西部高原地区冬季钻探施工工艺探索

张 辉

（山东省第八地质矿产勘查院，山东日照276826）

1 矿区地质构造概况及钻孔技术要求

1.1 矿区地质概况

施工区域位于柴达木盆地西南缘那陵郭勒河上游南岸，矿区内地层主要为寒武—奥陶纪滩间山岩群（∈OT）及第四纪。矿区地层岩石主要为白云石、方解石、透辉石、硅灰石、滑石、透闪石、绿帘石、石英、斜长石，根据矿区地层条件和地质特定要求，本矿区岩石的可钻性一般为6～8级，部分10级。

1.2 主要技术要求

钻孔的主要技术要求为：钻孔终孔口径为96mm，钻孔倾角30°～90°，岩、矿芯采取率应不低于95%，天顶角和方位角每钻进50m观测一次，开钻50m以内及造斜孔段加密1～2个观测点，见厚大矿体和终孔时均进行测量，钻孔弯曲度要求100m不超过0.5°，方位角全角变化率不超过2°。

2 钻探施工

2.1 钻探设备

由于矿区施工道路尚好，能够满足履带式钻探设备行走要求。为了保证在低温条件下连续施工，选用了阿特拉斯CS-1000P6L动力头式全液压岩芯钻机。钻机动力由柴油机提供，液压系统最高压力为24.1MPa，主卷扬最大提升力5,443kg(空鼓)，动力头最大扭矩454～4382N·m，动力头转速范围130～1300r/m in，钻塔总长度8.8m。

2.2 钻孔结构

综合分析矿区地质结构、岩石可钻性级别，结合钻探设备、护壁堵漏技术措施确定钻孔结构。采用PQ口径钻具开孔，钻至完整岩石3～5m后，下入Ø114mm套管隔离上部松散层、覆盖层等不稳定地层，然后改用HQ口径钻具钻进至终孔。钻孔结构图见图1。

图1 钻孔结构图

2.3 钻进方法与钻进技术参数

为了确保较高的岩芯采取率并实现高质量的钻孔弯曲度控制，钻进工艺选择金刚石绳索取芯钻进方法。

钻进参数的控制是实现高效钻进的条件之一。钻进技术参数在实际施工过程中要根据具体情况及时地调整，不能僵化呆板的选择某一个固定参数值，要将钻进压力、回转速度和泥浆泵泵送流量三者看成一个有机的整体，三者之间相互影响，通过仔细的调整取得良好配合，才能提高钻进效率。矿区钻探施工采用的钻 探技术参数值见表1。

表1 钻进技术参数表

2.4 冲洗液的使用

冲洗液在钻进过程中起到保证孔内安全、携带岩粉、避免重复破碎、冷却钻头、提高钻进效率等重要作用。施工中采用了低温泥浆，主要成分为：钠膨润土、包被剂、抗盐共聚物、防塌减阻剂、三水乙酸钠、二水氯化钙。冲洗液的主要性能指标见表2。

表2 冲洗液性能指标表

2.5 钻孔测斜

采用LHSE2701直读式钻孔弯曲测斜仪实时测量钻孔弯曲度。发现孔斜超标及时采取纠斜措施补救。测斜仪的测量范围：顶角0°～180°，方位角0°～360°，磁场强度0°～360°；测量误差：顶角±0.2°，方位角±0.2°，温度±2.0℃，磁场强度±1.0uT；工作温度-20℃～85℃；外筒承压20MPa；适用电缆长度2000m；内置电池工作时间15h。

3 钻探施工

3.1 保证施工连续作业措施

施工区域在4500m海拔高度的高原地区，施工时间在11月份前后，室外温度为-21℃～-6℃。克服严寒天气的不利因素，是施工工作正常开展并能够如期完工的关键，为此在施工中采取了一些必要的措施。首先要解决施工用水的供应。在距离工作面约1000m的地方安装了6个3m3的水箱，作为临时蓄水池，同时铺设临时供水管线到机台。蓄水池区域用架子管、棉蓬布搭建防寒棚，架设火炉，确保水箱不结冰。输水管路外部用保温材料包扎好，并在低点位置安装放水阀门，当停止供水时，将输水管线中的积水防空。全液压岩芯钻机一般不具备钻塔，为了确保施工连续作业，搭建了简易钻塔，安装塔衣，在场房内安装火炉，保正机台人员的保暖和泥浆罐的防寒。机台的泥浆池也采用了3m3的水箱，并置于钻塔内，水箱下面安置了火炉，作业期间给泥浆适当加热，确保冲洗液正常循环。阿特拉斯CS1000P6L为柴油机动力驱动，柴油机冷却系统加注了低温性能良好的防冻液，防止柴油机管路系统及机体在钻机停止运行时被冻裂。作业期间要注意机台的整洁，配备工业盐，及时覆盖、清理地面的结冰，工作面上不得出现冰面，确保施工安全。提高作业效率，施工准备工作要仔细全面，做好施工技术预案，工序衔接紧密，避免出现因工作停顿待导致绳索取芯内管冻结、孔内结冰等情况。

