摘要：該文主要論述了繩鉆技術(shù)在復(fù)雜地層煤田勘探礦區(qū)中研究應(yīng)用情況及取得的效果，即從鉆孔結(jié)構(gòu)沖洗液技術(shù)、護(hù)壁堵漏技術(shù)、鉆具配套及硬巖鉆進(jìn)等方面進(jìn)行了有效的探索和應(yīng)用，對(duì)類似礦區(qū)施工具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和指導(dǎo)意義。

主題詞：繩索取芯鉆探技術(shù) ; 施工措施 ; 含煤礦區(qū)復(fù)雜地層

??? “科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。這是鄧小平理論對(duì)馬克思主義科技理論的重要貢獻(xiàn)，在這一理論的指導(dǎo)下，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平出現(xiàn)蓬勃發(fā)展的局面。作為煤田地質(zhì)勘探專業(yè)隊(duì)伍的福建省 121 煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，從上個(gè)世紀(jì)八十年代中期為加快勘探步伐，縮短勘探周期，依靠科技進(jìn)步，積極推廣應(yīng)用繩索取芯金剛石鉆進(jìn)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱繩鉆技術(shù)）；經(jīng)過(guò)二十多年的努力和探索，使繩鉆技術(shù)不斷完善，鉆進(jìn)效率和勘探質(zhì)量明顯提高。二十二年來(lái)累計(jì)完成鉆探進(jìn)尺 48.4 萬(wàn)米，在閩、云、貴、川等省份探明煤炭?jī)?chǔ)量 50 余億噸，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)建設(shè)做出突出貢獻(xiàn)。通過(guò)多年對(duì)該技術(shù)的研究和應(yīng)用，使福建省 121 隊(duì)的鉆探技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力不斷提高，繩鉆技術(shù)應(yīng)用水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng) 先。

??? 煤田勘探施工的主要區(qū)域分布在福建、云南、貴州、四川等省份。福建煤田地質(zhì)主要勘探對(duì)象見(jiàn)三疊紀(jì)童子巖組，童子巖組之上由翠屏山組所覆蓋，為非煤系地層，主要巖層見(jiàn)泥巖、粉沙巖、細(xì)粉砂巖和中粒沙巖。云、貴、川主要含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，主要巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)砂巖、粉質(zhì)泥巖為主，而覆蓋其上部的三疊系個(gè)舊、永寧鎮(zhèn)組以灰?guī)r為主。

??? 福建省 121 隊(duì)煤田勘探礦區(qū)按鉆探施工技術(shù)要求，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

?（ 1 ）鉆孔漏失嚴(yán)重為主要特點(diǎn)。特別是永寧鎮(zhèn)組、個(gè)舊組中的 石灰?guī)r溶洞發(fā)育，溶洞最大達(dá) 20 米 。童子巖組的風(fēng)化帶和斷層破碎帶也是主 要漏失區(qū)，屬裂隙裂縫性，有時(shí)也出現(xiàn)小溶洞，并有地下水活動(dòng)。另外，由于繩鉆工藝環(huán)空間隙小，泵壓損失大，常使地層失去平衡以致誘發(fā)漏失。

?（ 2 ）孔壁坍塌也是繩鉆工藝施工中常見(jiàn)現(xiàn)象，坍塌常出現(xiàn)在斷層破碎帶中。另外，在厚煤層中（特別見(jiàn)粉煤層）鉆進(jìn)，由于鉆孔護(hù)壁不穩(wěn)定，上下鉆具操作不當(dāng)也易引起煤層坍塌，這種現(xiàn)象在各勘探區(qū)都經(jīng)常遇到。

?（ 3 ）硬巖“打滑”地層，在翠屏山底部約 40m ，屬硅質(zhì)膠結(jié)的石英砂巖。同時(shí)，含有少量的隧石，巖石硬度在 X 級(jí)以上。采用一般金剛石鉆頭鉆進(jìn)其效果差，鉆效低，新鉆頭投入使用后很快被磨鈍而打滑不進(jìn)尺。

?（ 4 ）煤系中煤層多，一般鉆孔都可見(jiàn)煤層十幾層，煤層有塊煤、粉煤兩種。粉煤取芯難度大，若操作不當(dāng)往往造成采取率達(dá)不到要求致使鉆孔質(zhì)量降級(jí)。

?（ 5 ）巖層傾角變化大，軟硬互層頻繁，屬易斜地層。

?（ 6 ）龍?zhí)督M中部分泥巖遇水膨脹，鉆進(jìn)中發(fā)生縮徑現(xiàn)象，對(duì)泥漿性能要求高。

??? 總之，煤田地質(zhì)工作條件的特點(diǎn)綜合反映了南方各省普遍出現(xiàn)的“硬、脆、碎、漏、塌、斜、脹”的復(fù)雜面貌，直接影響鉆探效率和鉆孔質(zhì)量的提高。

