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[摘 要]本文简要分析了当前几种常用的煤炭资源钻探工艺技术，而后又具体分析了钻探技术使用过程中的设备、参数等选择，最后又就提高钻探效率给出了具体建议。
[关键词]煤炭资源 钻探技术 效率 建议
中图分类号：TK396 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0009-01
引言
鉆探技术在地质勘探中应用较广，其应用过程为：结合地质设计资料，在之前选择的地点，采用钻探设备钻凿岩层或矿体，而后根据所获得的岩样、矿体等，可以了解该处地质资料，即矿体赋存情况，此外，还能获得地下水的运动规律。
1 常用的几种煤炭资源钻探工艺技术
1.1 金刚石钻进技术
金刚石钻进技术属于一种传统的钻探工艺技术，其碎岩材料为金刚石，实质为，单粒金刚石可看做一个球体，对于小塑性岩石，在碎岩时，主要有以下三种碎岩方式：第一，压碎；第二，压裂；第三，体积剪切，此外，还有一种钻具回转时的切削作用。而对于较为坚硬的岩石，其主要碎岩方式为钻具回转时的切削。其工作过程为：首先，金刚石钻头在轴向荷载作用下钻入岩石；然后在钻具转动时的切削作用下，不断破碎岩石，如此往复循环，实现碎岩目的。
1.2 空气洗井钻进技术
空气洗井钻进技术所使用的冲洗介质主要有两种：第一，压缩空气；第二，含有压缩空气的气液混合物，这两种冲洗介质也是破岩机的动力来源。这一钻进技术的一个明显的优点为，其具有较强的适应性，如在复杂的地质以及施工条件下，可以实现顺利钻进和碎岩。随着空气洗井钻进技术的应用及发展，其主要形成了以下几种技术：第一，粉尘洗井钻进；第二，雾化洗井钻进；第三，泡沫洗井钻进；第四，充气泥浆洗井钻进，其中，空气泡沫洗井钻进是以气、液体和一定量的发泡剂为冲洗介质，其优点主要有：第一，钻进效率高；第二，钻进成本低；第三，孔内安全。
1.3 冲击回转钻进技术
冲击回转钻进本质上是一种组合式钻进工艺，即为冲击式钻进和回转式钻进的组合。这一技术具有一个明显的特点，即回转钻头上安装有一个冲击锤。在钻进时，冲击器不但为钻具提供一定的轴向荷载，还使钻具具有一定的冲击能量，从实现冲击和回转切削，最终达到碎岩目的。冲击回转钻进效率受到多方面参数的影响：第一，钻压；第二，回转速度；第三，冲击功；第四，冲击频率，而这些参数的选择必须考虑到以下两种因素：第一，岩石类型；第二，施工条件。对于硬度较小的岩石，应选择较大的钻压，约为5880-7840N，转速确定为100r/min左右；对于硬度较大的岩石，钻压确定为3900-5880N之间，转速应低于软岩石的情况。
1.4 反循环钻进技术
所谓反循环钻进就是指，在钻进时，冲洗介质进入孔底是以孔壁与钻具之间的空隙为通道，到达孔底后主要起冷却钻头和清除岩粉作用，而后将岩粉从钻具中心管道排出地面的一种工艺技术。这一技术可以实现连续取芯，大大减少了取芯工序和时间。在取芯过程中，钻井液流向同岩、矿芯进入取芯工具的方向保持一致，这对于岩、矿芯进入取芯工具非常有利，最重要的是，防止了钻井液与岩、矿芯接触而造成的对岩、矿芯的腐蚀作用和降低了其自损性及流失，这样就可以获得高质量的岩、矿芯和提高取芯率。近年来，反循环钻进技术有了较好的发展，逐渐发展形成了以下几种技术：第一，水力连续取芯反循环钻进；第二，泵吸反循环钻进；第三，气举反循环钻进；第四，射流反循环钻进。
气举反循环钻进的原理为，压缩空气由供气管道进入钻孔中的气水混合器，此时，压缩空气与水结合变为气水混合液，从而钻杆内外出现了液柱压力差。由于压力差的存在，钻杆中的低压混合液将岩粉通过钻杆中心管道排出地面。
1.5 绳索取芯钻进技术
在采取岩、矿芯时，这一技术使用的是一种带绳索的打捞器，而不需要提升全套钻具，只需通过钻杆中心管将取芯管提出，从中取出岩、矿芯，而后再把取芯管放入原来的位置，继续进行取芯。这一技术的优点主要有：第一，钻进效率高；第二，钻头寿命长；第三，劳动强度低；第四，安全性高。
2 钻探设备及钻具的选择
2.1 设备选型
