一般在60~120m，上部基岩风化严重，与覆盖层交界处易漏失，部分孔段岩心采取率较低。
（2）部分孔段较破碎，易发生岩心堵塞现象，影响钻探效率。
（3）钻进时岩粉较多，不易排出，易发生憋泵现象，严重时发生埋钻等孔内事故。
2钻探设备及钻探方法
2.1设备选择
本次钻探施工钻孔平均设计孔深为571米，最大设计孔深为746米，因此钻探设备选型综合考虑地层、孔深、施工效率及进度等因素，选用主力机型为XY-6B型钻机，钻进能力为1500米，完全能满足本井田勘探施工要求。
2.2 钻进方法
井田地表大部分被第四系黄土覆盖，地质构造较为简单，地层相对比较稳定，岩石硬度属中硬级别，其中延安组第三段为中粒砂岩及井田西部边缘一带直罗组为中粗粒砂岩，因此地层地质条件及岩层可钻性，选用PDC钻头和硬质合金钻头，采用机械回转钻进方法。
2.3 钻进参数
3钻进工艺
3.1探煤孔钻探施工工艺
本井田要求全孔取芯，因此分三段进行施工：
（1）第四系及新近系钻进工艺：采用三翼钻头在钻进，遇到孔口坍塌严重时，下入φ168mm的表层套管。
（2）岩层中钻进工艺：采用PDC钻头或硬质合金钻头钻进，单管卡断器取芯钻具，以保证岩层的采取率。
（3）煤层中钻进工艺：采用S75单动双管取芯器施工工艺，单动性能好，回次采取率可达90%以上。
3.2 水文工程孔钻进工艺
水文工程孔煤岩层力学样采样钻
孔按照规定选用大口径单动双管取芯
钻具采取，岩煤芯直径不小于80mm。
此次水文工程孔钻进工艺选用φ215mm
PDC复合片或牙轮钻头扩孔至止水位置，
止水层位以上选用φ168mm止水管，
下部抽水层位采用φ133mm的裸眼。
孔口选用φ273mm的表层套管，防止孔 水文孔结构图
口坍塌。
（1）扩孔：采用φ445mm牙轮钻头扩孔到见基岩2m，下入φ273mm表层套管，扩孔钻具要带扶正器，钻头要带有导向，优选钻进参数，确保扩孔时不发生偏斜。
（2）下套管：下套管前必须进行探孔深及校正孔深，确认止水位置，套管每隔10m必须有一组扶正器。同时对止水套管外壁进行渗油处理以便起下，认真检查套管丝扣和套管垂直度，保证套管连接质量和下入深度。
（3）止水：临时止水器一般选用上托盘式止水器。下入孔内的套管深度确认后，进行止水效果检查。(如果抽水孔做为长观孔使用，止水应该采用永久止水。)
（4）洗井：主要采用液态CO2洗井，同时辅助刷孔器和活塞式联合机械洗井的方法。
（5）抽水设备：抽水选用压风机或者潜水泵抽水。地面测量装置按照水文地质设计和要求安装齐全、正确。
（6）抽水试验：严格按照水文地质设计执行，做好原始记录，确保抽水试验数据的完整和准确。
3.3冲洗液及护壁
（1）第四系黄土层：采用配置优质泥浆钻进，防止坍塌、埋钻。
（2）岩煤层钻进：采用PHP-PAN不分散低固相泥浆钻进。配方为：清水1m3+优质膨润土3-4%+Na2CO30.1-0.3%搅拌制成原浆+PHP(水解度30%)100-150ppm+PAN100-150ppm搅拌均匀；性能指标：比重1.03-1.08g/cm3，粘度18-25s，含砂量小于0.2%，失水量10-20ml/30min，PH=7.5-9。
（3）水文孔钻进：水文孔钻进特别是含水层采用清水钻进或无固相冲洗液，确保含水层渗透性。
（4）冲洗液的管理：钻机机长负责冲洗液的配置、测试、调整及管理。为确保冲洗液的良好和净化工作，循环槽长度不低于15米，沉淀池不低于2个，要求每班坚持捞沙及沉淀池清理工作。钻场应配备有粘度计、比重计、含沙量杯及PH试纸等简易测试工具，每班至少测定冲洗液性能一次。对冲洗液使用的各种处理剂，应熟知其性能和使用办法，添加时应缓慢均匀，严禁向冲洗液中任意添加清水，破坏冲洗液的性能，导致冲洗液性能变壞。
3.4岩、煤芯采取
（1） 回次进尺不应超过岩心管有效长度。为保证岩煤芯编录的准确性和完整性，提高钻孔质量，采用S75单动双管取煤器(改进式绳索取心器)；对采取岩煤层力学试验样的钻孔采用大口径单动双管取心器。