3.2 施工管理

施工工期要求在90d的时间内完成3个总进尺为1880.45m的钻探任务。施工工作较内地的劳动强度大，按照三班三岗16人的生产人员进行配置。施工中还配套了2台生产用车，尽量减少工人的劳动强度。在寒冷季节施工，除按照常规的钻探安全规程要求外，重点要做好防寒与防火的安全管理工作。

4 钻探质量保证措施

4.1 保证岩矿芯采取率的措施

（1）取芯工具应妥善保管，使用前要认真检查，用后要清洗、检查、保养。入孔前要检查机构工作的可靠性。

（2）在取芯困难的岩矿层中钻进时应降低转速、压力和泵量，严禁随意提动钻具，防止造成岩矿芯重复破碎而流失。

（3）在破碎地层中钻进时，应适当控制回次进尺长度（小于1.5m）和回次时间（1h）。

（4）精心操作钻机，动作平稳，防止提钻过程中岩矿芯脱落。

（5）发现岩矿芯堵塞要及时提钻，减少岩矿芯磨耗。

（6）杜绝钻进回次进尺长度超过岩芯管长度的情况。

4.2 预防钻孔弯曲的措施

（1）确保安装质量：地基修筑要求水平，主要受力部位承载能力无显著差别。钻机安装要求水平周正、要用水平仪校正。保证三点一线。

（2）合理选择钻具结构和级配，采用“满眼钻进”。

（3）开孔应选用锋利的钻头，钻杆不得有偏摆，钻压要均匀，要随钻孔加深加长岩芯管长度。

（4）扩孔时要带内导正器，换径时要带外导正器，要确保钻具的角度。

（5）换径时导正管长度要大于4m，第一回次的小径岩芯管长度要小于1m。

（6）钻进技术参数要根据地层实际和钻具状态合理选择，避免盲目采用强力钻进规程参数导致钻孔弯曲。

5 职业安全健康

5.1 职业安全因素辩识与分析

5.1.1 安全因素分析

（1）在进行临时塔架作业时，不系安全带；

（2）在塔架作业时穿带钉子鞋或硬底鞋塔上作业；

（3）夜间或5级以上大风、雾、雪天气在塔架作业。

5.1.2 物体打击危险因素分析

（1）钻具处于悬吊或倾斜状态时，用手摸或探视岩芯管内岩芯；

（2）用木棒、铁器拨、卸、挂皮带；

（3）千斤顶处理事故时卡瓦飞脱；

（4）人工反钻具，扳杆回转范围内站人。

5.1.3 触电危险因素分析

（1）动力线与照明线相互缠绕；

（2）电力线路缆线敷设直接与铁制管架接触；

（3）缆线绝缘破损漏电；

（4）配电柜前无绝缘胶垫；

（5）机场电器设备未采取保护接地；

（6）用电设备未安装漏电保护装置；

（7）未切断电源，修理电器设备。

5.1.4 机械伤害危险因素分析

（1）钻探设备安装基础、固定不牢；

（2）钻探机械设备裸露传动部位；

（3）钻探设备维修保养不及时，检查不够，旋转零件联结螺栓、键脱位；

（4）不停车检修设备；

（5）钻探机场布置不合理，作业空间狭窄、杂乱；

（6）钻探设备在安、拆、运输中对人体挤、夹、撞、砸伤害。

5.1.5 火灾危险因素分析

（1）钻探机场用明火烘烤机油和柴油机底壳；

（2）取暖用煤火炉底座在木制地板上；

（3）取暖用煤火炉烟筒与厂房布无绝缘；

（4）取暖用煤火炉与场房布或易燃物品安全距离不够；

（5）电气线路短路、超载；

（6）熔断丝以铜丝等金属丝替代。

5.1.6 车辆伤害危险因素分析

（1）道路缺陷：

①工区道路太窄、路基不实；

②坡道太陡、弯道太急；

（2）车况问题：

①车辆技术性能差，不适应野外作业地区越野性能要求；

②车辆维修、保养不及时，带病行使；

③刹车、转向、制动等系统失灵、失效；

④前车灯损坏，夜间行车无照明。

（3）气候条件恶劣：

①冰雪或多雨季节道路较滑；

②雾天或烟尘（沙尘）弥漫能见度低。

（4）人的违章因素：

①无证驾驶、酒后驾车、疲劳驾驶；

②车辆超载，人、货混装。

5.2 职业健康因素辩识与分析

5.2.1 有毒、有害材料的危险分析

（1）在扬尘浮沙或沙尘暴气候环境中长期作业，吸入浮尘可能引发尘肺病；

（2）孔内泥浆喷出或在使用特种泥浆材料，以及水泥浆时，泥浆受压喷出后，呛入人口腔会对施工人员造成一定的危害，搅拌泥浆材料时，如：纤维素或植物胶等材料吸入呼吸道后，可能对人体造成伤害；

