浅析气动潜孔锤钻进技术在钻探中的应用

2 气动潜孔锤施工的优点
（1） 施工冲击功率大� 潜孔锤以冲击碎岩为主， 钻进效率高， 是钻进坚硬岩层, 卵砾和漂砾层等坚硬 岩层的有效方法，而且潜孔锤的单次冲击功一般可 高达数百至一千焦耳以上， 以冲击碎岩为主 �汝箕沟 矿区白芨沟煤矿地层以石英粗砂岩 , 硅质细砂岩为 主， 岩石比较硬 ， 钻进比较困难 � 下表是在白芨沟煤 矿坚硬岩层中各钻进工艺对照表，空气潜孔锤钻进 钻速高达 5 1 0 m/ h （见同类地层进尺对照表） ， 充分说 明气动潜孔锤施工冲击功率大的特点�
（5 ） 气动冲击器结构简单， 便于制造维修， 工作 性能可靠， 潜入深水时密封性好， 孔底岩屑排除效果 好， 钻进速度和使用寿命长 �在施工白芨沟矿防灭火 灌浆 孔中， 30 0 m 的 两个钻 孔只用 一个 钻头， 价值 11 0 0 元， 施工只需 3 5 天 ，如果用普通钻 头钻进 300 m， 最少也需 60 个钻头， 价值 90 0 0 元， 施工最少
� 30 天左右 � 利用潜孔锤钻进， � 效率十分可观， 真正达 径 1 20 1 50m m 时，供风量在 1 0 1 2m 3/m i n 最合适， � 在 大于 1 20 34 0 m 采用 高压 冲击 器 时， 供 风量 在 到低消耗, 低劳动强度， 高效率, 高效益的目的 �
3 气动潜孔锤钻进缺点
第 8 卷 第 3期 VOL.8 NO.3
2010 年 6 月 Jun.2010
浅析气动潜孔锤钻进技术在钻探中的应用
黄忠正 谷保泽 宗伟琴
（神华宁煤集团公司生产技术部， 宁夏 银川， 7 50 0 0 4）
摘
要： 通过对神华宁夏煤业集团公司汝箕沟矿区地面防灭火钻孔及部分瓦斯抽放钻孔采用气动潜孔
锤钻进工艺施工， 总结出了气动潜孔锤施工的工艺优点和技术参数， 从而提高施工效率， 减少钻进事故� 关键词： 气动潜孔锤 施工工艺 处理措施 中图分类号： D 41 文献标识码： A 文章编号： 1 674-8 49 2 （20 10 ） 0 3 -0 40 -0 3
表 3 白芨沟煤矿瓦斯抽放孔终孔水平位移数据表
孔号 1# 2
#
取决于所用冲击器在气缸内所产生的压力大小 � 过 大或过小都会影响潜孔锤钻进的正常工作 �大则会 引起钻头的过早磨损 , 球齿掉落 , 回转困难， 过小将 影响冲击功率的有效传递， 进尺缓慢 � 4. 2 转速 钻具的转速主要是根据岩石性质 , 钻头直径, 冲 击功和冲击频率来确定 �合理的回转速度保证最优 的冲击间隔范围内破碎岩石 �若回转速度低， 不仅会 产生重复破碎， 影响效率的提高， 而且钻头球齿也易 嵌入碎岩坑穴中， 造成回转困难和钻头的磨损， 如果 回转速度高， 则不仅会使冲击碎岩的作用减弱， 而且 会造成钻头强烈磨损， 使冲击碎岩转化为切削碎岩，
（2） 钻孔空气上返流速高， 孔底清洗彻底， 冷却 效果好， 钻头寿 命长 � 由于 在施工过 程中， 钻杆 与 孔径匹配 非常到位 ，确保了 孔底岩屑 及时排出 孔 口， 同 时， 压 缩空 气以 超音 速通过 钻头 喷嘴 ， 其沿 环状间隙 返回地面 � 在施工 汝箕沟煤 矿地面瓦 斯 抽放 钻孔 时， 曾 出现断 钻具 , 粘 附卡钻 等事 故， 但 由于采用气动潜孔锤钻进工艺， 克服了环状钻头及 金刚 石钻 头采用 泥浆 钻进 处理 孔 内事 故棘 手 , 费 劲, 耗 时等 困难 ， 真正 实现 了钻孔 内干 净， 处理钻 孔事故简单 , 快 等目的 � 通 过气动潜 孔锤的施 工， 大大的减少了钻探作业辅助时间， 增大了纯钻进时 间， 极大地提高了钻进效率 � （3 ） 气动潜孔锤钻进钻压 小， 转速 低及扭矩小， 