浅谈煤下铝快速钻探成孔施工及事故预防措施

刘磊 张金来 张长春

河南省有色金属地质矿产局

引言

煤下铝，是由煤与铝的赋存地层决定的,在河南西部，煤主要赋存于二叠系，铝赋存于石炭系。因此，在河南特别是豫西地区，煤矿下有铝，并且煤下铝品质优、潜力大的情况较为普遍。目前河南开采的浅表铝土矿，基本处于300米以内，其自然延伸的深部铝土矿，我们既未查明更未开采。深部是可以找到大型乃至特大型铝土矿床的，这就是河南进行煤下铝整装勘查的理论依据。

1 钻孔终孔直径的选择

根据不同矿种的地质设计要求，采用根据国家标准制订的绳索取心金刚石岩心钻探钻具系列标准的口径终孔，一般不小于75mm。

1.1 岩矿心采取率

1）岩矿心采取率的计算公式：

2）按矿种确定最低采取率标准。一般分层采取率须达到65%。不取心或半取芯层位单独计算。

3）矿层、标志层及其上下盘(3m-5m）依不同矿种确定其采取率标准，一般平均采取率须达到80%。在厚度较大的含矿层中，以每进尺5m-10m计算平均采取率。

4）经证实的空洞、裂隙层段不计采取率。

1.2 岩矿心管理与保管应遵循DZ/T0032-1992第二章和DT/T0087规定。

1）要将岩矿心清洗干净，依孔深顺序摆好，断口面应互相衔接吻合，严禁颠倒混乱，严禁弄虚作假；破碎或粉状岩矿必须按岩矿心横断面积的等值面积摆放，不准任意拉长。

2）岩心箱应符合要求，并注明矿区、孔号、箱号、机号和孔深起止范围、岩心编号起止范围。

3）岩矿心按顺序用红漆编号，编写格式为块数回次号，字迹清晰，能长期保存。填好岩心隔板（岩心箱）；岩心牌放置位置的分隔板上，用色漆涂上记号。遇有残留岩心须在相邻回次中调整时，须征得地质人员同意。

针对岩层特点，依据岩石硬度、研磨性、完整程度和孔壁稳定性，结合口径、钻孔深度选择钻头和相应的钻探方法。

2 钻探设备选择和安装

2.1 根据钻孔地质条件、孔深、开孔顶角、钻进方法、钻孔结构、护孔方法和施工条件（水、电源及交通），合理选择钻探设备。浅孔、中深孔、施工常用钻探设备：

钻机型号：CS1000P6、XY-3、XY-4、XY-44、XY-5

泥浆泵型号：YBW-250、BW-250

钻塔型号：12～18米四脚塔或A字塔

煤下铝钻进应用YB235-70及GB3423-82标准，即φ150、130、110、96、76五种口径。用泥浆时，普通双管和绳索取心钻具也可配用超径钻头，其外径分别为78mm、97mm。钻具的级配系列，φ96mm以细的级配，按国家标准GB3423—82的规定，保持与金刚石钻具的互换性；φ110以粗的级配，仍沿用YB235-70标准，即保留φ110、130、150mm 三个级配。

