楚存忠
（黑龙江省煤田地质一一0勘探队，黑龙江 双鸭山 155100）
摘 要：空气泡沫钻进技术作为煤田地质勘查中应用最为广泛的一种技术手段，隶属增压钻进技术，该技术不同于其他地质勘探技术之处在于其具有钻进耗时少、含水量较低、应力释放效果好等优点。然而，随着我国经济建设的快速发展，推动各行各业的不断壮大，对矿产资源的需求量也在逐步增加。因此，对煤田矿产资源开发的高效性就显得尤为重要，本文就空气泡沫钻进技术在煤田地质勘探中的应用进行简要分析。
关键词：煤田，地质勘探，空气泡沫钻进技术
一、空气泡沫钻进技术的特点
空气泡沫钻进法是一种新型增压钻进技术，利用先进的仪器设备将特定浓度的泡沫溶剂注入到空气中，将水、泡、空融合在一起，形成三相流体，并以此为冲洗介质的一种钻探方法。随着空气泡沫钻进技术在我国煤田地质勘探领域中的广泛应用，融合网络科学技术，钻探人员能够准确的获取更多有价值的钻探数据，提高钻探速度，减少人员工作量，提升勘探效果。与以往煤田地质冲洗钻进技术不同，空气泡沫钻进具有流程简单、操作便捷、钻进效率高、环境污染小等特点。在我国 ，由于不同地区的地质条件、地貌特点、自然环境等因素的不同，对钻探技术的要求各不相同，在煤田地质勘探过程中，空气泡沫钻进技术最深能够对地下2000米以下的岩心进行钻探 ，最大静水位也能够达到500米左右的深度。在进行地质钻进施工作业期间，由于较高的钻柱内压，推动空气泡沫沿着钻柱内压方向流动，产生负压作用力，当这种作用力集聚到一定程度时，对导致地层岩石破裂，因此，煤田勘探企业要根据实际情况采用不同流速的钻探要求。
二、空气泡沫的特殊性质分析
1.气液混合
煤田地质勘探钻施工作业期间，泥浆、水、聚合物、压缩空气以及各种溶液等混合体是钻进过程中最为常用的清洗介质。泡沫则是由气体和液体混合而成的体系。依照气体混合系统在孔内不同流动状态可将其分为雾状结构、泡沫状态、充气液体等。通常情况下，使用气液体比X来衡量气体混合系统在各相所处的不同状态，X值主要指的是在大气压条件下气体Qg和液体QL体积比，当X值大小于60时，气体混合系统主要为充气液体，当X值在60-300范围时，气体混合系统主要为泡沫状态，当X大于300时，气体混合系统主要为雾状结构。
2.泡沫剂
在空气泡沫钻进技术中常用的泡沫剂主要有以下几种：(1) 复合型发泡剂：该发泡剂是一种游离的发泡剂，将具有亲水性的基因团插入到阴离子发泡剂中的亲油基和亲水基之间。正因为亲水性基因团的插入，使发泡剂的分散能力、低温耐寒性、水解性、发泡性能以及降解力等方面都具有较强的性能；(2)非离子型发泡剂：该种发泡剂的稳定性较好，溶解在水中也不会产生电离反应，因此，这种发泡剂的抗盐腐蚀和抗钙侵蚀的能力较强；(3)高聚物型发泡剂：该种发泡剂具有很大的分子量，一般在三到五万之间，这种结构具有一个长链上汇聚多个亲水基团的特性，因此有很强的起泡能力，泡沫持久性长，不会受到钙镁离子的侵蚀。但其不足之处是成本太高，工艺复杂。
三、空气泡沫钻进技术在煤田地质勘探中的具体应用
1.科学配置泡沫剂
在煤田地质勘探工作，想要确保空气泡沫钻技术作用的高效发挥，对泡沫剂科学、合理的配置就显得尤为重要。技术人员要充分结合地质勘查的实际情况，结合泡沫剂的性能及安全性，选用合适的发泡剂。现阶段，在我国发泡剂市场上，ADF-3泡沫剂具有稳定性强、水溶性较好、发泡性强等特点，一般情况下，在1吨水中需要添加4千克的ADF-3泡沫剂，泡沫剂添加量不是越多越好，添加比一般在3%-4%左右，使用先进的设备及技术进行合理搅拌，确保泡沫剂内各类成分的稳定性。此外，根据不同地质条件，选用合适的空气泡沫钻进技术和煤田勘探设备。例如针对孔口密封处，使用144*144方钻杆，对密封导流装置进行合理安装，确保钻孔直径合规性。同时，在对空压机进行选择时，技术人员要从实际出发，根据高压空气管路的实际运行情况，将钢丝编织胶管与无缝钢管与进行有效连接。
2.合理控制转速
随着空气泡沫钻进技术在煤田地质勘探领域中的广泛应用，推动勘探水平的不断进步，科学合理的控制地勘钻机的钻进速度和使用功率就显得尤为重要，因此，就需要提升钻杆的机械强度，确保钻具作业施工的稳定性及高效性。通常情况下，钻具体积、尺寸越小，钻机过程中所产生的震动越小，管道外部覆盖的泡沫体系就会越发的稳定。但是，对于地质结构复杂，勘探难度较大的煤田矿区，施工人员依照孔壁实际结构特征以及钻具功能，选用适合的钻具型号，科学的配置，能够提高钻进速度及工作效率。因此，在岩石钻进的施工作业期间，为了提高工作效率 ，施工人员可酌情提高钻具运行速度，但是，也不可盲目的提高钻速，一般运行速度最大不能超过800r/min，一旦钻具的钻进速度过快，破碎的岩体无法得到有效清除，施工人员不易控制钻具的精准线路，容易造成钻具堵塞和路线偏离现象。合理控制钻进速度，是减少矿井塌方、提高勘探质量的前提保障。为了使钻头将岩石彻底的击碎，施工人员要进行实地考察，全面了解地质结构、地貌特点等，控制钻具的钻进速度，减少钻压，最大程度的提升勘探效率。如果勘探区域内岩石的研磨性比较小时，施工人员要加大钻进压力，而在对空压机的选择时，需要充分结合空气泡沫的实际排放量情况，以此提升岩心钻进效率。
3.技术发展前景
为了更好的推进空气泡沫钻进技术的发展，科研人员要多方吸取各国优秀做法，完善钻进灌注系统工作效能 ，对地表管道输送情况进行分析研究 ，确保管道内部流通的空气与泡沫液充分混合，以此提高泡沫系统的保护功能。然而，由于人们对煤矿资源需求量的不断增多，资源开采及地质勘查的难度也在不断增加，因此，在煤田地质勘探研究过程中，技术人员要根据地质结构特点，选用适合的钻具钻头，使空气泡沫钻进的技术功能得以充分发挥。此外，技术人员要加大增压装置的研究深度，根据空压机在实际工作中的运行状态，控制增压机内部压力。
四、结束语
总而言之，对于地质结构稳固、岩石硬度较大、地貌特点复杂的地层，空气泡沫钻进技术是最理想的技术。该技术在实际施工作业时，特别是在多层采空区地层中进行钻进，使用减少量的施工用水就可以完成钻进任务，还能提高钻进速度，延长钻头寿命。较少的用水量能够更加准确判断采空区中含水量情况。此外，空气泡沫钻进技术在煤炭地质勘探中的应用能够确保岩心钻进质量，还能提高矿井中的安全性能，确保施工人员生命财产安全。
参考文献
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作者简介：楚存忠，男，汉族，1976.10.06，黑龙江能源职业学院，安全技术与管理专业。