采用性能优越的钻探设备是实现成功钻进的必要前提，如金刚石钻进时，应选择具有高转速的钻机和变量泵，所选择的仪表必须保证性能可靠。油压钻机往往采XY-5型等，三缸变量泵往往采用BW250/40型等。
2.2 钻具选型
钻具采用的往往是S95和S75 绳索钻具，这种钻具机构齐全，主要包括单动、打捞等机构。
3 钻进参数及钻孔结构的选择
3.1 钻进参数的选择
以某矿为例，该矿区岩层是中研磨性，可钻性为6至7级，而煤系地层硬度较小，可钻性为4至5级，根据这些情况，选择合理的钻进参数，详见表1。
3.2 钻孔结构的选择
钻孔结构的选择主要是合理确定钻杆与钻孔之间以及套管内径之间的间隙。选择合适的钻孔结构可以有效避免钻杆钻进时的损坏问题。钻杆在钻进时会形成弯曲应力，这是由于钻杆具有轴向压力和回转力。而钻杆和孔壁之间的空隙对于钻杆弯曲应力的形成有一定的影响。这种弯曲应力的存在产生了一系列不利影响，如套管和钻杆的折断，孔壁的破坏等。因此，要合理选择钻孔结构。
4 提高钻探效率的建议
在充分了解各种煤炭资源的钻探技术原理的基础上，可以发现，影响钻探效率的主要因素有：第一，钻井液的性能；第二，钻具及配套设施的性能。所以，应不断研发和应用高性能钻井液，结合具体地质条件，合理选择钻头及其附属装置，并将计算机等技术用于钻进过程中。同时，钻进作业必须严格按照规程进行，不断建立健全施工组织和监督制度。
结束语
综上所述，我国已经形成了较为成熟的金刚石钻进、空气冲洗钻进等技术，但这一系列钻探技术仍有待于进一步完善。充分考虑影响钻探效率的因素，并以这些问题为突破口，改进钻探性能，提高钻探效率。
参考文献
[1] 杨磊，杨长健，马西平.煤田钻探技术的革新与实践[J].陕西煤炭.2009（02）.
[2] 王有东.浅谈影响煤田钻探效率的原因及其对策[J].山西建筑.2009（10）.
[3] 籍淑华，马志红.工程地质勘探中的钻探技术[J].煤炭技术2009（09）.
[4] 马小盟.煤田钻探技术分析[J].中国高新技术企业.2010（16）.
[5] 王定武，王运泉.煤田地质与勘探方法[M].中国矿业大学出版社，1995.
[6] 刘东柱.煤田地质超深孔钻探技术及应用[J].科技信息.2010（25）.
[关键词]煤炭资源 钻探技术 效率 建议
中图分类号：TK396 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0009-01
引言
鉆探技术在地质勘探中应用较广，其应用过程为：结合地质设计资料，在之前选择的地点，采用钻探设备钻凿岩层或矿体，而后根据所获得的岩样、矿体等，可以了解该处地质资料，即矿体赋存情况，此外，还能获得地下水的运动规律。
1 常用的几种煤炭资源钻探工艺技术
1.1 金刚石钻进技术
金刚石钻进技术属于一种传统的钻探工艺技术，其碎岩材料为金刚石，实质为，单粒金刚石可看做一个球体，对于小塑性岩石，在碎岩时，主要有以下三种碎岩方式：第一，压碎；第二，压裂；第三，体积剪切，此外，还有一种钻具回转时的切削作用。而对于较为坚硬的岩石，其主要碎岩方式为钻具回转时的切削。其工作过程为：首先，金刚石钻头在轴向荷载作用下钻入岩石；然后在钻具转动时的切削作用下，不断破碎岩石，如此往复循环，实现碎岩目的。
1.2 空气洗井钻进技术
空气洗井钻进技术所使用的冲洗介质主要有两种：第一，压缩空气；第二，含有压缩空气的气液混合物，这两种冲洗介质也是破岩机的动力来源。这一钻进技术的一个明显的优点为，其具有较强的适应性，如在复杂的地质以及施工条件下，可以实现顺利钻进和碎岩。随着空气洗井钻进技术的应用及发展，其主要形成了以下几种技术：第一，粉尘洗井钻进；第二，雾化洗井钻进；第三，泡沫洗井钻进；第四，充气泥浆洗井钻进，其中，空气泡沫洗井钻进是以气、液体和一定量的发泡剂为冲洗介质，其优点主要有：第一，钻进效率高；第二，钻进成本低；第三，孔内安全。
1.3 冲击回转钻进技术