（3）班组组织生产形式中，如果长期采取两班两倒，或者经常性的疲劳作业可能会对人员造成伤害；

（4）长期饮用野外不合格的水，可能对人体健康造成危害。

5.2.2 噪声因素的危险分析

钻机、柴油发电机组的噪音超过85dB，可能会对施工人员的听力有伤害。

5.3 自然灾害危险因素分析

5.3.1 高原环境危害因素

从事野外作业的人员没有进行体检、没有逐级登高地逐步适应高原环境，盲目进入3000m以上艰苦地区进行作业，造成的危害有急性脑水肿、急性肺水肿等高原性疾病，或者由于感冒诱发其它高原性疾病。

5.3.2 低温的危害因素

由于矿区内平均气温低，气候变化大，生产人员在寒冷的环境中工作、生活时，如果保暖措施不当，易发生冻伤。体温下降后，对脑功能、心血管系统、呼吸系统均有一定的影响，使工作注意力不集中，反应时间延长、作业失误率增多。

5.3.3 地震危害因素分析

强烈地震具有较强的破坏力，地震可能造成地面强烈震动以及各种次生灾害的发生,从而直接或间接破坏机场、设备等，地震可能带来山体滑坡，可能对选址在山脚下的营地人员、帐篷、设备造成危害。

针对以上的危害因素，在施工过程中要做好安全预案，严格按照《地质调查岩心钻探技术规程》要求，逐条排除，确保安全生产。

6 文明施工与环境保护

文明施工是打造企业品牌，树立良好社会形象，赢得地勘市场的关键。针对工作区独特的自然地理环境，要切实做到加大宣传力度，树立环保意识，做到文明施工、安全生产。

6.1 文明施工

（1）召开项目安全文明施工管理工作会议，进行集中宣传、动员和部署，并针对施工现场创建文明工地过程中产生的问题，组织院有关部门领导下基层单位进行调研，并与项目部共同研究探讨，交流总结经验，及时解决问题。

（2）通过定期召开项目安全文明经验交流会，使项目管理人员及时了解和掌握企业内外安全文明管理的趋势与动态，及时采取相应措施，推动院文明施工活动的深入开展。

（3）借助院日常业务学习，专业会议和企业文化活动，在职工中广泛开展安全生产法律法规、标准规范和文明施工样板工程以及安全文明知识、职业健康卫生知识等宣传教育，树立“安全出效益，安全是投资”、“没有一流的文明施工环境，就没有一流的工程质量”的安全生产新理念。

（4）推行机台标准化建设，加强和完善机台基础设施，保持机台内、外整洁，保证充足的操作空间，工具、管材、油料、钻具等摆放整齐、有序。设置安全警示牌等内容。

6.2 环境保护

青海省地处青藏高原，是长江、黄河和澜沧江的发源地，素有“中华水塔”之称，同时是藏族、蒙古族等多民族居集区。为建立和谐的野外施工氛围，在野外施工中做好以下工作：

（1）项目人员要从大局出发，高度重视环境保护工作，从我做起，从工作和生活中的小事做起，养成良好的生活习惯，要特别关注环境、重视环境、保护环境，并与项目施工同步安排部署。

（2）营地建设过程中，要设立垃圾集中堆放点，并定期进行清理、掩埋。营地搬迁后，要进行出场清理工作，尽量恢复原状。野外厕所应选择在适当的位置，并远离水源地。

（3）为防止施工现场泥浆、污水流出泥浆池；在泥浆池底部先铺设一处塑料布，防止泥浆渗出。钻孔施工完后必须将泥浆池内掺入水泥、石灰等材料，使泥浆固化掩埋处理。泥浆槽、蓄水池回填尽量恢复原始状态。

（4）加强野外用火管理，对使用的汽油、柴油、煤气和生活用火要严格管理，配备灭火器、灭火铁锹和沙袋。

7 结语

通过在高原地区冬季开展钻探施工工作，在钻探工艺技术及施工管理方面得到了比较全面的提升，综合安全生产情况、钻探台月效率等相关数据，采取的技术方法和保障措施比较得当，如期地完成了施工工作。