沙河鉆探施工中繩索取心鉆桿折斷及原因分析

王金河，王獻斌，姜光忍

（河北省地礦局第一地質大隊，河北 邯鄲 056001）

1 前言

繩索取心鉆探是一種在鉆進過程中，當巖心裝滿巖心管，不需要把孔內鉆桿提升到地表，而是借助專用的打撈工具從鉆桿內把巖心管撈取上來的鉆探方法。它和普通金剛石鉆進相比，具有鉆桿壁薄，鉆頭唇部壁厚、鉆桿與孔壁孔壁間隙小等特點，由于鉆進效率高，人工勞動強度低，鉆頭壽命長，鉆孔質量好，鉆孔事故少等優點，而被廣泛應用。

而實際上，由于自80年代末地質找礦的不景氣，繩索取心鉆探工作量很少，技術人員流失嚴重，繩索取心鉆進技術停滯不前，甚至不知道基本鉆探常識，造成鉆孔事故頻繁發生。目前，使用繩索取心技術獲取巖心的工作越來越多，經常遇到鉆桿經常折斷的現象，鉆桿使用方和加工制造方經常發生糾紛。本文就沙河鉆探施工鉆桿折斷從野外施工和鉆桿制造本身進行分析可能存在的因素。目的在于加強野外預防措施，避免和消除技術和操作方面的潛在問題，找到鉆桿存在的弱點，提高整個鉆探系統的可靠性。

鉆桿發生折斷事故的原因肯定是多方面的，找到其中的主要原因并加以解決和排除，是解決問題的根本，胡子、眉毛一把抓是不可取的，不然就忽視了根本原因而舍本逐末。

2 鉆探施工介紹

本事故發生在沙河市鐵礦勘查鉆探現場，鉆孔為直孔，95開孔后，下89套管，使用我隊生產的用Φ71加強型繩索取心鉆桿進行鉆探施工，施工方開始反映鉆桿接頭自行松開，到現場后發現施工單位夾持部位不對，鉆桿夾持器和自由鉗夾持部位應該分別為上下鉆桿的兩個接頭，實際夾持部位為上下鉆桿的兩個鉆桿體，造成鉆桿接頭與鉆桿體松開，我方糾正不正常操作并囑咐一定要夾持接頭，以免松開，造成不良后果。一個月后，施工方再次反映鉆桿螺紋處出現斷裂，并且大部分出現鉆桿接頭與鉆桿體螺紋連接處，且不在接頭公螺紋大徑第二扣處，發生在內螺紋距端面30～40mm處，這與以往的繩索取心鉆桿斷裂部位不同，通常鉆探施工中，由于鉆桿工況惡劣，經常發現鉆桿斷裂現象，鉆桿耐用度不足萬米，繩索取心鉆桿斷裂部位為鉆桿公母接頭螺紋連接處，且為接頭公螺紋大徑第二扣處。這一異?，F象引起我方高度重視，并迅速趕往現場，了解情況。

3 因素分析

沙河鉆探施工中繩索取心鉆桿斷裂問題，現場確實存在一定數量的鉆桿接頭斷裂，并且進一步發現斷裂部位大部分出現在與鉆桿體連接的鉆桿接頭內螺紋上，這與以往斷裂部位在接頭公螺紋大徑第二扣處并且在公母接頭螺紋連接處不符，需要引起重視，并進一步進行質量分析和處理?，F就鉆桿制造和鉆桿施工因素兩方面分析。造成鉆桿接頭斷裂部位發生在內螺紋距端面30～40mm處原因：接頭材質和熱處理存在缺陷不會改變斷裂部位；接頭螺紋加工存在缺陷有可能造成斷裂部位發生變化；施工因素有可能引起斷裂部位發生變化。

措施：（1）將斷裂接頭進行金相分析，來確定是否熱處理存在問題；（2）通過萬能工具顯微鏡檢查螺紋前后一致性；（3）調查鉆桿加工程序變化情況；（4）調查其它使用單位是否出現類似情況；（5）調查鉆桿施工中不正常因素。

結果：（1）采集斷裂接頭試樣5個，進行金相分析，接頭熱處理硬度、狀態符合設計要求，狀態為回火索氏體，即使接頭材質和熱處理存在缺陷不會改變斷裂部位；（2）通過萬能工具顯微鏡檢查不同時期螺紋接頭3個，檢查結果為螺紋加工一致性好，符合圖紙設計要求；（3）通過對制造部主任、工人調查，調看程序，自2008年11月調整程序后，未再進行程序變化，技術部門也沒有新的設計更改；（4）先后調查多家鉆桿使用單位，均表示鉆桿使用正常，個別斷裂接頭斷裂部位在接頭公螺紋大徑第二扣處居多。（5）對鉆探施工因素進行調查和分析，反映鉆桿共鉆進兩孔累計進尺700m左右，下89套管，轉速100多轉，鉆孔斜度不超標，斷裂情況與深度無關，現機長很有經驗，以上因素都是正常狀態不足以使鉆桿斷裂，其它機臺使用其它單位生產的鉆桿也沒有出現類似情況。其它影響因素如鉆壓、地層等因素，不是太清楚，但不會引起斷裂部位的變化。另外鉆桿開始使用時。由于使用不當，夾持器夾下鉆桿體、鉗子擰上鉆桿體，造成鉆桿接頭內螺紋與鉆桿體公螺紋松開，由于螺紋副之間存環氧樹脂并且已經硬化，環氧樹脂失去所起作用，當環氧樹脂硬化物脫落時，鉆桿螺紋不好到位，造成該連接處工況惡化，尤其螺紋不到位時，工況更差，應該是導致接頭內螺紋斷裂重要原因。

在鉆探施工中，鉆桿的正確使用至關重要，如嚴禁強力起拔嚴重損傷鉆桿；禁止螺紋端部與鐵器接觸；采用合理的鉆壓，尤其是在鉆頭不進尺時，嚴禁盲目加壓，否則不但易于引起鉆桿彎曲，而且使螺紋變形；擰卸鉆桿不能用鐵錘敲擊，要用多觸點自由鉗擰卸。在擰卸過程中必須堅持使用絲扣油，以減少螺紋擰卸時的表面磨損，減輕工人勞動強度，提高螺紋密封性能；鉆桿搬遷時，鉆桿兩頭裝上“護絲”，絲扣上涂抹防銹油；裝卸要輕，并要放置平整；鉆桿彎曲超過3mm要及時矯正。直徑偏磨1mm或均勻磨損1．5mm或夾偏的鉆桿均不能再下入孔內。

4 結語

綜上所述，認為鉆桿接頭內螺紋發生斷裂不存在加工制造問題，是由于開始階段鉆桿使用不當，環氧樹脂硬化物脫落造成鉆桿斷裂。應當加強鉆工培訓，正確操作，以保證鉆桿的正確使用。

［1］ 吳福云．S75繩索取心鉆桿折斷事故的原因分析［J］．西部探礦工程，2006（10）．

［2］ 王運凡．金剛石鉆進中鉆桿折斷原因分析及其預防措施［J］．西部探礦工程，2008（9）．

［3］ 張蠻慶．S75繩索取心鉆桿折斷事故的某些施工因素及其預防措施［J］．探礦工程（巖土鉆掘工程），1986（2）．