矿山岩芯钻探施工中常见孔内事故的分析与处理

李伟雄

（福建省第二地质勘探大队，福建永安366000）

矿山岩芯钻探施工中常见孔内事故的分析与处理

李伟雄*

（福建省第二地质勘探大队，福建永安366000）

在矿山岩芯钻探经常会出各种不同的孔内事故，如因地层原因诱发的漏水、掉块、坍塌，从而引发卡钻、烧钻、埋钻、断钻杆、掉钻头等孔内事故。事故发生后，原因分析至关重要，分析得当，事故处理起来就顺利，有时能起到事半功倍的效果。

岩芯钻探；孔内事故；分析与处理

1　概述

在矿山岩芯钻探施工过程中，不可避免会发生这样或那样的事故，这样事故主要包括，如自然条件引发的：山体滑坡、道路垮塌、机场塌方等；机械设备引发的如：机械故障（柴油机、水泵）、钻塔变形、跑钻、活动工作台（鸟笼）上窜、断钻杆、掉钻头等；因地层破碎、松软造成漏水、掉块、坍塌、从而诱发卡钻、烧钻、埋钻等事故。事故的发生，势必加大人力、物力、材料的投入，最终造成的一是经济损失，二是耽误施工工期导致失去诚信。如何有效减少和避免事故的发生，特别是孔内事故的发生，现已成为钻探施工管理人员的一项重要课题，同时孔内事故发生的多少、以及事故处理的快慢与否，也正是衡量机台操作人员（机、班长）技术水平高低的一项重要依据。

2　矿山钻探常见的孔内事故

（1）卡钻；

（2）埋钻；

（3）烧钻；

（4）断钻杆；

（5）钻杆脱扣；

（6）绳索取芯钢丝绳掉入钻孔。

3　常见孔内事故的分析与处理

孔内事故大多是由于地层的复杂，如破碎、松散造成的。而破碎、松散的地层，往往又容易漏水、掉块、缩径、坍塌。在这样复杂的地层施工要随时观察注意孔内的返水情况和钻进施工时机械设备产生的声响来判断孔内的异常情况，发现问题及时关车提钻，避免事故的发生。一旦事故发生，要冷静对待、认真分析事故原因，采取相应措施加以处理。

3.1卡钻事故的分析与处理

卡钻原因分析：主要是有异物掉入正在施工中的钻孔内中所造成的。金刚石绳索取芯正常施工的钻孔与钻杆的环状间隙很小，小口径钻杆外径Ø71mm，而钻头直径是Ø77mm（我队施工的钻头直径），实际的单边间隙只有3mm，只要有硬度稍大一点的异物掉入孔内就有可能造成卡钻事故。掉物原因可能有以下几种一是员工不小心将机场东西碰到而掉入孔内；二是钻孔地层破碎，造成掉块；三是孔壁可能存在活石（探头石）。

处理的办法：一是教育员工下完钻后，及时将钻孔周围的物件清理干净，保证钻孔附近无杂物。二若是发生卡钻事故，不论掉物还是在破碎地层施工，一旦发现有憋车现象时，首先要减速，然后慢慢上下活动钻杆直至将钻杆提出。如果钻杆被卡死转不动，在孔浅时可以采用打吊锤的方法处理。若深孔则要认真分析产生卡钻原因，采取相应措施进行处理最后实在不得已采用反钻杆，扩孔方法处理。三活石（探头石）正常钻进时一般不会卡钻，主要是在提下钻时容易发生卡钻现象，只要上下活动来回转动就可以通过。每次提下钻到活石位置时要慢提、轻下，在下钻遇下不去时，来回转动一下钻杆方向，若还是下不去，对上主动钻杆采取轻轻扫孔的方法处理即可。

3.2埋钻事故的分析与处理

埋钻原因分析：地层松软是埋钻的主要因素，如煤系（粉状）地层的施工，防止孔内坍塌是施工的重要环节之一。由于地层松软，加上钻孔液助剂泥浆材料选用不合理，循环泥浆难以支撑护壁就容易发生孔内坍塌现象，一旦冲洗液无法送入孔底形成循环，稍不留神就会引发埋钻事故。另外泥浆过稀无法将孔内岩粉带出，一旦停机过久也是埋钻事故的原因之一。有时泥浆泵（故障）压力不足，冲洗液无法正常循环，孔底沉渣无法排出，也容易造成埋钻事故的发生。由此可见，正确使用泥浆材料是预防钻孔坍塌，避免埋钻事故的有效措施。

