（甘肃省有色金属地质勘查局兰州矿产勘查院，甘肃 兰州 730030）

1 复杂地层结构性质分析

就现阶段实际情况而言，地质钻探工作常见复杂地质主要包括两种类型：一种是在受到地质构造影响下形成破碎性复杂地层。岩石岩层在受到地质构造运动产生的张力、拉力、剪力、挤压力等影响作用而出现裂缝、断层此类问题，其中坚硬程度较高且脆性较大的岩石岩层即形成了复杂破碎地层。另一种是由于受到外来地质作用，如风力侵蚀、雨水冲击等而形成的洪积层、风积层、冲积层等。在风化作用下，使得岩石性质产生了松散化，变成了胶结情况较差的风蚀地层[1]。由于破碎地层中的碎块岩石大小与软硬程度不一、胶结性差、地层结构松散，以及在颗粒级配比方面的差别较大，所以在进行钻探施工时碎块岩石并不具备稳定的承载力，在钻进过程中出现滚动现象也就较为常见，因此而产生的较多数量的切削面使得破岩效率不高，卡钻、垮孔、掉块等安全事故发生概率大幅增加[2]。除此之外，破碎地层还具备较强渗透性，因此在钻进冲洗过程中极易出现冲洗液漏失、涌水问题。

2 复杂地层钻探安全影响因素

2.1 地应力因素

在地层钻探过程中，存在较大不确定性，并且会受到施工设计与施工技术的较大影响，而钻探过程难免会遇到复杂断层地质区域。这些区域的地质情况通常十分复杂，地质构造也存在隆起、断裂等各种各样的形式。由于地质构造差异性，所产生的地应力也有着高低上的不同，进而使得钻探施工难以控制。尤其是钻孔设置不当，恰好设置在断层、地应力集中位置时，极易引发钻孔直径萎缩、套管断裂、孔壁坍塌等问题。

2.2 稳定性因素

钻探过程中，地质结构差异性所形成的钻探影响作用差异也极大。如果钻探区域出现砂岩、泥岩等为主要构成物质的地层时，在遇水情况下将会出现较为明显的膨胀问题，泥沙也会出现流动现象，进而影响地层稳定性能[3]。在钻孔过程中遇到的地层稳定性较差，将会导致钻孔出现不同程度的变形，钻孔堵塞等问题，进而导致卡钻损坏设备。

2.3 机械设备因素

在钻探过程中，机械设备质量对钻探施工效果有着直接影响作用。比如，煤炭开采钻探中会涉及到煤矿专用钻机的使用，若是选择的钻机类型扭矩小、转速低、工艺水平差，以及可调节性不足的问题，导致在钻探工作效率不高，并且难以确保施工的高度安全。

加上设备在规格上的限制，使得其无法适应大直径的钻探施工，因此适用范围较小。此外，一些机械设备对于突发事故的应急处理适应效果不佳，比如在钻探过程中发生坍塌事故，而钻机无法承受坍塌物堆积产生的压力而使得钻具发生弯曲、变形。加上钻机稳定性不佳在运行时随着钻探深度增加其受到的压力也在递增，进而出现明显的振动现象，导致钻壁受损。

2.4 冲洗液因素

在钻探过程中通常采用清水作为钻机冲洗液。然而随着钻探不断深入地下，供水系统供水效果会逐渐变弱，难以实现对钻机的彻底冲洗。加上受到水压与供水总量的限制，钻机的冲洗工作难以配合实际需要进行灵活调整，进而对排粉效果造成不良影响，严重时还会发生泥砂堵塞钻头、钻杆无法移动等故障。所以，冲洗液因素的控制对于确保钻机安全极为重要。

2.5 排粉因素

清水静压冲洗是钻探过程排出岩粉的主要方式，然而在具体措施采取方面有着较大的局限性，往往难以取得理想的排粉效果，控制不当甚至会发生钻头阻塞问题。而且，钻探深度越深、孔径越大，所产生的岩粉总量也就越大，进而在排粉方面也存在越来越高的工作难度[4]。排粉效果控制不当，将会直接导致钻机负荷增加而影响钻进效率与钻进速度。此外，如果在钻探过程中突发停电、停水等突发问题，在重力影响下岩粉会堆积在钻孔底部，大大增加了钻探难度，以及提高了埋钻事故的发生概率。

