煤田钻探技术发展与展望
回首煤田地质钻探工作发展的历程，感慨颇多。建国初期，煤田地质勘探工作可谓“一穷二白”，仅有工人400多名，技术人员10几名和14台破烂不堪的钻机，仅在个别矿区有零星的钻探工作量。随着新中国煤炭工业的蓬勃发展，煤田地质勘探工作得到了飞速发展,在全国29个省、区先后建立了100多个煤田勘探队，年开动钻机上千台。累计完成钻探工作量7494.62万米，探明煤炭储量超过10000亿吨，为我国煤炭工业的发展提供了可靠的资源。
作为煤田勘探重要方法——钻探工程，在一代又一代钻探人的不懈努力下，取得了巨大的变化和发展。现在，除从事煤田地质勘探外，已全面进人社会地质、岩土基础工程市场，承接如井筒冻结、帷幕注浆、水、盐、地热井、工程地质勘查、浅层石油、煤层气、边坡锚固、岩土基础等工程。施工机械也由当初的改造老千米钻机，迅速发展到如今的以大型专用桩机为主，大、中、小专用机械设备基本齐备，施工手段能满足各种工程要求的局面，并引进了国外先进的地下连续墙、锚杆施工设备。施工项目从楼房基础到道路桥梁，从工程地质到治理环境地质灾害等。可施工钻孔灌注、锚固、旋喷、挤密等各种基础桩。煤田地质系统在岩土基础工程市场的竞争能力有了很大的提高。
一、钻探工艺、技术不断发展、完善
根据勘探矿区和勘探程度的要求，在60年代前后，煤田钻探主要采用的是较为单一的普通硬质合金钻进工艺，钻探效率受地层、岩石因素影响较大。如在软地层采用的“高压大水无岩芯快速钻进测井解释法”，使煤田钻探效率有显著提高，曾创单机日进尺1140m、月进尺21806m的记录。1976—1985年的10年间，完成的岩芯钻探工作量最大，年均280万米左右，但主要是靠增加钻机开动台数和时间来完成的。80年代以后，随着勘探区的改变和矿井建设精度要求的增加，无岩芯钻进比率由50%减少为5%—10%，这个时期，我们制定、执行了以绳索取心、金刚石钻进技术为主导，因地制宜地推广多种工艺相结合的钻探技术发展方针，极大的促进了煤田钻探新技术、新工艺的发展，并取得了良好的技术经济成果和社会效益。如地质效果明显提高，钻孔的特甲级孔率稳定在85%以上，岩煤芯采取率达90%以上。
1、以金刚石钻进为主导，不断提高钻探技术水平
从80年代中后期开始，绳索取芯金刚石钻进工艺逐步应用于煤田钻探，通过十几年的不懈努力，绳索取芯金刚石钻进技术取得了长足的进步，日趋配套、完善、成熟。我们紧扣配套、完善、发展、提高这一关键环节，以钻探施工中急需解决的生产、技术难题为目标，以科研项目为突破口，努力将科研项目成果真正转化为生产力。如在绳索取芯金刚石钻进工艺搞得较早的福建煤田地质局，先后立项Ⅱ类钻探科研项目4—5项，如复杂地层冲洗液的研究、适岩钻头的研究、管螺纹数控车床的研究、钻杆等离子弧焊的研究等，取得可喜的成果。福建煤田地质局的岩芯钻探已全部实现绳索取心化，并且一直使用至今。钻月效率由打钢粒时的190m左右提高到640m，钻孔深度可达1400m。为南方地区的煤田钻探树立了良好的示范样板。
钻头研究、制造、应用硕果累累。煤田钻探面对的软——中硬岩石约占70%，对常用的硬质合金取芯钻头改进、研制出铸造锯齿形贴镶、三刮刀、排状硬质合金和装配式等不同类型的钻头40多种。在90年代前后，针对不同勘探区的岩层，多次立项，重点对天然、人造、聚晶、复合片等类型的金刚石钻头进行了研制及推广应用，取得良好效果。如湖南煤田地质局研制的电镀金刚石钻头，选用不同配方得到不同的胎体硬度，以高强度金刚石、聚晶或聚晶烧结体为保径材料，运用电镀二次成型工艺，较好地解决了电镀钻头保径能力较弱的技术难题，该系列钻头平均寿命63.88m。四川煤田地质研究所研制的绳索取芯聚晶钻头应用于可钻性2—6级的粉砂岩、灰岩及其互层，平均时效2.36m/h，平均寿命165m。山东煤田地质局与西安分院钻探所合作研制的复合片无芯钻头，在山东济宁煤田唐口勘探区应用，平均时效1.56m/h，平均寿命205.20m，钻头最高进尺876m。
2、因地制宜发展多种钻进工艺 ①空气泡沫钻进工艺