明显减少钻杆折断和磨损，具有良好的钻孔防斜和 保直效果� 我们以前采用普通环状合金钢粒及金刚 石钻头钻进中，因为合金钻及金刚石钻头都是切削 钻进， 需要相当速度， 这样势必加大动力， 在材料的 消耗上可以说是气动潜孔锤的 2 到 3 倍以上 � 由于 潜孔锤钻压小 , 转速低, 扭矩小， 而进尺快， 所以在孔 内不易造成大的孔径，加上采用塔式或满眼级配钻 具 （在潜孔锤钻头处及钻头以上 8m 和 1 7 m 处分别加 三组扶正器 ） ， 另外加 4 2m 的钻挺， 如图 1 所示 （钻具 级配图 ） � 这样的钻具级配和潜孔锤结合起来， 钻进 进尺高 , 钻孔孔斜小 , 钻具不易断， 硬岩层钻进取得 了很好的效果 �
（1） 只能一次性成孔 � 若要扩孔， 还要用特制的
1 2 1 8m 3 /m i n 最合适 � 4. 4 风压 钻进速度与所供给的负风压密切相关，不同结
� 4 2�
第 3期
构的潜孔锤在相同的风压时， 其钻进速度不同�而对 于同一潜孔锤来看， 在不同的风压作用下， 其钻进速 度尤其明显， 特别是无阀潜孔锤， 随着风压的提高， 其钻进速度增加更快，而每米进尺所消耗的风量却 相对减少 �在钻进过程中， 随着钻孔加深， 压缩空气 循环阻力增加， 空压机的供风压力将升高�这时必须 得调整风压， 否则达不到钻进效果 �我们在实际施工 中， 采用日式复盛螺旋空压机能够自动调节风压 , 转 速， 将解决这一问题 （见表 4） �
泵压和风压对照表
中硬, 坚硬均质 10 0 1 50 kg / mi n 7 0 90 kg / mi n 可自调 易破碎 7 0 k g/ mi n 90 k g/ mi n 可自调
Байду номын сангаас
软的无摩性, 无裂岩层 合金 金刚石 1 50 1 80 kg / mi n 90 1 1 0 kg / mi n 可自调
4 气动潜孔锤的钻进技术参数
气动潜孔锤钻进效率的高低，不仅取决于所用 的空气压缩机 , 冲击器及钻头的性能和质量， 而且必 须做到合理操作 , 正确选用钻进技术参数， 才能很好 地运用 � 4. 1 钻压 汝箕沟矿区施工中采用的宣化 �英格索兰公司
产的 DH D34 0 A 高压潜 孔锤以 及 C IR 1 1 0 低压 潜孔 � � � 锤， 压力在 0 . 4 0. 6 钻进 �潜孔锤压力的大小， 主要 （4） 利用气动潜孔锤钻井效率高， 采用小裂隙不 怕漏水和泥浆马达定向钻井相结合钻进，解决了利 用空气 潜孔锤钻 井不能纠 斜和泥浆 牙轮钻井 速度 慢 , 效率低的弊端，既能纠斜又能提高钻进效率 � 200 7年在白笈沟矿南四采用此项钻探工艺进行定向 灭火钻孔施工， 准确无误地打到煤柱巷道中， 对煤矿 防灭火起到重大作用， 钻进效果见表 3�
主采二层煤， 煤厚度 0 29. 36m ， 平均厚度 1 8. 33m ， 开 采工艺为分层走向长壁式开采方法，开采方法以综 采, 综放为主 �含煤属于侏罗纪延安组地层， 以含石 英, 长石的粗砂岩和细砂岩为主， 粉砂岩, 泥岩, 页岩 次之 � 神华宁夏煤业集团相继采用普通合金钻进工 艺, 钢粒钻进工艺 , 金刚石钻进工艺等通过地面施工 钻孔对火区进行灌浆及地面瓦斯抽放 � 采用普通环 状硬质合金钻头， 每台班只能钻进 0 . 2 0 . 3m ， 而且钻 进速度不能满足施工要求， 经研究， 改用钢粒钻进， 但每台班只能钻进 1 2m ，后来采用金刚石钻进， 金 钢石钻进成本高， 且钻探参数要求很高， 经实验未能 达到预期的效果 �最后， 采用气动潜孔锤钻进工艺， 克服了进尺慢 , 事故多等缺点， 实现钻进效率高， 保 证了汝箕沟矿区效益生产和安全生产�
终孔深度 终孔水平位移 （m） 286. 0 0 250 . 7 0 283. 14 24 9. 16 （m） 2. 80 2. 95 3. 58 2. 57
孔号
# #
终孔深度 终孔水平位移 （m） 254 . 40 283. 0 0 252. 0 0 259. 0 0 （m） 2. 17 2. 96 2. 55 2. 89
钻头
稳定器
稳定器
稳定器
图�
钻具级配图
我们在白芨沟 , 汝箕沟煤矿钻孔施工中效率非 常可观， 钻进效率是普通钻探的 3 4 倍， 不同钻进方 法效果对比见表 2 �
表 2 不同钻进方法效果对比
钻进方法 潜孔锤 普通法 时效 （/ m. h - 1） 钻效 （/ m. 月 -1） 1 3. 85 0 . 31 3 357 . 67 90 . 66 备注 4 个钻孔平均值 7个钻孔平均值
表4
类型 泥浆泵
其工艺在 施工过程 中对地层 环境的适 应性及钻 进 效益是普通环状合金钻进工艺 , 钢粒钻进工艺和金 钢石钻进 工艺无法 取代的 � 在神华宁 夏煤业集 团 汝箕沟矿 区防灭火 钻孔及瓦 斯抽放钻 孔采用气 动 潜孔锤工艺施 工， 大大提高 了施工钻 进速度， 减少 了钻进事故， 取 得了一定的 经济效益 和社会效 益 � 但是 ， 气动 潜孔 锤的应 用， 尤其在 软 , 硬岩 交替 的 地层中钻进还有空白区域， 需要我们不断地摸索和 总结 � 由于气动潜孔锤工艺使用适用性强 , 使用范 围广， 钻进效率 高 , 劳动强度低等 特点， 可以肯 定， 不久的将来， 气动潜孔锤必将代替环状合金钻头及 金刚石钻头等一些钻进工艺 �
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造成效率低, 钻头磨损严重 �在汝箕沟矿区使用气动 283. 0 � 0 2. 57 24 0 0 . 45 潜孔锤钻进中， 钻机转速在 2 0 50 转 / mi n 时， 钻进效 率较高 � 4. 3 供风量 潜孔锤钻进中，压缩空气主要为冲击器活塞运 动提供能量以及携带岩屑, 冷却钻头， 所以供风量的 大小， 一方面是根据所使用的冲击器所需耗风量， 另 一方面是要保证钻杆环状空间的返回风速确定压风 供风量 �在汝箕沟矿区钻进中， 在深度小于 1 0 0 m， 孔
1
概述
神华宁煤集团汝箕沟矿， 地处贺兰山北段， 处于
钻头类型
表1
同类地层进尺对照表
普通合金 金刚石 空气潜孔锤 10
� � � 进尺 （m/ h ） 0 . 0 25 0 . 0 4 0 . 1 0 . 2 5 高山环绕 , 沟谷纵横的地貌环境 � 地形南北高 , 中间 低， 地面标高在 �1 7 1 8 � 21 02m 之间 � 汝箕沟矿区
风压机 潜孔锤
5 总结
气动潜孔锤钻进技术，在我国广 泛推行应用，
作者简介： 黄 忠正 （1 97 2� ） 工 程师， 1 998 年毕 业于湖南 湘潭工 学院地质 及水文地 质专业， 现在神华 宁夏煤业 集团公司 生产技 术部 工作�
B i efA na l i o n D TH D i l l i ng T ec hno l og i n he D i l l i ng A p p l i c ai on
第3期
1. 5m 6m
黄忠正等： 浅析气动潜孔锤钻进技术在钻探中的应用
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41�
钻头扩孔， 这样工作程序比较麻烦� （2） 在操作中， 出现潜孔锤不回转下冲击， 易打 出 " 键槽 " 孔， 使钻具回转困难， 易断钻具� （3 ） 进气眼易堵塞， 使潜孔锤不能正常工作 � （4） 气动潜孔锤钻进中不能润滑钻具， 使钻具磨 损比较快