黑龙江省地球物理地球化学勘查院 黑龙江省哈尔滨市 150036
摘要：众所周知，矿山开采将面临诸多困难，岩石、细砂等复杂地貌常见。随着采矿历史的发展，采矿技术也在不断创新。新技术层出不穷。本文介绍的深孔钢丝绳取心钻进技术不同于以往采矿中使用的金刚石钻具。它属于液压冲击回转钻具，是一种实用可行的高效、优质、低耗的钻进技术，无论是工作效率还是精度都明显高于老金刚石钻具，该技术的发展对今后矿山工程的顺利进行具有重要意义。
关键词：矿井深孔；钢丝绳取芯；钻井技术；应用；研究
随着新一轮国土资源大调查的开展，攻深找盲，深部探矿工作量日益增多，勘探深度1300～2000m的地质工作已经铺开，施工的地质钻孔越来越深，钻探遇到的地层也越来越复杂，施工难度也越来越大。钻遇这些层位时，会发生孔壁坍塌、掉块、裂隙、漏水、缩径和超径等现象，对钻探施工的难易程度产生主要影响。本文作者自己的工作经验对深孔钻探取芯技术进行了研究。
1钢丝绳取心水力旋流钻进技术及其优点
（1）矿井深孔钻进技术综述。深孔钢丝绳取芯钻进技术主要采用液压冲击旋转技术。水力冲击工具的研究最早是由地质和矿产勘探团队使用的。其研究和使用已经有50多年的历史，经过长期的研究，为液体冲击技术的发展奠定了坚实的基础。在液压旋转钻井技术成果的基础上，有关人员积极优化和改进冲击器的结构参数（2）钢丝绳取心钻进与液压旋转钻进的技术优势。钢丝绳取心钻进又称无提升取心钻进。起初，这项技术主要用于石油钻井。目前，该技术还应用于地勘、冶金系统，铁路运输系统和核工业系统都具有良好的经济效益和社会效益。复杂地形绳索钻进技术可以解决深孔地层压力平衡问题，深孔钻柱受力复杂，由于钻柱与深孔壁间隙过小，泵压过高，背压增大等一系列特点。在地勘行业，经过长时间的比较使用，水力旋流钻进技术用于钢丝绳取芯钻进的优势更加突出：1、有效提高钻进效率，克服砂砾石滑动问题；2为降低作业成本，可延长钻具使用时间，加强钻孔直线作业，提高岩石回采率，减少堵塞现象。
2施工工艺
ZK1501钻孔结构及工艺设计：钻孔结构设计如图所示，表层130mm硬质合金钻头钻孔，钻至弱风化岩石，127mm地质套管做孔口管封上部软弱松散地层；在完整基岩面以下数米处钻取110mm金刚石单管后，插入108mm地质套管制作技术套管，为76mm绳索钻进提供更合理的孔壁间隙和稳定的钻杆，然后采用76mm金刚石绳索钻进技术钻至终孔。技术参数的选择：1）钻进压力：钢丝绳取心金刚石钻头胎体壁厚大于普通金刚石钻头，实现有效破碎金刚石所需的钻进压力也大于普通钻头。施工中，主要控制不超过最大钻压，钻进过程中进尺缓慢时不能盲目增加钻压，应降低钻压，均匀控制油压，根据地层条件、钻进速度灵活调整钻压，在破碎地层中，应适当降低电流计、钻机载荷的判断和钻压。2）转速：孕钻钻头主要靠高转速来获得钻进效率，根据钻机齿轮选用355r/min和577r/min，根据钻机的工作载荷、钻柱的工作状态以及钻进过程中岩层的变化来调整转速。3）泵容量：在实际钻井过程中，冷却钻头所需的泵容量不大，只有钻头直径每厘米0.2~0.3L/min的泵容量才能满足基体快速散热的需要，但必须保证连续循环。根据BW-160泥浆泵，应根据钻井程序选择44l/min和67l/min两种排量，满足返屑和清底要求时应选择小排量。在地层完整性的情况下，采用不含固相冲洗液的部分水解聚丙烯酰胺，加0.3%皂化油，提高润滑效果；在破层粘土情况下，当反复缩径而不能下放钻杆时，采用不分散低固相护壁。具体配方为：膨润土（6%）+纯碱（6%）+腐植酸钾（1%～3%）+CMC（3‰）。
