礦山巖芯鉆探施工中常見孔內事故的分析與處理

李偉雄

（福建省第二地質勘探大隊，福建永安366000）

礦山巖芯鉆探施工中常見孔內事故的分析與處理

李偉雄*

（福建省第二地質勘探大隊，福建永安366000）

在礦山巖芯鉆探經常會出各種不同的孔內事故，如因地層原因誘發(fā)的漏水、掉塊、坍塌，從而引發(fā)卡鉆、燒鉆、埋鉆、斷鉆桿、掉鉆頭等孔內事故。事故發(fā)生后，原因分析至關重要，分析得當，事故處理起來就順利，有時能起到事半功倍的效果。

巖芯鉆探；孔內事故；分析與處理

1　概述

在礦山巖芯鉆探施工過程中，不可避免會發(fā)生這樣或那樣的事故，這樣事故主要包括，如自然條件引發(fā)的：山體滑坡、道路垮塌、機場塌方等；機械設備引發(fā)的如：機械故障（柴油機、水泵）、鉆塔變形、跑鉆、活動工作臺（鳥籠）上竄、斷鉆桿、掉鉆頭等；因地層破碎、松軟造成漏水、掉塊、坍塌、從而誘發(fā)卡鉆、燒鉆、埋鉆等事故。事故的發(fā)生，勢必加大人力、物力、材料的投入，最終造成的一是經濟損失，二是耽誤施工工期導致失去誠信。如何有效減少和避免事故的發(fā)生，特別是孔內事故的發(fā)生，現(xiàn)已成為鉆探施工管理人員的一項重要課題，同時孔內事故發(fā)生的多少、以及事故處理的快慢與否，也正是衡量機臺操作人員（機、班長）技術水平高低的一項重要依據(jù)。

2　礦山鉆探常見的孔內事故

（1）卡鉆；

（2）埋鉆；

（3）燒鉆；

（4）斷鉆桿；

（5）鉆桿脫扣；

（6）繩索取芯鋼絲繩掉入鉆孔。

3　常見孔內事故的分析與處理

孔內事故大多是由于地層的復雜，如破碎、松散造成的。而破碎、松散的地層，往往又容易漏水、掉塊、縮徑、坍塌。在這樣復雜的地層施工要隨時觀察注意孔內的返水情況和鉆進施工時機械設備產生的聲響來判斷孔內的異常情況，發(fā)現(xiàn)問題及時關車提鉆，避免事故的發(fā)生。一旦事故發(fā)生，要冷靜對待、認真分析事故原因，采取相應措施加以處理。

3.1卡鉆事故的分析與處理

卡鉆原因分析：主要是有異物掉入正在施工中的鉆孔內中所造成的。金剛石繩索取芯正常施工的鉆孔與鉆桿的環(huán)狀間隙很小，小口徑鉆桿外徑?71mm，而鉆頭直徑是?77mm（我隊施工的鉆頭直徑），實際的單邊間隙只有3mm，只要有硬度稍大一點的異物掉入孔內就有可能造成卡鉆事故。掉物原因可能有以下幾種一是員工不小心將機場東西碰到而掉入孔內；二是鉆孔地層破碎，造成掉塊；三是孔壁可能存在活石（探頭石）。

處理的辦法：一是教育員工下完鉆后，及時將鉆孔周圍的物件清理干凈，保證鉆孔附近無雜物。二若是發(fā)生卡鉆事故，不論掉物還是在破碎地層施工，一旦發(fā)現(xiàn)有憋車現(xiàn)象時，首先要減速，然后慢慢上下活動鉆桿直至將鉆桿提出。如果鉆桿被卡死轉不動，在孔淺時可以采用打吊錘的方法處理。若深孔則要認真分析產生卡鉆原因，采取相應措施進行處理最后實在不得已采用反鉆桿，擴孔方法處理。三活石（探頭石）正常鉆進時一般不會卡鉆，主要是在提下鉆時容易發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，只要上下活動來回轉動就可以通過。每次提下鉆到活石位置時要慢提、輕下，在下鉆遇下不去時，來回轉動一下鉆桿方向，若還是下不去，對上主動鉆桿采取輕輕掃孔的方法處理即可。

