HC-600型便携式钻机在山区的钻探施工技术

陈磊 董昌波

（新疆地矿局第七地质大队 乌苏 833000）

1 施工概况

我单位受委托实施新疆博乐市-精河县库松木切克山东段钨铜金矿产调查评价项目。该工区内地形切割较为强烈，沟谷发育，局部地段车辆无法通行，交通只能靠畜力运输。工区属高中山区，地势南低北高，地形切割强烈，海拔1220-2575.9米，相对高差一般在350-600米，最高可达1000米以上。施工区域地势险峻，修路成本高，搬迁难度极大，普通立轴式钻机和动力头钻机无法进入，驻地距钻孔位置相对高差在400米左右，施工用水水源距驻地60公里。项目设计工作量800米，设计钻孔3个，最深孔深320米。工区内地层主要岩性为砂岩、凝灰岩,岩石平均级别取（Ⅶ）级。我单位采用HC-600型便携式钻机在该工区施工钻孔3眼，共计进尺804米，历时104天。

2 钻探工艺

2.1 生产物资供应

供水方面，由于钻孔垂直高差最高400米左右，采用了两级泵站，蓄水池容量为50方，供水设备均采用BW250水泵。一级至二级泵站间地势相对平缓，使用挖机修简易路及二级蓄水池。输送管道采用双层钢丝、耐压21MPa的高压胶管，长度2000米。采用普通塑料管作为回水管路，从钻机回至二级蓄水池，长度1000米。

物资供应方面，使用山区工作经验丰富的搬迁队伍，主要工作是供应机台日常生产物资，钻机及物资材料搬迁等工作。

2.2 钻探施工技术

由于钻孔布设在陡峭山坡上，钻孔设计并未朝孔位山体方向钻进，有的钻孔朝着山坡倾向布设。因此钻探施工存在着钻进破碎带过长，钻孔严重漏失的情况。现将各钻孔钻探施工情况分述如下：

（1）Zk201钻孔

修路、物资设备搬迁、铺设供水管线，修筑平台，钻孔共历时16天。Zk201孔设计300米，孔斜75°，终孔孔深319米。钻进至53米时，钻机开始出现扭矩表达到800时转速、转速明显下降的情况，初步判断为地层原因，但2个班后岩心完整而机器操作台蜂鸣声更加严重，转速降低到肉眼可以数出。经过技术人员和液压系统专家讨论后认为是钻机水泵控制阀损坏造成的。停钻联系购买控制阀总成和液压马达，更换配件后问题解决。

该孔岩层相对完整，但硬度较大，开孔使用的钻头胎体硬度为9-11，进尺每班10米左右，效率较低。后更换胎体硬度为 15A钻头后班进尺达到 18米左右，在钻进至184米时机器扭矩变大，钻速降低，变径使用BTW钻具钻进至终孔。

（2）Zk401孔

Zk401孔设计200米，孔斜75°，用时9天钻进终孔深度185米。

（3）Zk501孔

Zk501孔设计300米，施工难度较大，因孔内事故报废，后挪孔施工成功，用时45天。该钻孔人工修筑平台，靠山体一侧多基岩，机台三分之二为垫方，因此地锚施工难度极大。地锚施工至 4.6米处岩心破碎，出现卡钻，停水拔不动钻杆等问题，后在破碎层强行烧地锚，用时3日将地锚固定，共报废多个钻头和钻具。

该孔设计倾角60°，上部2米垫方岩心破碎，钻头磨损快，孔内坍塌严重，进尺困难。于是采用HW套管跟管钻进，NTW钻具掏取岩心的方法施工，班进尺只有3-5米。当钻进至10.5米时，钻机扭矩加大，憋车，如强行钻进可能烧坏液压马达，于是将HQ套管固定后换NTW钻具钻进。在10.5-21米孔段，全孔地层破碎，岩心为细砂和断层泥，15-19米处，钻进1.5米，提钻取芯后，坍塌近1米，岩心提取不上，孔内返出来的均为细砂，反复钻进至21米时岩心完整，将HQ套管跟管至该处固定。该段地层施工报废多个钻头及。继续使用 NTW 钻具钻进施工至120.36米处时由于夹持器漏油造成了跑钻事故，无法打捞出事故钻具，造成钻孔报废，挪孔施工。

经过与地质负责沟通，将钻孔设计倾角改为75°施工。钻孔施工至194米，因钻孔漏失，钻孔倾角大，出现钻进扭矩过大，转速低，钻进效率下降，钻机超负荷运转的现象，如继续施工，极易造成钻机故障和孔内事故，采用BTW钻具换径施工至终孔。

3 钻孔事故及处理

3.1 跑钻事故

在该工区发生多起跑钻事故，因施工地层完全漏失，跑钻造成的后果非常严重。使用便携式钻机发生跑钻事故主要有以下几个原因：一是钻机的操纵手把相距很近，液压手把灵敏，班长对钻机操作不熟练而造成的误操作；二是钻杆单根较短，孔深以后钻杆数量众多，提大钻时班长频繁操作，同一动作机械反复，并且速度很快，疲乏走神而造成误操作；三是由于钻机机械故障造成的跑钻事故。