??? 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選擇正確與否，直接影響鉆探效率的提高和施工成本的降低，該項(xiàng)工作對(duì)鉆孔的順利施工影響極大。因此，根據(jù)客觀條件選擇合理的鉆孔結(jié)構(gòu)是保證繩索取芯鉆進(jìn)正常進(jìn)行的重要條件，可以減少重復(fù)擴(kuò)孔和起下技術(shù)套管的程序和時(shí)間，從而提高鉆進(jìn)效率。

? (1) 對(duì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、開(kāi)孔為煤系地層且鉆孔較淺、巖石較完整的礦區(qū)，一般選用 2-3 級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，下 1-2 層技術(shù)套管。如一開(kāi)φ 110 、二開(kāi)φ 95 、三開(kāi)φ 77 為常用的鉆孔結(jié)構(gòu)。

? (2) 對(duì)上部較復(fù)雜、無(wú)煤系開(kāi)孔的鉆孔、或存在灰?guī)r溶洞的礦區(qū)，一般選用 4-5 級(jí)鉆孔結(jié)構(gòu)，利用技術(shù)套管將上部復(fù)雜地層隔離后，再使用 S75 鉆具完成煤系地層的施工；即一開(kāi)φ 130 或更大、二開(kāi)φ 110 、三開(kāi)φ 95 、四開(kāi)φ 77 終孔，為常用的鉆孔結(jié)構(gòu)。（見(jiàn)表 1 ）

表 1 云南老廠礦區(qū)鉆孔實(shí)際成孔結(jié)構(gòu)一覽表

??? 由此可見(jiàn)，選擇合理的鉆孔結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮技術(shù)套管對(duì)上部復(fù)雜地層的隔離作用，見(jiàn)順利完成鉆孔施工重要保障。

??? 沖洗液是鉆探的血液，是保證繩鉆技術(shù)能否順利應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)煤田地質(zhì)情況，研制出既符合繩鉆開(kāi)高轉(zhuǎn)要求的“三低一好”（低粘度、低切力、低密度、潤(rùn)滑性好），又能滿足不同地層護(hù)壁要求的各類沖洗液，經(jīng)過(guò)多年的研究和探索，已形成系列：

? (1) 無(wú)固相沖洗液。與清水相比，具有較好的攜帶和懸浮巖 屑的能力，且能在井壁上形成薄的吸附膜，具有一定的護(hù)壁能力，有較好的 潤(rùn)滑和減阻作用。由于現(xiàn)場(chǎng)配制簡(jiǎn)單、成本低、鉆進(jìn)時(shí)效高等特點(diǎn)，深受一線職工歡迎。該類型的沖洗液主要應(yīng)用于無(wú)煤系地層或條件較好的煤系地層。

??? 常用的無(wú)固相沖洗液有：聚丙烯酰胺（ PHP ）無(wú)固相沖洗液、田菁膠（ TG-1 ）型無(wú)固相沖洗液、 MY 型無(wú)固相沖洗液等。無(wú)固相沖洗液適當(dāng)加入鉀離子（ k⁺ ）可提高其護(hù)壁能力。

? (2) 低固相沖洗液。以優(yōu)質(zhì)鈉膨潤(rùn)土為基本造漿材料 , 以添加一定量的泥漿處理劑調(diào)整沖洗液性能達(dá)到即能滿 足繩鉆開(kāi)高轉(zhuǎn)數(shù)的需要，又能達(dá)到護(hù)壁的目的。如以（ 3-5 ） % 人工鈉土配成基漿，添加硝基鐵鉀、磺化瀝青（ DLSAS ）、廣譜護(hù)壁劑（ PGS ）、潤(rùn)滑劑等制成的優(yōu)質(zhì)低固相沖洗液，適應(yīng)于破碎帶、泥巖、煤層等遇水膨脹、坍塌水敏性地層。

? (3) 實(shí)例應(yīng)用

??? 福建省 121 隊(duì) 2000 年 106 鉆機(jī)在四川攀枝花礦區(qū)施工 2 個(gè)孔，累計(jì)見(jiàn)可采煤層 46 層，煤層厚度達(dá) 65.46m ，由于沖洗液類型選擇合理，性能穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，保證鉆孔的順利施工，使繩鉆的優(yōu)越性得到充分發(fā)揮，取得較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果。（見(jiàn)表 2 、表 3 ）

表 2 沖洗液類型的選擇及性能