3.2埋鉆事故的分析與處理

埋鉆原因分析：地層松軟是埋鉆的主要因素，如煤系（粉狀）地層的施工，防止孔內坍塌是施工的重要環(huán)節(jié)之一。由于地層松軟，加上鉆孔液助劑泥漿材料選用不合理，循環(huán)泥漿難以支撐護壁就容易發(fā)生孔內坍塌現(xiàn)象，一旦沖洗液無法送入孔底形成循環(huán)，稍不留神就會引發(fā)埋鉆事故。另外泥漿過稀無法將孔內巖粉帶出，一旦停機過久也是埋鉆事故的原因之一。有時泥漿泵（故障）壓力不足，沖洗液無法正常循環(huán)，孔底沉渣無法排出，也容易造成埋鉆事故的發(fā)生。由此可見，正確使用泥漿材料是預防鉆孔坍塌，避免埋鉆事故的有效措施。

事故處理：處理方法主要是調制合理配方的沖洗液，首先將孔內鉆桿反掉，然后重新下鉆將配置好的沖洗液從鉆桿中泵送至事故頭位置進行反復沖孔（清孔），通過這種方式讓泥漿沖洗液在孔內環(huán)循環(huán)把坍塌的沉渣帶出孔口并撈除掉。根據(jù)撈出沉渣的情況判斷孔內是否干凈，可用鉆桿直接去對事故頭，如若鉆桿對不上則需要用撈錐對，對上后開泵送水慢慢轉動鉆具并輕輕上下提動鉆具，若孔內干凈孔內事故鉆具就可以處理上來。二是采用小一徑鉆具掃孔直至穿過事故位置，進行沖孔循環(huán)將孔內沉渣帶出鉆孔，然后再進行打撈一般情況下通過這樣的方式事故都能處理上來。如果還是處理不上來，說明埋鉆嚴重通過清孔無法處理，最后只得采用消滅鉆具的方法來處理事故。

3.3燒鉆事故的分析與處理

事故原因分析：燒鉆事故主要原因是地層破碎鉆孔水量大量流失，鉆孔底部鉆頭位置沒有足夠的冷卻水冷卻高速運轉的鉆頭，造成鉆頭炙熱融化與巖石沾粘在一起形成燒鉆。

事故處理：將孔內鉆桿、鉆具全部反掉，采用小一經的鉆頭進行鉆進并超過鉆頭底部10cm左右（掏心處理），然后打撈即可。如若撈不上來，加工一帶導向的鉆頭，導向前端配有小經鉆頭，讓導向部位進入事故鉆頭內徑進行消滅鉆頭處理，事故鉆頭處理好后清孔將孔內鐵銷清理干凈，方可下鉆鉆進。

3.4斷鉆桿、鉆桿脫扣事故的分析與處理

事故原因分析：斷鉆桿與鉆桿脫扣有些類似，都是鉆桿掉入孔內，問題都出自鉆桿絲扣部位。原因一是鉆桿使用年限過長絲扣磨損；二是鉆桿在搬遷過程中絲扣部位受到創(chuàng)傷，操作人員的粗心大意，在下鉆時沒有認真檢查絲扣情況；三是下鉆時絲扣沒有上緊，造成該類事故的發(fā)生。

事故處理：①鉆桿在正常鉆進過程中折斷或者是脫扣，首先將上部鉆桿提出鉆孔檢查，如果是鉆桿絲扣部位折斷，下?65mm正絲公錐打撈即可；若是因憋車鉆桿脫扣，提鉆檢查絲扣是否完好，若完好情況下可以采用直接下鉆桿去對接的方法進行處理。②如果是在提下鉆時斷桿或者是絲扣沒有上緊造成跑鉆，鉆桿掉入孔內。那就要視孔深的情況而定，孔淺還好，若孔深鉆桿就有可能在重力加速度的作用下，使鉆桿絲扣部位因擠壓變形擴張卡在孔壁上，且還可能多處?？诇\先下鉆桿去對，對上后輕輕上下提動，看是否有阻力，沒有就提鉆檢查鉆桿情況，沒問題重新下鉆施工即可，若鉆桿變形則需要更換鉆桿后繼續(xù)施工。如若孔深斷桿跑鉆，首先也是用鉆桿下去對，對上后輕輕提動，能動再繼續(xù)上提直至提不動為止。提不動后采用反鉆桿的辦法處理，能反多少是多少，根據(jù)反上來的絲扣情況再進行分析處理，若是絲扣處變形撐大卡住孔壁，那就要用平面鉆頭將絲扣部分消滅掉，再下反絲公錐去打撈吃扣后輕輕上提，能動就繼續(xù)上提直至提不動為止，提不動后就將鉆桿反掉，如此重復進行直至事故全部處理結束為止。事故處理好后不可直接下鉆施工，一定要重新調配好沖洗液進行沖孔循環(huán)，將孔內的鐵銷等渣清干凈方能再繼續(xù)施工。

