摘要:光山县娄尖山萤石矿是一个中央财政补贴地质勘查项目,由中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队承担该项目的详查工作。文章介绍了光山县娄尖山萤石矿钻孔事故的情况,对事故原因进行了烧钻、钻杆、操作人员三个方面的分析。对事故的得到的经验教训进行认真吸取,对以后解决类似问题有一定的借鉴作用。
关键词:钻孔事故;断钻杆事故;烧钻;萤石矿ZK201
中图分类号:X928文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)04-0171-02
一、矿区基本情况
光山县娄尖山萤石矿是一个中央财政补贴地质勘查项目,由中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队承担该项目的详查工作,设计钻孔7个,钻探工作量约1000米。
1.矿区地质及构造:矿区地层包括震旦系—下奥陶统肖家庙岩组三岩段(Z—O1X3)和泥盆系南湾组三段(Dn3)。肖家庙岩组岩性主要为绿帘斜长片岩、角闪斜长片岩、白云(二云)斜长片岩。普遍具糜棱岩化作用,推测原岩为中基性凝灰质火山岩和酸性流纹岩。南湾组三段岩性主要为斜长变粒岩、白云(二云)斜长变粒岩、白云(绢云)斜长片岩。
矿区内构造以近东西向的断裂构造为主,较明显的有一条,由①号萤石脉填充。此外,地层的扭曲、变形相当普遍,下部破碎严重,钻探施工难度较大。
2.施工组织及设备:矿区按一个机台编制,有机长、班长、工程技术及生产辅助人员共计20人,主要施工设备有XY-2钻机一台,BW-200水泵两台,BW-160水泵一台。
二、事故经过
ZK201孔的设计深度为150米,倾角75°。钻孔孔身结构为:Φ110开孔,钻至8米后下入Φ108套管,改用Φ75孔径钻至25米,然后更换Φ56钻具一径到底,没有下Φ75套管。
11月25日夜,喻××班在钻至86.71米时发生断钻杆事故,断头位置在33.41米处。据钻机操作人员喻××讲,事故发生前没有任何异常征兆,因此本机台在该事故的处理时,只作为一般事故来对待。其处理情况如下:先用Φ42钻杆公锥插入钻杆断头中间的水眼中,吃扣后却起拔不动,就强力扭断公锥,然后下入Φ56孕镶金刚石钻头扫磨钻杆断头,试图将钻杆断头磨细后下Φ42母锥打捞。但是,由于钻杆断头处地层破碎,孔径增大,钻杆断头偏向一侧,扫钻钻头从钻杆断头的中间劈下并向一侧偏斜,钻杆挤压钻具,导致扫磨钻具从扩孔器处断开,又将钻头和扩孔器断在孔内,造成事故复杂化。接下来又打捞断在孔内的钻头和扩孔器,下入Φ56的岩心管公锥,但由于判断失误,公锥没有正确插入扩孔器内,而是插向断扩孔器、断钻杆头与孔壁之间,操作人员误认为已经插入扩孔器中,就强力吃扣,结果再次将Φ56岩心管公锥断入孔内,使该事故进一步恶化。该事故处理至12月14日,由于判断失误和采取方法不当,不仅拖延了工期,而且造成事故越来越复杂。
总队领导对该孔事故的处理非常重视,于12月15日组织有关工程技术人员召开专题会议,集思广益,共同研究、制定事故处理方案,16日安排探矿工程人员到矿区指导处理。
探矿工程师到工地后,详细询问了事故发生及处理情况,认真查看了班报表记录,并对使用钻杆、钻具进行了重新校正,根据了解掌握的事故情况分析,这不是一般的断钻杆事故,因为用锥吃扣后,既不能转动,也不能强力提起,打吊锤也无反应,估计烧钻的可能性较大,是由于烧钻造成钻杆断裂,我们以次为出发点制定处理方案。首先从打捞Φ56岩心管公锥开始,通过特制工具第二天就将断锥捞起,接着又将断在孔内的扩孔器和钻头打捞上来,最后采取返钻杆、扩孔、套取钻具等措施,于12月26日上午将该起事故彻底处理完毕,根据打捞上来的事故钻具分析,这确实是一起供水不足造成的烧钻事故。
三、烧钻原因分析
1.水泵动力不足,深孔送水阻力大,这时要求泵压很高,如果动力不足,就不能将水送入孔底,或送入孔底的水量太小,不能满足钻进过程中排除岩粉和冷却钻头的需要而造成烧钻。
2.孔深时钻杆接头较多,中途漏水量增加,送入孔内的水只有一部分经过孔底形成循环,水量小,排粉不干净,岩粉粘连钻头唇部,冷却效果差造成烧钻,甚至中途水量漏失,形成假循环引起烧钻。
3.处理事故中发现,水泵皮带松,高压时皮带打滑送不进去水。
4.本次烧钻比较严重,钻头胎体与岩石烧为一体,事故发生前会有征兆出现的(如柴油机憋车、声音沉闷、排气管冒黑烟等),操作人员没有及时发现或发现后处理不当而造成烧钻。