其中后果最严重的跑钻事故发生在Zk501钻孔，主要原因为夹持器漏油。事故发生及处理经过：当班进尺 120.36米，由于不进尺，班长提大钻至 35米，发现夹持器严重漏油，停机处理该机械故障时并未将钻杆安全连接，造成跑钻。下入丝锥锥上钻杆后提拉不动，强力起拔造成了钻机底座位移等现象，最后使用大锤砸，来回活动提出跑钻钻杆。提出后并未发现钻具，跑钻已是二次事故。在提出的钻杆接手处有两道长约4厘米的槽子，原因分析是跑钻造成钻杆窜入钻具内镦在内管总成燕尾处造成的。后下入钻杆对上事故头，下入打捞器打捞内管，内管无法提出。由于地层复杂，钻孔倾角大，而且无配套的反丝处理工具，难以处理，钻孔报废重新挪孔施工。

3.2 钻头断裂脱落事故

由于地层破碎，钻孔倾角过大，掉块严重，极易造成钻头齿掰掉损坏和掉块磨削钻头、钻具，钻头和钻具断裂脱落的事故。比较典型的事故发生在Zk501钻孔，仅仅在0-21米复杂破碎地层孔段钻进过程中，发生了11次钻头磨断掉入孔底事故，在捞取钻头牙齿和磨钻头时使用 4-6度高硬度的钻头将事故残骸消灭。

4 便携式钻机使用经验

4.1 钻机平台修建

在山上修建钻机平台不仅场地有限，安全风险高，而且人工修建劳动强度大，因此一定要在保障安全的情况下完成平台的修建。主要做到以下工作：清理山上容易滚落的石块；钻台平面要尽最大可能增加基岩地基面积，垫方采用尼龙袋子装小颗粒碎石料错落层叠堆垛结实牢固；钻机平台修建注意对最下面两根枕木的距离要求在 60-80厘米之间，确保为打地锚留出足够空间；钻机平台挨近枕木处需要细土填埋，以确保钻机在加压等极端情况下减小枕木的位移；钻场平台附近需修建钻杆、燃料存放平台。

4.2 钻机操作使用经验

（1）便携式钻机对班长的责任心和操作水平要求高，在操作时必须时刻观察钻机各仪表的状态，钻机运转情况，孔内情况。钻进时禁止班长以外人员在操作手柄处活动，防止误碰发生事故。

（2）由于矿区地层裂隙较大漏失严重，堵漏成本高，施工采用顶漏钻进，需加大聚丙烯酰胺用量，钻杆涂抹钻杆油润滑。

（3）钻压表（背压表）显示的是动力头油缸压力并不是钻压，表数值越大，油缸对机头的下压力越小。在硬岩地层钻进时，如遇进尺缓慢，可采取如下两种方法：

一是高钻压低转速方法钻进，主要是让钻压表的数值降低，方式是逐渐加快油缸液压油回流，也就是慢慢松开微调阀，使机头钻进速度逐渐加快。这种方式是一种大刀阔斧式的开刃方式，能简单粗暴地迅速使钻头开刃，但也存在用力过猛打断钻头牙的风险。

二是采用高转速低钻压和少供水的方法钻进，边轻微烧钻边匀速钻进，这种方法能最大限度利用钻头，并且没有断齿的风险。

5 HC-600便携式钻机的优缺点

5.1 钻机优点

（1）模块化设计，单个重量不超过130公斤，结构简单便于运输，安装；

（2）全液压设计，故障率低，按要求注意保养基本不会出现大的问题，维修上相对简单，容易维修；

（3）采用薄壁钻杆钻具，岩心采取率高，钻进效率远远高于常规钻探手段；

（4）不需上塔操作，减少安全风险，增加操作的安全系数；

（5）在山区地形切割大的环境施工或在林区施工，不需要修建临时运输道路，解决平整机台时土石方的大量开挖或砍伐较多林木，减少对植被和环境的破坏，降低对钻探临时租用土地的赔偿金额。

5.2 钻机缺点

（1）钻机用水量大，泥浆不能循环利用，在复杂地层使用时泥浆成本较高，另外在水源较远及缺水工区适用性较差。

（2）在钻机操作中，由于钻杆较短，液压手把灵敏，在频繁操作下容易产生误操作，并引发事故。

（3）相对常规钻机，钻机配件价格高，因此施工成本较高。

（4）常规岩心直径施工钻深能力有限，对岩心直径和深度有要求的勘察工区并不适合。

6 结语

在生产施工中，HC-600型便携式钻机虽然搬迁运输方便，破坏环境小，钻探效率高，但是对施工环境的要求也非常高。一是对水源地的要求，要求水源供应充足方便；二是对施工地层的要求，要求施工地层相对良好。在生产成本方面，进口钻机配件、耗材和钻具钻头价格贵，建议可以使用国产替代，降低生产成本。