（2）煤层钻进时，技术参数要合理，钻压控制在600-800Kg,立轴转速以中低速为准，应当控制在100r/min以内，冲洗液量掌握在100L/min以内。进尺要均匀，使煤芯能自然顺利进入容纳管,严禁提动钻具和停泵干钻取芯。
（3）使用岩芯切断器时，必须认真检查卡簧是否灵活、可靠，可用上一次岩心进行试验，不合格的坚决更换。接到见煤通知书后，应严格执行守煤制度及班长负责操作制并制定“打煤”措施。认真做好判层记录，取出岩煤芯后，应按原状顺序摆放，并妥善保管。
3.5孔斜预防
（1）坚持开孔验收制度，对钻机稳固、周正、水平进行检查和校正；保证提引器、立轴及孔口中心位于同一直线；复查地基、基台木平整坚实、稳固。认真检查使用钻具。对钻头内外出刃不一的坚决禁止下入孔内；钻杆、钻铤、岩心管不直、丝扣不正的绝不使用。
（2）选用合理的钻具组合。开孔时应逐次加长岩心管，直至正常长度，随孔深增加钻铤，直至钻铤重量超过所需钻压的20%，换径扩孔时要使用同径钻具导向；换径时导向钻具要长，换径岩心管要短。选用合理的钻进参数，换径时应轻压慢转，钻头切削具磨钝时，严禁加压强行钻进。
（3）合理掌握钻进参数。按照规定每50m测斜一次，出现偏差时采取措施即使纠正。
3.6钻孔封闭
（1）钻孔封闭主要材料选用标号425号的水泥和纯净的细砂，禁止使用过期失效、受潮结块的水泥，水泥砂浆配比(重量比)为：水泥：水为1: 0.5-0.6，水泥砂浆采用泵注封孔。钻孔封闭前，必须使用稀泥浆或清水冲孔。准确计算封孔钻具下入深度，其下端应距孔底或隔离面3-5m。
（2）灌注砂浆提升钻具时，其下端不得提离砂浆面，防止出现脱浆现象。分段封孔时，所下入的隔离塞位置必须准确，并牢固可靠，每段封闭后，必须按地质设计要求深度取样检查，并保存砂浆样备查。全孔封闭后，应自孔口以下1-2m处灌注砂浆作为暗标。
（3）认真填写封孔报告书，机长、地质员、质检员和班长必须签字。封孔检查应在钻孔封闭90天后，进行启封检查，按地质设计要求取出砂样，进行妥善保管。
3.7钻进操作
（1）一人操作：每一个回次钻进时应由一人操作，不得随意提出钻具，钻进参数应均匀调整。钻进中注意观察各种仪表变化、机器运行及进尺速度等情况，发现异常，必须及时处理。钻进过程中，应有专人观察泥浆泵工作情况，严禁使用三通阀调节流量。
（2）孔底必须保持洁净，不得残留金属及磨料等杂物，换钻头、换径后必须磨合和修整孔壁台阶。下钻遇阻经转动钻具无效时；钻进同类岩石时效突降时；岩芯堵塞及发现烧钻征兆时必须提钻。钻头和扩孔器必须排队使用，钻头先使用外径大内径小的，扩孔器先使用外径大的。新钻头下孔时，应先轻压慢转，与孔底完全磨合后，再逐渐至正常规程参数。
（3）当钻头距井底0.3－0.5m，应先开泵冲孔然后轻压慢转至孔底，钻进数分钟后再施加正常参数。严格执行“五不扫”制度，既不用新钻头扫孔，扫残留岩芯，扫脱落岩芯，扫掉块，扫探头石。每回次均应检查内管总成并加注润滑油，保证弹卡钳动作灵活、单动性能良好，间隙调整适应，卡簧卡芯可靠。
（4）建立健全钻头及扩孔器的保管、使用制度：由专人保管、检查与回收，登记造册，卡片建档，排队使用。
4 结语
在黄陵地区钻探施工，根据当地的地层特点，选用合理的设备、机具，使用合理的泥浆体系，探索出合适当地特点的钻探施工工艺，保證钻孔质量，减少孔内事故，提高了钻探效率，对该地区大量钻孔施工有很大帮助。
参考文献：
[1] 汤凤林，段隆臣.岩心钻探学[M].湖北武汉：中国地质大学出版社，1997.
[2] 汪传武，张波，黄德强，等.马达加斯加Sakoa煤田钻探施工技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2012,39（5）.
[3] 舒智.复杂地层深孔钻进关键技术的探讨与实践[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2009,36（S1）.