3.5繩取鋼絲繩掉入鉆孔事故的分析與處理

事故原因分析：這類事故主要是人為粗心大意造成的，一是平時沒有認真檢查鋼絲繩的磨損情況或是鋼絲繩接頭沒有接牢固；二是在取芯時孔內有卡現(xiàn)象（有時鉆桿脫扣，內管被錯位鉆桿阻擋），仍然強力提拉，造成鋼絲繩連同內管總成一同掉入鉆孔內。

事故處理：①若是取芯時鋼絲繩折斷掉入鉆孔內，加工一打撈工具，打撈工具用?22mm圓鋼長度在1m左右，前端80cm倒尖，以便穿入鉆孔內鋼絲繩中。圓鋼上每隔15cm處交錯焊倒鉤，倒鉤用直徑?6mm長度2.5cm左右的鋼筋即可,圓鋼另一頭加工一與?71mm鉆桿絲扣連接。打撈時用鉆桿將打撈鉤送入事故處，給一定的壓力用自由鉗轉動鉆桿，慢慢下放鉆桿，待打撈工具插入一定深度后，輕輕提動鉆桿，感覺有打撈到即可提鉆，如若沒有打撈到重復打撈即可。②若是因為鉆桿脫扣造成取芯時的鋼絲繩折斷，首先要將脫扣上部鉆桿提出鉆孔，再用以上的方法進行處理。鋼絲繩處理上來以后，看脫扣的鉆桿絲扣情況，若絲扣完好，將原鉆桿下至脫扣位置，對上絲扣即可以繼續(xù)鉆進施工。③有時鋼絲繩處理并不是那么的順利，要經過好幾趟才能處理上來，有時內管總成還會卡在孔底，那么提鉆將外管提上來，看是否能將內管總成帶上來，如果沒有，下鉆到孔底，鉆進20～30cm采芯提鉆即可。

4　孔內事故的預防措施

（1）孔內事故預防最有效的方法就是隔離法，也就是采用套管進行隔離的辦法。為此要求施工人員在承接到鉆探施工項目時要認真查看項目相關地質資料，與地質人員溝通了解施工地層大致情況，并根據(jù)礦區(qū)情況合理配備施工機具，正常情況施工，我們得準備終孔大兩徑的鉆具開孔，若地層復雜破碎，或者是易坍塌地層，原則上還要多上一兩徑，以備不測。誠然，也要考慮運輸及搬遷的成本費用。如終孔直徑?71mm，開孔基本上是用?110mm或者是?91mm開孔，視地層情況而定，但有一條原則就是要求套管一定要坐落在完整的基巖上，這樣才能有效將破碎松散層隔離。

（2）孔內事故預防的第二個辦法，就是合理選用沖洗液助劑（泥漿材料）。液助劑材料的合理使用也是避免孔內事故的重要舉措之一，液助劑使用得當不僅可以有效預防鉆孔坍塌、掉塊、縮徑等事故，同時它還能有效排除孔內沉渣，提高鉆進施工進度，降低生產成本。因此沖洗液的選用十分重要，只有根據(jù)不同的地層與采用不同沖洗液的相互匹配，才能有效循環(huán)鉆孔，保障孔內的干凈，使鉆進施工的正常進行，以至于確保施工工期順利完成。

5　礦區(qū)施工實踐

5.1福建省安溪黃厝坪鐵礦區(qū)復雜地層鉆孔護壁堵漏實踐

該礦區(qū)ZK01號鉆孔設計孔深700m，在397.8m前多達20余處地層漏水嚴重，鉆孔多處地層不返水，一時孔底無水、一時又是鉆孔中部漏水，孔內經常憋車，孔內沉渣無法排出，稍不留神就可能造成卡鉆或者是燒鉆事故。該鉆孔可以說少則1d、多則2～3d就得進行一次鉆孔堵漏處理，處理事故時間遠多于施工時間。不得已在397.8m前多次拔起套管重新?lián)Q經擴孔，乃至用?96mm鉆桿當套管用；期間各種堵漏方法均采用，如在泥漿中加入海帶、鋸木屑、破棉絮，用SZ803隨鉆堵漏劑＋鋸屑、灌注水泥、采用堵漏王堵漏等，即便如此還是無法改變漏水嚴重之狀況，最后只得采用頂漏鉆進施工至終孔深度。