冲击回转钻进本质上是一种组合式钻进工艺，即为冲击式钻进和回转式钻进的组合。这一技术具有一个明显的特点，即回转钻头上安装有一个冲击锤。在钻进时，冲击器不但为钻具提供一定的轴向荷载，还使钻具具有一定的冲击能量，从实现冲击和回转切削，最终达到碎岩目的。冲击回转钻进效率受到多方面参数的影响：第一，钻压；第二，回转速度；第三，冲击功；第四，冲击频率，而这些参数的选择必须考虑到以下两种因素：第一，岩石类型；第二，施工条件。对于硬度较小的岩石，应选择较大的钻压，约为5880-7840N，转速确定为100r/min左右；对于硬度较大的岩石，钻压确定为3900-5880N之间，转速应低于软岩石的情况。
1.4 反循环钻进技术
所谓反循环钻进就是指，在钻进时，冲洗介质进入孔底是以孔壁与钻具之间的空隙为通道，到达孔底后主要起冷却钻头和清除岩粉作用，而后将岩粉从钻具中心管道排出地面的一种工艺技术。这一技术可以实现连续取芯，大大减少了取芯工序和时间。在取芯过程中，钻井液流向同岩、矿芯进入取芯工具的方向保持一致，这对于岩、矿芯进入取芯工具非常有利，最重要的是，防止了钻井液与岩、矿芯接触而造成的对岩、矿芯的腐蚀作用和降低了其自损性及流失，这样就可以获得高质量的岩、矿芯和提高取芯率。近年来，反循环钻进技术有了较好的发展，逐渐发展形成了以下几种技术：第一，水力连续取芯反循环钻进；第二，泵吸反循环钻进；第三，气举反循环钻进；第四，射流反循环钻进。
气举反循环钻进的原理为，压缩空气由供气管道进入钻孔中的气水混合器，此时，压缩空气与水结合变为气水混合液，从而钻杆内外出现了液柱压力差。由于压力差的存在，钻杆中的低压混合液将岩粉通过钻杆中心管道排出地面。
1.5 绳索取芯钻进技术
在采取岩、矿芯时，这一技术使用的是一种带绳索的打捞器，而不需要提升全套钻具，只需通过钻杆中心管将取芯管提出，从中取出岩、矿芯，而后再把取芯管放入原来的位置，继续进行取芯。这一技术的优点主要有：第一，钻进效率高；第二，钻头寿命长；第三，劳动强度低；第四，安全性高。
2 钻探设备及钻具的选择
2.1 设备选型
采用性能优越的钻探设备是实现成功钻进的必要前提，如金刚石钻进时，应选择具有高转速的钻机和变量泵，所选择的仪表必须保证性能可靠。油压钻机往往采XY-5型等，三缸变量泵往往采用BW250/40型等。
2.2 钻具选型
钻具采用的往往是S95和S75 绳索钻具，这种钻具机构齐全，主要包括单动、打捞等机构。
3 钻进参数及钻孔结构的选择
3.1 钻进参数的选择
以某矿为例，该矿区岩层是中研磨性，可钻性为6至7级，而煤系地层硬度较小，可钻性为4至5级，根据这些情况，选择合理的钻进参数，详见表1。
3.2 钻孔结构的选择
钻孔结构的选择主要是合理确定钻杆与钻孔之间以及套管内径之间的间隙。选择合适的钻孔结构可以有效避免钻杆钻进时的损坏问题。钻杆在钻进时会形成弯曲应力，这是由于钻杆具有轴向压力和回转力。而钻杆和孔壁之间的空隙对于钻杆弯曲应力的形成有一定的影响。这种弯曲应力的存在产生了一系列不利影响，如套管和钻杆的折断，孔壁的破坏等。因此，要合理选择钻孔结构。
4 提高钻探效率的建议
在充分了解各种煤炭资源的钻探技术原理的基础上，可以发现，影响钻探效率的主要因素有：第一，钻井液的性能；第二，钻具及配套设施的性能。所以，应不断研发和应用高性能钻井液，结合具体地质条件，合理选择钻头及其附属装置，并将计算机等技术用于钻进过程中。同时，钻进作业必须严格按照规程进行，不断建立健全施工组织和监督制度。
结束语
综上所述，我国已经形成了较为成熟的金刚石钻进、空气冲洗钻进等技术，但这一系列钻探技术仍有待于进一步完善。充分考虑影响钻探效率的因素，并以这些问题为突破口，改进钻探性能，提高钻探效率。
参考文献
[1] 杨磊，杨长健，马西平.煤田钻探技术的革新与实践[J].陕西煤炭.2009（02）.
[2] 王有东.浅谈影响煤田钻探效率的原因及其对策[J].山西建筑.2009（10）.
[3] 籍淑华，马志红.工程地质勘探中的钻探技术[J].煤炭技术2009（09）.
[4] 马小盟.煤田钻探技术分析[J].中国高新技术企业.2010（16）.
[5] 王定武，王运泉.煤田地质与勘探方法[M].中国矿业大学出版社，1995.
[6] 刘东柱.煤田地质超深孔钻探技术及应用[J].科技信息.2010（25）.