深部找礦鉆探工程施工中的風險評價

張 娜

（山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272000）

由于最近幾年我國對地質勘探工作的持續(xù)性投入，礦產勘查工作水平逐漸得到有效提升，范圍也在逐漸外擴[1]。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，地表揭露礦和淺部礦的數(shù)量越來越少，但社會對礦產資源的需求量卻逐年增加，因而目前已發(fā)現(xiàn)的礦產資源儲量早已不能滿足我國國民經(jīng)濟迅速增長的現(xiàn)實需求。深部找礦（指的是500m～2000m）就顯得越發(fā)重要起來，發(fā)展為以后地質尋礦的重點方向。深部找礦需要深孔鉆進技術的從旁輔助，在鉆探施工過程中，時常會遭遇大量的施工技術難題。本文試在分析深部找礦鉆探施工風險評價方法的基礎上對其進行優(yōu)化調整。

1 深部找礦鉆探工程施工中的風險評價方法

1.1 破碎坍塌地帶和蝕變帶的取芯

在破碎帶和蝕變帶取芯上，存在取芯難度較大，采取率較低，很難完全滿足礦山地質設計的標準[2]。其次在破碎坍塌地帶上表現(xiàn)為鉆進難度較高，破碎嚴重，存在明顯擴徑，造成孔內時常發(fā)生事故問題；常常發(fā)生埋鉆、卡鉆等故障，一旦發(fā)生埋鉆、卡鉆等孔內事故問題，鉆具不是提取不上來，就是在孔內殘留部分鉆具，造成半截孔。比如，山西省某縣某礦區(qū)，地質設計要求上規(guī)定孔深為530m，主要有2臺鉆機在礦區(qū)內作業(yè)。一臺施工至190m處，遭遇較大斷裂層破碎帶，出現(xiàn)卡鉆事故，無法繼續(xù)施工下去；另一臺從開孔施工開始，地層內部巖石均比較破碎，至280m處突遇斷裂層破碎帶，導致上方大面積破碎，發(fā)生卡鉆事故，停工處理一個多月，也沒有處理好，最后孔內殘留15m長鉆具，對后續(xù)施工也會產生一系列的問題，且如此狀況之下兩個鉆孔均無法達到地質設計標準的600m孔深，因而也就無法為地質找礦提供有效的信息數(shù)據(jù)。

1.2 安全鉆井液密度闕值的確定

確定安全鉆井液密度闕值的主要作用就是不會引發(fā)大規(guī)模的井下故障，同時還可以確保井眼鉆井液密度的實際擴散范圍。按照已知的地層三壓力分布，聯(lián)系壓力限制規(guī)律，確定安全鉆井液密度的上下界限。其數(shù)學公式表示為。

上述數(shù)學公式中，Sb表示井下抽取壓力的標準系數(shù)，單位g/cm3；Sg表示井下壓強的標準系數(shù)，單位g/cm3；Δp 表示鉆井下部濃液的一般密度值，單位g/cm3；Sf表示井下斷裂壓力的標準系數(shù)，單位g/cm3；Sc表示循環(huán)損耗的一般系數(shù)，單位g/cm3；Sk表示井噴量，單位g/cm3；Pk表示壓差卡鉆的標準闕值，單位MPa；Pp表示裂隙內部壓強梯度，單位g/cm3；Pc`min表示礦井塌陷得到下限值，單位g/cm3；Pc`max表示礦井塌陷的上限值，單位g/cm3；Pf表示斷裂帶的壓強梯度，單位g/cm3；h代表井深，單位m。在安全鉆井液密度上下闕值的界定過程之中，在已知各個深度的地層壓力分布狀況的基礎下，設計系數(shù)可能夠按照礦山實際地質條件和操作經(jīng)驗求得確定值。

1.3 鉆井工程風險系數(shù)的計算

按照已經(jīng)求得的安全鉆井液密度上下闕值以及分布情況，我們能夠對鉆井工程中的風險系數(shù)進行精準計算，將風險發(fā)生的可能性以一種數(shù)學的方式表現(xiàn)出來，利用風險值的大小來評判風險發(fā)生的基本概率。常見的鉆探工程施工過程中，井下事故的力學經(jīng)驗機理研究證明，風險評價函數(shù)是基于鉆井液密度和地層壓力雙重結合的非線性二次函數(shù)。如果某種井下事關的風險評價函數(shù)的區(qū)間自變量組成的區(qū)間向量設為，那么其風險評價函數(shù)用數(shù)學公式表示為：

利用區(qū)間定義的數(shù)學運算規(guī)律，能夠獲取井下事故風險評價函數(shù)的闕值范圍內的特征參數(shù)：均值mct和偏差mrt，即：

那么相應的井下事故發(fā)生的風險系數(shù)用數(shù)學公式表示為：

上述公式中，xi代表井下事故的發(fā)生風險概率；t代表井下事故風險的類型；m表示風險函數(shù)；R 表示井下壓強值；表示礦下的安全區(qū)域。

2 實驗與效果分析

為了更加直觀具體地的看出本文設計的深部找礦鉆探工程施工中的風險評價方法的實際應用效果，特與傳統(tǒng)的風險評價方法進行對比，對其風險評價效果進行比較。

（1）實驗準備。為確保實驗的準確性，在保證其他實驗條件不變的情況下，將兩種風險評價方法置于相同的試驗環(huán)境之中，進行風險評價效率的相關實驗。

（2）實驗結果分析。實驗過程中，通過兩種不同的風險評價方法同時在相環(huán)境中進行工作，分析其風險評價能力的變化。實驗效果對比圖如下所示。

圖1 實驗結果對比圖

根據(jù)實驗結果的對比可以看出，本文提出的深部找礦鉆探工程施工中的風險評價方法在對井下故障發(fā)生幾率上的判別上具有明顯優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為其對風險的評價正確率遠高于傳統(tǒng)方法。

3 結語

本文對深部找礦鉆探工程施工中的風險評價進行分析，依托深部找礦工作機制，根據(jù)鉆探工程施工過程中遇到的技術難題，實現(xiàn)本文研究。實驗證明，本文提出的方法具有較高的有效性。希望本文的研究能夠為深部找礦鉆探方法對的實際應用提供理論依據(jù)。