事故处理：处理方法主要是调制合理配方的冲洗液，首先将孔内钻杆反掉，然后重新下钻将配置好的冲洗液从钻杆中泵送至事故头位置进行反复冲孔（清孔），通过这种方式让泥浆冲洗液在孔内环循环把坍塌的沉渣带出孔口并捞除掉。根据捞出沉渣的情况判断孔内是否干净，可用钻杆直接去对事故头，如若钻杆对不上则需要用捞锥对，对上后开泵送水慢慢转动钻具并轻轻上下提动钻具，若孔内干净孔内事故钻具就可以处理上来。二是采用小一径钻具扫孔直至穿过事故位置，进行冲孔循环将孔内沉渣带出钻孔，然后再进行打捞一般情况下通过这样的方式事故都能处理上来。如果还是处理不上来，说明埋钻严重通过清孔无法处理，最后只得采用消灭钻具的方法来处理事故。

3.3烧钻事故的分析与处理

事故原因分析：烧钻事故主要原因是地层破碎钻孔水量大量流失，钻孔底部钻头位置没有足够的冷却水冷却高速运转的钻头，造成钻头炙热融化与岩石沾粘在一起形成烧钻。

事故处理：将孔内钻杆、钻具全部反掉，采用小一经的钻头进行钻进并超过钻头底部10cm左右（掏心处理），然后打捞即可。如若捞不上来，加工一带导向的钻头，导向前端配有小经钻头，让导向部位进入事故钻头内径进行消灭钻头处理，事故钻头处理好后清孔将孔内铁销清理干净，方可下钻钻进。

3.4断钻杆、钻杆脱扣事故的分析与处理

事故原因分析：断钻杆与钻杆脱扣有些类似，都是钻杆掉入孔内，问题都出自钻杆丝扣部位。原因一是钻杆使用年限过长丝扣磨损；二是钻杆在搬迁过程中丝扣部位受到创伤，操作人员的粗心大意，在下钻时没有认真检查丝扣情况；三是下钻时丝扣没有上紧，造成该类事故的发生。

事故处理：①钻杆在正常钻进过程中折断或者是脱扣，首先将上部钻杆提出钻孔检查，如果是钻杆丝扣部位折断，下Ø65mm正丝公锥打捞即可；若是因憋车钻杆脱扣，提钻检查丝扣是否完好，若完好情况下可以采用直接下钻杆去对接的方法进行处理。②如果是在提下钻时断杆或者是丝扣没有上紧造成跑钻，钻杆掉入孔内。那就要视孔深的情况而定，孔浅还好，若孔深钻杆就有可能在重力加速度的作用下，使钻杆丝扣部位因挤压变形扩张卡在孔壁上，且还可能多处。孔浅先下钻杆去对，对上后轻轻上下提动，看是否有阻力，没有就提钻检查钻杆情况，没问题重新下钻施工即可，若钻杆变形则需要更换钻杆后继续施工。如若孔深断杆跑钻，首先也是用钻杆下去对，对上后轻轻提动，能动再继续上提直至提不动为止。提不动后采用反钻杆的办法处理，能反多少是多少，根据反上来的丝扣情况再进行分析处理，若是丝扣处变形撑大卡住孔壁，那就要用平面钻头将丝扣部分消灭掉，再下反丝公锥去打捞吃扣后轻轻上提，能动就继续上提直至提不动为止，提不动后就将钻杆反掉，如此重复进行直至事故全部处理结束为止。事故处理好后不可直接下钻施工，一定要重新调配好冲洗液进行冲孔循环，将孔内的铁销等渣清干净方能再继续施工。

3.5绳取钢丝绳掉入钻孔事故的分析与处理

事故原因分析：这类事故主要是人为粗心大意造成的，一是平时没有认真检查钢丝绳的磨损情况或是钢丝绳接头没有接牢固；二是在取芯时孔内有卡现象（有时钻杆脱扣，内管被错位钻杆阻挡），仍然强力提拉，造成钢丝绳连同内管总成一同掉入钻孔内。