90年代初期，煤田钻探生产便遇到了在干早缺水地区需要穿过老窿、空巷等严重漏失地层的生产难题。如在山西大同的同忻勘探区，施工中要穿过2—3层采空区，该地区还是个严重干早缺水地区，这对采用水介质循环的常规钻进工艺来说困难极大，仅技术护壁套管就要下数层。由于空气泡沫钻进工艺不存在介质漏失问题，且排粉效果好，有效地减少了重复破碎，因此，通过开发应用该工艺，不仅有效解决了钻孔严重漏失和护壁的难题，还大幅度提高了钻探效率。泡沫钻进孔深可达601m。
②潜孔锤反循环钻进工艺
结合实际生产，在河北宣化煤田四队，对深孔高水柱大背压情况下的反循环连续取样空气潜孔锤钻进工艺，开展了较深入的试验研究，先后在3个钻孔进行了生产试验，孔深分别为342.20、363.01和410.33m，达到国内潜孔锤钻进深度先进水平。由于受配套设备性能的制约，在高水柱大背压情况下，孔深300m以浅可有效提高该地区硬岩时效，达4.7倍，超过300m后时效下降很快，在经济上已不尽合理。此外，将潜孔锤钻进工艺拓展到大口径水文水井钻进中也取得了较好效果。
③气动潜孔锤钻进工艺
在北京矿务局勘探队，针对京西地区的玄武岩、细粒砾岩等坚硬岩层进行了气动潜孔锤钻进工艺的研究，在8个钻孔进行生产试验，累计进尺905m。平均时效8.22m/h，钻月效率398m，较常规方法分别提高17倍和23倍。这一成果表明气动潜孔垂钻进技术是突破硬岩的有效手段。随后在河南、江苏、湖南、贵州等省煤田勘探中推广应用。值得一提的是该项技术在河南煤田勘探中常会遇到一层平顶山砂岩，直至90年代初，对付这层砂岩仍需使用钢粒钻进工艺。为了甩掉这种落后的工艺，也曾试用过各种类型的金刚石钻头，但终因其属于一种极强研磨性的岩石，所用钻头的寿命很少有超过10m的。在应用气动潜孔锤钻进工艺后，情形霍然改观，时效大幅度提高，成本直线下降，成为该地区浅部地层突破该岩层的首选工艺。
④液动冲击回转钻进工艺
对于煤田勘探中较深地层的一些强研磨性坚硬岩石，研究、采用了液动冲击回转钻进工艺，以取代钢粒钻进。研制出MTK—91型阀式正作用和MSC—75型射流式冲击器及其配套钻头和生产工艺。在3个队42个钻孔试验，累计进尺6774.52m，与回转钻进比较，其机械钻速提高25%以上，材料消耗大幅度下降，孔斜率降低。
⑤受控定向钻进技术
针对南方一些地区煤层赋存构造复杂，常规钻进工艺无法满足地质设计要求，开发应用了受控定向钻进技术，所采用的造斜机具主要为：螺杆定向和MLZ—89型连续造斜器2种。通过该项技术的应用，很好地解决了四川、江西等省在陡直地层找煤勘探的技术难题，中靶率高，特甲级孔率达到80%以上，完全满足地质设计要求，取得良好的社会经济效益。
3、改进采煤工具和工艺，保证钻孔质量
随着勘探范围的扩大，煤层松散、破碎、膨胀，瓦斯量大的情况增多，先后研制了SMQ、DMD、DQX等多种类型取煤器，其单动性能好，内管为半合管自锁，可合理调整钻井液在钻头部分的分流高度、流量、流向。在采芯操作工艺上突破了传统方法——轻压、慢转、小水量，而采取尽快使煤芯钻入岩芯管的方法，减少磨损和冲蚀，提高煤芯采取率和完整度。 ① 提高钻井液性能，保障安全生产
煤系地层为沉积地层，水敏性强、孔壁稳定性差是煤田钻孔的突出问题。要保证安全钻进，就必须采用优质泥浆，保证孔壁的稳定。为此，先后研制和推广了多种性能优良的泥浆处理剂和泥浆，较好地解决了钻孔护壁问题。如早期的煤碱剂泥浆、钙处理泥浆，后来的双聚泥浆、ST—1防塌剂、人工钠土、田普粉等。根据不同地层、不同工艺的要求，推广应用低固相、无固相钻井液。采用19
1、高吸水树脂、水泥等材料进行护壁堵漏。通过建立三级泥浆管理体系及制度，极大地提高了泥浆管理水平，有效地降低了孔故率，保证了安全生产。
② 研究应用计算机、微电子技术