2.6 人为因素

在钻探操作过程中，存在许多人为操作失误引发的问题与事故，可见人为因素也是影响钻探安全的重要因素之一。对于钻探作业而言，对于钻探人员的专业水平有着较高要求，其工作经验、专业水平，以及管理人员的管理水平等，都会对钻探效果造成较大影响。

然而存在一些钻探单位为了节约人力成本，在人员聘请方面对于专业性、工作经验等未能进行严格把控，也就无法有效保障钻探效果。

除此之外，做好钻探过程的各项管理也十分重要，尤其是技术管理与安全管理方面，然而人员的不专业，以及工作经验、能力的不足，导致施工管理问题频发。

3 复杂地层钻探安全相关对策

3.1 加强对钻孔结构的合理优化

在复杂地层钻探作业中，钻孔结构合理程度在较大程度上决定了钻探作业质量、安全，以及施工顺畅程度。这就需要加强对钻孔结构的合理优化，提高对复杂地层钻探安全水平。

一般来说，为了有效增大钻孔结构，在对复杂地层进行钻探作业时，所设置的钻孔直径应比设计直径略大一级，以便为处理事故问题预留空间。对于孔壁结构较为稳定的复杂地层，可适当升级钻机套管结构，如从一级调整为三级等，提高钻探安全性与作业效率。

3.2 加强对钻探设备选择的合理控制

在对钻探设备进行选择时，必须充分考虑施工要求与施工环境，以确保施工设备选择高度合理。若是施工空间较为狭小，大型钻探设备在井下运输、安装、拆卸、使用较为困难，此时钻探单位应主要从设备运输、装卸、使用的便利性，考虑对钻探设备的合理选择。

同时需要保障钻探设备使用的安全、可靠、高效，特别是对于复杂地层环境，选择高质量钻探设备是提高成孔率的重要保障。

目前，在服装地层环境中应用较为普遍的钻机设备当属全液压动力头式液压钻机，这种钻机具备较强的灵活性与可变性，能够结合施工实际变化施工钻具更好地满足复杂地质条件要求，为钻探施工有序进行提供保障。

3.3 加强对供液设备的合理选择

对于保障岩粉排出与钻头冷却效果而言，实现对供液设备合理选择极为关键。在对供液设备进行选择过程汇总，应对钻探工作岩粉排量进行准确预估，选择压力参与与供水量充足保障的供液设备，并且确保供液设备能够根据实际需要进行灵活调整。

钻探单位应加强对自动化供液设备的运用，根据液体压力对冲洗液排量、供水量以及水压进行自动调控，确保满足钻探作业要求的同时，有效解决资源，提高复杂地层钻探作业的安全性。

3.4 加强对防浆液逆流控制措施的应用

在对复杂地层进行钻探过程中，往往需要对钻头、钻杆进行更换，此时则需要暂停冲洗系统的运行，一旦冲洗系统停止运行，在压力作用下岩粉和浆液会产生逆流现象，逆流到钻孔底部与钻杆当中，进而导致钻杆发生堵塞[5,6]。因此，为了预防浆液逆流引发安全问题，必须加强对浆液逆流的有效控制，较为有效的措施则是在钻头与钻杆交接处安装逆流阀来对逆流压力进行有效控制，预防钻杆阻塞。

3.5 构建完善的钻探管理机制

为了确保钻探施工的安全及作业的规范性，建立完善的钻探管理体系极为重要。首先，钻探单位必须明确钻探过程中各个部门职责，明确将责任落实到具体个人；其次，加大对施工人员与管理人员的培训力度，包括业务培训与与安全培训等方面，确保技术及安全措施规范落实；最后，加强对施工现场的管理，确保机械、材料以及各项配套工作充分落实到位，定期安全巡检，加强对施工安全隐患的排除力度，杜绝施工隐患。

4 结论

总而言之，地质钻探工作是煤矿井下作业的一项重要内容，其具有较强的技术性、专业性与复杂性，特别是在进行复杂地层钻探过程中，由于地质地层结构较为特殊，所以常常会存在许多因素影响到了其钻探的安全，这就需要相关工作人员能够正确掌握复杂地层钻探安全影响因素，并采取有效的措施进行防范，以切实有效的提高复杂地层钻探工作的安全性。