四、断钻杆事故原因
1.该矿区使用的Φ50钻杆是国产钢材,材质相对较差,其强度还不如过去用的Φ42日本进口钻杆,再加上该批钻杆为2002年内乡工地所购置,已经用了几个矿区,磨损较大,强度降低,特别是丝扣处壁薄,所以基本上每次断裂位置都发生在母扣处。
2.矿区地层破碎,斜孔钻进中容易掉块卡钻,且有破碎带的孔段,极易形成“大肚”状,孔径增加,钻杆回转时摆动幅度大,造成钻杆疲劳折断。
3.冬季施工天气冷,钢材脆、柔性差、强度降低。
五、事故处理中存在的问题
1.第一次用Φ42钻杆公锥锥住钻杆断头时,在回转不动、又提不起来的情况下,应用钻机立轴油缸向上加压,同时反转钻杆,然后根据钻杆反开的位置,再研究制定下步处理方案,而不应该将公锥强行扭断,给继续处理留下祸害。
2.由于钻杆断头在33.41米处,而孔口以下25米为Φ75口径,钻杆断头距Φ75口径只有8.41米,当Φ42钻杆公锥扭断后,应该用Φ75口径钻头自25米扫孔至钻杆断头下面,然后用Φ75的反丝母锥将下部钻杆反上来,这样反复进行,直至最后将事故钻具全部处理完毕,而不应该用Φ56钻具扫磨钻杆断头,造成扩孔器折断,导致事故更加复杂。
3.扩孔器断后所采取的处理方法都是正确的,但遗憾的是操作人员对钻杆断头位置把握不准,计算不精确,处理中对孔内情况判断失误,又造成Φ56岩心管公锥断入孔内,使孔内事故进一步恶化。
4.事故处理人员经验不足,对孔内情况及处理中发生的一些现象不善于观察和分析,后来虽然采取的处理方法对头,但缺乏正确的判断,在事故处理中走了不少弯路,浪费了时间和物力。
5.该事故处理了整整一个月,时间较长,除上述原因外,库存材料不足,没有现成的反丝钻杆,处理事故用的部分丝锥也是临时定购的,要等厂家发货来,这些都耽误了很多处理时间。
六、经验教训
1.在这次事故处理过程中,明显反映出钻机操作人员技术水平较低,操作不够熟练,应变能力差,关键时候精神紧张、反应迟钝、手忙脚乱,甚至出现误操作现象。该机台只有两名在职职工,三名带班班长均为离退休人员,其余为民工,综合技术素质不是很高。带班人员在离退休之前也不是钻机主要操作人员,况且离退休后长时间不在机台工作,技术上有些生疏,只能干一些地层好、浅孔、顺当一点的工程,像本矿区这样岩石硬、地层复杂、孔较深、操作技术要求较高的钻孔,就显得吃力。
通过这次教训,提醒我们:第一,管理人员在布置、安排工作的时候,要了解这项工作的艰巨性和难易程度,要审查、判断项目部的施工方案、施工设备和配备的施工人员是否能满足所承担项目的技术要求,否则,不仅工程项目完不成,还会造成人力物力浪费;第二,要加强职工的培训教育,特别是主力人员,要采取措施提高他们的技术水平,提高他们业务素质。过去总队有一批技术水平较高的钻探人员已经退休了,但我们的事业还在,还要继续,应注意培养后续施工力量。
2.钻机操作人员不仅要技术熟练,善于分析和正确判断孔内情况,反应灵敏,技术全面,而且要责任心强,工作细致、负责。
班长对本班的工作要布置严密,特别是记录岗、水泵岗、钻机操作岗,应定人定岗,并在生产中精力集中,不得脱岗,相互配合。
3.各班记录人员一定要工作细致、负责,记录不怕麻烦,要达到记录的数据准确、内容全面。特别是提钻前、下钻后、突然掉钻、发生事故、生产中发生异常时,一定要丈量余尺,且要数据准确,这样才能为事故处理提供可靠的参考依据。
七、建议
1.要加强岩心钻探施工人员的技术培训,机、班长要选择那些工作积极、责任心强、好学上进、有一定操作技术基础和文化程度的职工担当,并进行重点培训、培养。目前大部分机、班长处理一般事故和正常钻探施工还是可以的,而遇到复杂地层和复杂事故时,分析、判断能力就显得欠缺。
2.投入部分资金更新钻探设备,如全液压钻机,可以提高事故的处理能力;其次也要配备常用的事故处理设施,如各种公、母锥,反丝钻杆,磁力打捞器等。
3.配备绳索取芯机具,中、深孔采用绳索取芯钻进,可提高钻探生产效益。
4.配备一批高质量钻杆,提高事故预防能力。
5.对机台进行泥浆材料、配比试验,在复杂地层推广使用高质量泥浆,提高复杂地层钻探技术水平。
作者简介:袁华军(1961-),男,河南南阳人,中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队探矿高级工程师,国家注册安全工程师,研究方向:矿山机械岩芯钻探、桩基础施工、地基处理及岩土工程施工与管理。