随着现代计算机技术的飞速发展，煤田钻探也开始了对计算机技术的研究应用。目前，除了已普及到通常的办公、文档管理上外，由山东煤田地质局申请立项研究的煤炭部工类科研项目“钻井参数监测系统的研制与应用”，经过3年不懈的努力和辛勤钻研，已于1998年11月通过鉴定。该项目的完成标志着煤田钻探技术工作在计算机、微电子技术方面的深人应用有了突破。与国内外同类钻参仪相比，该系统具有小型化程度高，监测功能多（钻压、钻速、泵量等10个钻进参数），观察、操作方便简捷，可靠性强等特点，系统总体技术性能居国内领先水平，部分主要性能达到国际先进水平。该项目的研究应用成功，为提高煤田钻探技术水平，变定性的、凭经验人工操作的打钻模式为定量监测、人机结合、优化设计、科学打钻的模式提供了现代化的技术手段。
二、钻探装备不断更新
建国初期，我国煤田地质钻探只有极少量的陈旧的日本利根手把钻机和美国沙利文钻机。为了解决当时对钻探设备的急需，从苏联引进大量手把式钻机。与此同时，开始了仿制钻机的工作。50年代以后，陆续引进了一些结构、性能较为先进的液压给进立轴式钻机，如瑞典的HX-60型、托拉姆2×20型、苏联的B-1000型、3HΦ-650型、日本的TXL-E型以及美国的RO-300型全液压车装钻机等。建立了若干钻探设备制造厂，通过对国外钻探设备的消化和吸收, 开始独立自主地设计和生产钻探设备。60年代中期，我国自行设计、制造的钻探设备已开始取代进口设备，旧式手把钻机逐步被淘汰。随着钻探方法和钻进工艺的不断发展，煤田钻探设备也在不断更新换代，先后研制出红旗700型、THJ-1500型、TK系列等液压立轴式岩芯钻机和JTS系列水文水井钻机。TK系列岩芯钻机具有扭矩大、变速范围广、液压自动夹持等特点，深尺钻机装有水刹车，使升降钻具作业可靠省力，基本满足煤田钻探进行绳索取心、金刚石钻进、冲击回转钻进等工艺的需要。至80年代，岩芯钻机、水文水井钻机、工程勘察钻机、泥浆泵、钻塔等设备已形成系列，钻探设备基本实现国产化，并开始有少量出口。
泥浆泵由双缸双作用的BW型更新为有变量装置的NBB三缸单作用往复泵，极大提高了水泵的工作特性和安全系数，减少了故障时间。配套研制了JNS、SJB等型号除砂器，提高了钻井液净化工作的机械化程度，有效保证了钻井液的性能。 野外钻机搬迁工作基本都配备了吊车、液压随车吊等设备，节省了搬迁时间。研制出的M型高度可调钻塔深孔作业平台，钻塔、钻机、泥浆泵全部安装在一个可起落的作业平台上，可整体运输，钻塔为3层可伸缩式两脚门型，平台和钻塔起落由液压控制，已进行4个钻孔、2451m的生产试验。由安徽煤田地质局与中国矿业大学合作研制的ZT-A型两脚轻便钻塔，具有质量轻、操作安全、分段组合、地面安装拆卸、整体起落等特点，经过6200多米的使用，最深钻孔1034.49m，效果良好。
钻场基本上实现了升降钻具工序的机械化，普遍使用了拧管机、塔上无人提引器、摆管器等，有效地减轻了工人劳动强度。
三、展望未来，面临挑战，面临机遇
21世纪，随着经济体制改革的不断深化，无疑，煤田地质勘探事业已面临着巨大的挑战，也面临着机遇。
今后地质勘探队伍将会是少而精，但其科技含量只会更高、更新，更讲求经济效益。矿种勘探的界限将会模糊，依据钻孔口径、深度及所需勘探能力，勘探市场将会重新划分。
作为煤田钻探技术工作者，一是要把主导技术——绳索取芯、金刚石钻进技术继续完善、提高；二是要把多种钻进工艺的设施不断配套、优化，发挥其优势；三是把主导钻进技术与多种钻进工艺有机的结合到一起，以获得更好的技术经济效益；四是积极运用计算机技术，岩心钻机均应配备钻井参数监测系统，并研究开发“岩芯钻探智能系统”，更科学地指导钻探生产；应充分利用现有的计算机网络技术，提高工作效率，同时加强各单位之间的沟通与交流，使信息资源共享；五是在岩土基础工程施工方面，首先搞好集约化经营，以切实解决各种施工难题、提高经济效益为切人点，努力提高施工技术、设备及员工的水准；六是注重技术人才的培养与使用问题，加强科研工作力度，解决生产技术难题，做好技术储备；七是要认真做好科研成果向生产力的转化工作，以获得切实的技术经济效益；八是要积极投身改革，在社会主义市场经济中找到自身的立足之地与发展之路。
希望与困难同在，机遇与风险共存，山穷水尽之后，柳暗花明之时，让我们面对现实，面向未来，抓住机遇，迎接挑战，为发展煤田地质勘探事业而奋斗。