1）松散土层、强风化岩层：用普通合金钻头、翼片合金钻头钻进，或跟管钻进；泥浆用低失水普通泥浆、PHP低固相泥浆、PHPPVA双聚双重交联冲洗液，及时下套管。

2）砂层、砾石层：用孔口挖坑、埋设孔口管、灌水泥，根据砾石层情况选择钻头及钻进方法，也可用跟管钻进；用高黏泥浆洗孔，投泥球补壁，瞬凝水泥护壁，及时下套管。

3）黏土层：用肋骨合金钻头或普通合金钻头钻进，泥浆用PHP低固相泥浆、低粘低失水泥浆或自动造浆（需及时调整处理），及时下套管。

4）弱风化岩层：用合金钻头、聚晶钻头、复合片钻头或孕镶金刚石钻头钻进，用润滑冲洗液洗孔，及时下套管。

3 孔内事故的预防

3.1 对孔内事故须贯彻“预防为主”，遵守规程，精心操作，积极地进行预防。在正常生产过程中要做到：

1）冲洗液类型、性能指标适合岩层特点，循环正常，确保钻头工作面冲洗液畅通，确保孔内清洁。

2）保持孔内钻具完好，经常检查更换。

3）工艺合理，成孔迅速，减少裸孔时间，下套管及时。

4）精心操作，对各种事故预兆反应迅速，处理及时，防患未然。短时间停水停钻，须将钻具提离孔底。

5）地面设备和控制仪表齐全完好，检修保养及时，不带病运转。

3.2 孔内钻具使用规定

1）经常检查孔内钻具各部连接情况，钻具有裂纹、丝扣损坏及管体的弯曲、磨损超过

4 处理孔内事故的基本要求

4.1 机台内必须按配备标准备齐常用的丝锥、打捞工具。掌握千斤顶、反丝钻杆等打捞工具信息。

4.2 查清事故发生的孔深、机上余尺、事故钻具的位置、类型、规格、数量及孔内情况，并尽可能用示意图标明有关情况和各种数据，做出详细记录。

4.3 正确分析判断，制定周密细致的处理方案。每一处理步骤均须考虑不使事故复杂化。处理事故时，各班步调必须一致。交班时，要将孔内情况、处理经过、所用工具及方法、处理结果等，详细交接清楚。

4.4 事故处理后，机台应召集会议，分析事故原因，总结经验教训，拟定防范措施，防止类似事故发生。按规定及时填报事故报表。

5 卡、埋、烧钻事故

5.1 卡钻

1）钻具回转有阻力时，要立即上下活动钻具，保持冲洗液循环，严禁无故停泵。

2）钻具在提钻中途遇阻，严禁猛提，应立即串动钻具，并送水开车晃动钻具。

3）遇掉块、探头石、缩径卡钻，经一般处理无效，可开慢车上扫；仍无效，可将钻具送回孔底，反出钻杆，再下同径钻头排除障碍，最后打捞孔内钻具。

4）沟槽卡钻须设法导出钻具、修整沟槽孔壁，不得强力提拔。

5.2 埋钻

1）先强力开泵送水，尽可能恢复冲洗液循环，同时慢慢串动回转钻具。经提、拉、顶、打无效时，应反回钻杆，用同径钻具扫除填埋物，再打捞事故钻具。注意套丝力量不可过大。

2）提拉卡埋事故钻具须注意钻塔、游动滑车、升降机各部位，不准超过提引系统的最大允许负荷。

3）用钻机油压系统和升降机同时顶拉事故钻具，要先检查钻机有关连接螺栓、抱闸和提升系统的可靠性。先用油压系统将钻具顶紧，再用升降机提拉；卸载要先松升降机再回油，不准用升降机承受全部载荷。

4）提拉顶打处理事故，钻具丝扣易松，要经常扭紧。绳索取心钻进一般禁止用千斤顶强顶钻杆。

6 断、脱、跑钻事故

6.1 断钻

1）发现断钻要摸准断头机上余尺，升上断钻，检查断头情况，采用合适丝锥，算准断头机上，下丝锥捞取。也可用球卡捞管器捞取。

2）丝锥进入断钻上头，用人力或用钻机套丝，不可过紧。丝锥碰不到断钻上头时，要多角度扭动试探，不准盲目超过预计深度。无效时，须另下带导正钩的丝锥。

3）丝锥上劲后，轻提钻具，试探有无阻力；必要时送水开车回转几圈，上提无阻力，即可上钻。严禁带丝锥继续钻进。

6.2 脱钻、跑钻

1）脱钻、跑钻要立即提钻检查。如接头丝扣完好，孔内正常，可下原钻杆对上捞取，不准继续钻进。

2）因脱、跑钻出现“插蜡事故”，需先下打印器探明情况。要先捞付头。如多头在一起时，要先消除挤夹力，再用丝锥依次反回。忌未弄清孔内主付头情况时打捞。

3）用掏心法处理岩心管时，要用比事故钻具小两级的钻具。消灭岩心管时，要用加大外径的实心平底钻头或带导向的阶梯钻头。

7 复杂地层的综合治理

7.1 在施工设计中要制定洗孔与护孔的综合设计，各种浆液、堵漏材料、水泥、套管要综合使用；

7.2 要从材料、仪器、现场设施、技术管理和人员组织等方面逐步完善，做到规范化、标准化。

7.3 注意收集综合护孔的原始资料，注重室内试验，总结施工经验，尽量采用新技术。

7.4 通过实践，不同矿区应形成典型的综合治理方案，指导施工。

结束语

煤下铝赋存于煤资源之下。在铝资源之上，既有已经闭坑的煤矿老采区，也有正在开采的煤矿矿区。在已经闭坑的老采区，既可能遭遇地下水包，也可能遭遇残留瓦斯。因此，必须采用适当的技术方法以保障安全；在开采矿区，则会遭遇矿业权的限制。要顺利实施煤下铝的勘查，就必须破解这二大难题。