事故处理：①若是取芯时钢丝绳折断掉入钻孔内，加工一打捞工具，打捞工具用Ø22mm圆钢长度在1m左右，前端80cm倒尖，以便穿入钻孔内钢丝绳中。圆钢上每隔15cm处交错焊倒钩，倒钩用直径Ø6mm长度2.5cm左右的钢筋即可,圆钢另一头加工一与Ø71mm钻杆丝扣连接。打捞时用钻杆将打捞钩送入事故处，给一定的压力用自由钳转动钻杆，慢慢下放钻杆，待打捞工具插入一定深度后，轻轻提动钻杆，感觉有打捞到即可提钻，如若没有打捞到重复打捞即可。②若是因为钻杆脱扣造成取芯时的钢丝绳折断，首先要将脱扣上部钻杆提出钻孔，再用以上的方法进行处理。钢丝绳处理上来以后，看脱扣的钻杆丝扣情况，若丝扣完好，将原钻杆下至脱扣位置，对上丝扣即可以继续钻进施工。③有时钢丝绳处理并不是那么的顺利，要经过好几趟才能处理上来，有时内管总成还会卡在孔底，那么提钻将外管提上来，看是否能将内管总成带上来，如果没有，下钻到孔底，钻进20～30cm采芯提钻即可。

4　孔内事故的预防措施

（1）孔内事故预防最有效的方法就是隔离法，也就是采用套管进行隔离的办法。为此要求施工人员在承接到钻探施工项目时要认真查看项目相关地质资料，与地质人员沟通了解施工地层大致情况，并根据矿区情况合理配备施工机具，正常情况施工，我们得准备终孔大两径的钻具开孔，若地层复杂破碎，或者是易坍塌地层，原则上还要多上一两径，以备不测。诚然，也要考虑运输及搬迁的成本费用。如终孔直径Ø71mm，开孔基本上是用Ø110mm或者是Ø91mm开孔，视地层情况而定，但有一条原则就是要求套管一定要坐落在完整的基岩上，这样才能有效将破碎松散层隔离。

（2）孔内事故预防的第二个办法，就是合理选用冲洗液助剂（泥浆材料）。液助剂材料的合理使用也是避免孔内事故的重要举措之一，液助剂使用得当不仅可以有效预防钻孔坍塌、掉块、缩径等事故，同时它还能有效排除孔内沉渣，提高钻进施工进度，降低生产成本。因此冲洗液的选用十分重要，只有根据不同的地层与采用不同冲洗液的相互匹配，才能有效循环钻孔，保障孔内的干净，使钻进施工的正常进行，以至于确保施工工期顺利完成。

5　矿区施工实践

5.1福建省安溪黄厝坪铁矿区复杂地层钻孔护壁堵漏实践

该矿区ZK01号钻孔设计孔深700m，在397.8m前多达20余处地层漏水严重，钻孔多处地层不返水，一时孔底无水、一时又是钻孔中部漏水，孔内经常憋车，孔内沉渣无法排出，稍不留神就可能造成卡钻或者是烧钻事故。该钻孔可以说少则1d、多则2～3d就得进行一次钻孔堵漏处理，处理事故时间远多于施工时间。不得已在397.8m前多次拔起套管重新换经扩孔，乃至用Ø96mm钻杆当套管用；期间各种堵漏方法均采用，如在泥浆中加入海带、锯木屑、破棉絮，用SZ803随钻堵漏剂＋锯屑、灌注水泥、采用堵漏王堵漏等，即便如此还是无法改变漏水严重之状况，最后只得采用顶漏钻进施工至终孔深度。