礦區(qū)地層資料為：0～380m為pt2-3l石英云母片巖；380～480m為泥巖夾細砂巖；480～620m為灰?guī)r同時可能存在溶洞；620～730m為矽卡巖化帶礦體；750m后為花崗巖。ZK01號鉆孔開孔采用?110mm鉆具鉆進至26.47 m進入基巖，下?108mm套管，換?96mm金剛石繩索取芯鉆具。在26.47～56.55m孔段多處漏水，灌水泥漿堵漏無效，拔起?108mm套管，沿26.47m處換?110mm鉆具擴孔至56.55m進入完整地層重新下入?108mm套管，換?77mm繩索取芯鉆具鉆進至86.80m時，孔內又出現(xiàn)嚴重漏水，經測無水位，采用SZ803隨鉆堵漏劑進行堵漏無效，后灌注水泥漿將裂隙堵住。隨后施工129.48 m處，期間有6處地層漏失嚴重，采用灌水泥堵漏，在水泥漿中添加鋸屑和海帶及破棉絮等物進行堵漏效果均不理想。最后將上部?108mm套管全部撥出，先用?130mm鉆具擴孔，擴至52.85m處下?127mm套管；用?110mm鉆具從52.85m處繼續(xù)下擴，終因多種原因至89.10m時擴不動，下入?108mm套管，對上部地層進行隔離。換?96mm繩索取芯鉆具進行鉆進施工。鉆至142.37m時，鉆桿不慎脫扣，經過數(shù)日處理后，將?96mm鉆桿做為套管放置在142.37m處。換?75mm繩索取芯鉆具鉆進至397.8m處期間又有9處地層漏失嚴重，不得已采用頂漏鉆進至終孔深度。

5.2福建省清流曾家?guī)X礦區(qū)煤系復雜地層施工實踐

該礦區(qū)ZK01鉆孔設計孔深650m采用?110mm鉆具開孔，采用聚丙烯酰胺和高粘羧甲基纖維素作為沖洗循環(huán)液，施工至382.5m處進入煤系地層感覺有坍塌現(xiàn)象，由于當班操作人員大意，沒有采取必要的防范措施，仍然繼續(xù)施工從而引起塌孔，造成埋鉆事故的發(fā)生。分隊技術人員趕到現(xiàn)場，根據(jù)當班操作人員的描述和班報表記錄及孔內返水情況分析，確認埋鉆，當即將現(xiàn)場情況反饋到分隊，建議分隊調集水玻璃作為循環(huán)液進行清孔撈渣處理。在調集水玻璃的同時機臺人員先將鉆桿反上來，水玻璃運到現(xiàn)場后，技術人員按照一定的比例調制好沖洗液進行孔內循環(huán)，經過十幾天的循環(huán)撈渣效果并不理想。后采用小一經的鉆具進行掃孔通過事故孔深，繼續(xù)進行循環(huán)清孔，就這樣反反復復進行了20多天的清孔、掃孔、清孔最后總算是將事故鉆具處理上來。在繼續(xù)施工的過程中時常有小的坍塌情況，經過處理都過去了，施工至638.86m處時遇到粉煤層，又發(fā)生孔內坍塌埋鉆事故，技術人員仍然按照上次的方法進行處理，結果是處理了20多天沒有結果。分隊向地質部門建議是否可以提前終孔，因為煤系地層沒有打穿地質不同意，沒辦法只能繼續(xù)處理。分隊及大隊相關技術人員全部趕往現(xiàn)場進行分析原因，最后認為水玻璃不適應該地層坍塌的處理，建議使用山東省出的高嶺土，于是調集山東省某廠家調配好的高嶺土到現(xiàn)場，首先將孔內的水玻璃循環(huán)沖洗液全部替換成高嶺土沖洗液進行孔內循環(huán)，經過數(shù)日的小經掃孔清孔撈渣處理，孔壁總算是支撐住了沒有繼續(xù)坍塌，隨后將事故鉆具打撈上來，該鉆孔最后以650.65m終孔。

6　結語

實踐證明，在承擔礦區(qū)鉆探任務后，要認真收集相關資料、分析礦區(qū)施工條件與地層特點，除尋求與地層相適應的鉆探機具外，應判斷鉆探中可能出現(xiàn)的問題，制訂出合理妥當?shù)慕鉀Q方案，才能有效達到低耗、高效、確保質量的目標。在松散、破碎的煤系和石英云母片巖等裂隙較為發(fā)育的復雜地層施工，首先要解決的是鉆孔坍塌及漏失的問題。要解決這2個問題必須結合礦區(qū)的施工實踐，選擇和探討適合本礦區(qū)坍塌及漏失特征的機具、泥漿材料、施工工藝和施工方法，這樣才能確保施工進度和質量。

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1004-5716(2016)11-0064-04

2016-06-17

2016-06-23

李偉雄（1969-），男（漢族），廣東梅州人，助理工程師，現(xiàn)從事礦山巖芯鉆探安全管理工作。