3矿山深孔钻探绳索取芯钻进技术的实际应用与研究
3.1施工时的岩层状态。
岩石的产状是矿山开采中首先要注意的问题。岩层的不同状态称为岩层产状，包括倾角、走向和倾角。云南矿区岩层结构复杂，层状结构脆弱，发育不全，极易出现破碎情况。
但还有一部分岩石的可钻性可达到7～8级，对于绝大多数坚硬岩石或坚硬岩石，破碎成功率较低，另外在工程过程中可防止事故的发生。此外，还有钻探等级达9级的坚硬岩石，主要由硅化角闪石花岗岩和蚀变岩组成。此外，云南地形复杂多变，大部分岩层在构造运动中处于活动状态，岩层结构复杂多变。
3.2钻井设备和建筑材料。
深孔钢丝绳取心技术分为S95、S75和S59三个层次。不同厚度的岩层可使用不同等级的钻具。本实用新型根据云南特定地层的状态资料，预测了钻探中易发生的复杂情况和各种因素，采用三级取心工具配套，可有效地解决复杂岩层坍塌、漏水、漏失等问题，矿山开采中岩层的滑动等现象，相应地提高了工作效率。在深孔或超深孔作业中，必须采用新型钻杆或加强型钻杆等能提高钻杆强度和严密性的新型设备，这种辅助设施能大大减少施工事故的发生，保证钻井作业的安全高效，提高工作效率。
3.3矿山深孔钻探技术参数。
在深孔钻进中，在保证各设备性能的前提下，应采用高参数，以满足实际要求。钻机钻井压力为15KN~20KN，钻机钻井压力与钻头转速相匹配，故钻头钻井速度为350r~750r/min，水泵泵压为0.5MPa~2.5MPa，水泵泵压也与泵量相匹配，所以泵的容积是每分钟50L~90L。如果泵压过高事故发生时，整个工作系统会因冲击阀变形而悬浮。因此，只有坚持配套的作业制度，采掘系统才会像齿轮一样有效，从而提高工作效率。
3.4矿山深孔钻钢丝绳取心技术试验结果。
古老的格言“他们知道他们想要的是无敌的”也适用于建筑。岩层机械钻削需要对局部岩层进行预先检查，并根据特殊岩层结构进行特殊钻削。液压锤之间的间隙会影响冲击器能否稳定工作。为了保证冲击的有效性，有必要适当调整间隙，以保证工作的稳定性。冲击器的正常工作还与冲洗液的充分性有着直接的关系，冲洗液的充分性可以保证它能向冲击器传递足够的能量来完成冲击工作，因此，冲洗液是影响冲击器工作能量和稳定工作的关键点。钻具外圈间隙应适当增大，现阶段常用钻头直径75mm。在本次试验研究中，发现泵压外圈间隙大部分损坏，应适当增大外圈间隙，从而降低泵压量，使采矿工作顺利进行。实践表明，钢丝绳取心钻进技术在提高工作效率和岩石利用率方面具有良好的效益。从哲学上讲，“实践是检验真理的唯一标准”，可见钢丝绳取心技术在深孔钻进中具有明显的优越性。
4钢丝绳取心钻进技术的积极推广
从某矿区的实际运行情况可以看出，钢丝绳取心钻进技术对矿井深孔钻进工作效率的提高是积极有效的，我国矿区的地貌环境令人担忧，严重破坏自然环境，破坏生物链。只有采用先进的设施取心钻进技术，才能在最大限度保护自然环境的基础上，有效提高开采效益。根据近几年的经验，钻头是目前钢丝绳取心钻进技术的关键，市场上大部分钻头在地层中应用不广泛，导致钻头使用寿命短，影响采矿作业过程。
5结论
钢丝绳取心钻进技术作为一项新技术，在矿山深孔钻进实践中取得了良好的工作效果和成果，新技术、新工艺的出现对整个矿业具有重要意义，既是机遇，也是挑战。对于机遇，每位员工都要积极抓住，积极应用，对于挑战，相关员工要努力完善工作制度，提高自己的操作技术水平，并要通过反复实践逐步完善这项工艺技术，积极投身矿业事业。
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