矿区地层资料为：0～380m为pt2-3l石英云母片岩；380～480m为泥岩夹细砂岩；480～620m为灰岩同时可能存在溶洞；620～730m为矽卡岩化带矿体；750m后为花岗岩。ZK01号钻孔开孔采用Ø110mm钻具钻进至26.47 m进入基岩，下Ø108mm套管，换Ø96mm金刚石绳索取芯钻具。在26.47～56.55m孔段多处漏水，灌水泥浆堵漏无效，拔起Ø108mm套管，沿26.47m处换Ø110mm钻具扩孔至56.55m进入完整地层重新下入Ø108mm套管，换Ø77mm绳索取芯钻具钻进至86.80m时，孔内又出现严重漏水，经测无水位，采用SZ803随钻堵漏剂进行堵漏无效，后灌注水泥浆将裂隙堵住。随后施工129.48 m处，期间有6处地层漏失严重，采用灌水泥堵漏，在水泥浆中添加锯屑和海带及破棉絮等物进行堵漏效果均不理想。最后将上部Ø108mm套管全部拨出，先用Ø130mm钻具扩孔，扩至52.85m处下Ø127mm套管；用Ø110mm钻具从52.85m处继续下扩，终因多种原因至89.10m时扩不动，下入Ø108mm套管，对上部地层进行隔离。换Ø96mm绳索取芯钻具进行钻进施工。钻至142.37m时，钻杆不慎脱扣，经过数日处理后，将Ø96mm钻杆做为套管放置在142.37m处。换Ø75mm绳索取芯钻具钻进至397.8m处期间又有9处地层漏失严重，不得已采用顶漏钻进至终孔深度。

5.2福建省清流曾家岭矿区煤系复杂地层施工实践

该矿区ZK01钻孔设计孔深650m采用Ø110mm钻具开孔，采用聚丙烯酰胺和高粘羧甲基纤维素作为冲洗循环液，施工至382.5m处进入煤系地层感觉有坍塌现象，由于当班操作人员大意，没有采取必要的防范措施，仍然继续施工从而引起塌孔，造成埋钻事故的发生。分队技术人员赶到现场，根据当班操作人员的描述和班报表记录及孔内返水情况分析，确认埋钻，当即将现场情况反馈到分队，建议分队调集水玻璃作为循环液进行清孔捞渣处理。在调集水玻璃的同时机台人员先将钻杆反上来，水玻璃运到现场后，技术人员按照一定的比例调制好冲洗液进行孔内循环，经过十几天的循环捞渣效果并不理想。后采用小一经的钻具进行扫孔通过事故孔深，继续进行循环清孔，就这样反反复复进行了20多天的清孔、扫孔、清孔最后总算是将事故钻具处理上来。在继续施工的过程中时常有小的坍塌情况，经过处理都过去了，施工至638.86m处时遇到粉煤层，又发生孔内坍塌埋钻事故，技术人员仍然按照上次的方法进行处理，结果是处理了20多天没有结果。分队向地质部门建议是否可以提前终孔，因为煤系地层没有打穿地质不同意，没办法只能继续处理。分队及大队相关技术人员全部赶往现场进行分析原因，最后认为水玻璃不适应该地层坍塌的处理，建议使用山东省出的高岭土，于是调集山东省某厂家调配好的高岭土到现场，首先将孔内的水玻璃循环冲洗液全部替换成高岭土冲洗液进行孔内循环，经过数日的小经扫孔清孔捞渣处理，孔壁总算是支撑住了没有继续坍塌，随后将事故钻具打捞上来，该钻孔最后以650.65m终孔。

6　结语

实践证明，在承担矿区钻探任务后，要认真收集相关资料、分析矿区施工条件与地层特点，除寻求与地层相适应的钻探机具外，应判断钻探中可能出现的问题，制订出合理妥当的解决方案，才能有效达到低耗、高效、确保质量的目标。在松散、破碎的煤系和石英云母片岩等裂隙较为发育的复杂地层施工，首先要解决的是钻孔坍塌及漏失的问题。要解决这2个问题必须结合矿区的施工实践，选择和探讨适合本矿区坍塌及漏失特征的机具、泥浆材料、施工工艺和施工方法，这样才能确保施工进度和质量。

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[3] 皮跃进，刘文华.安溪黄厝坪铁矿矿区复杂地层钻孔护壁堵漏实践[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2011，38（9）.

[4]廖远苏.西华山钨矿区复杂地层钻进的综合治理措施[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（9）.

[5]孙一国.山丹马场长山子矿区复杂地层综合钻探技术[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2008，35（9）.

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1004-5716(2016)11-0064-04

2016-06-17

2016-06-23

李伟雄（1969-），男（汉族），广东梅州人，助理工程师，现从事矿山岩芯钻探安全管理工作。