王玉民

(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì)，吉林延吉133401)

葦沙河金、鐵礦區(qū)深斜孔鉆探技術(shù)

王玉民*

(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊(duì)，吉林延吉133401)

葦沙河金、鐵礦區(qū)礦床產(chǎn)狀陡，礦體集中，鉆探設(shè)計(jì)為深、斜孔，如何在保證效益的基礎(chǔ)上，確保鉆孔質(zhì)量成為關(guān)鍵。通過ZK1303鉆孔施工實(shí)例，介紹了礦區(qū)深斜孔鉆探工藝的選擇及保證鉆孔彎曲度的具體措施。

深斜孔；設(shè)備機(jī)具選擇；沖洗液；施工難點(diǎn)及解決方案

1 概述

1.1 鉆孔施工目的

臨江市葦沙河礦區(qū)大角度深斜孔巖芯鉆探項(xiàng)目是為獲取該礦區(qū)工程地質(zhì)資料與成果，探索深部的礦化情況，為井下礦采施工提供理論依據(jù)。

1.2 主要地質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）鉆孔設(shè)計(jì)傾角：80°～85°。

（2）鉆孔設(shè)計(jì)孔深：1200～1600m。

（3）鉆孔終孔孔徑：NQ；

（4）鉆孔質(zhì)量要求：一般按《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》（DZ/T 02247-2010）執(zhí)行，特殊要求為巖芯采取率為90%以上，礦芯采取率95以上，全孔傾角偏差≤2°，全孔方位角偏差≤5°。

1.3 礦區(qū)鉆孔施工情況（見表1）

表1 葦沙河鐵礦2014年鉆孔情況表

2 鉆探設(shè)備及鉆具的選擇

2.1 鉆機(jī)、鉆塔的選型

為滿足鉆孔設(shè)計(jì)傾角和孔深的要求，ZK1303鉆孔施工選擇連云港黃海機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的HXY-5A型液壓立軸式鉆機(jī)和SGZ-18型鉆塔。

2.2 鉆具選型

考慮深斜孔鉆桿受力復(fù)雜，承受掃矩較大，因此需要選用有足夠抗拉、抗壓、抗掃、抗彎、抗剪強(qiáng)度材質(zhì)的鉆桿和接箍，本孔施工采用唐山金石超硬材料有限公司生產(chǎn)的NQS直連繩索取芯鉆具及配套鉆具，鉆桿采用高精度大強(qiáng)度地質(zhì)管材，材料鋼級(jí)為國內(nèi)最高水平，熱處理工藝與螺紋加工精度，均達(dá)到國內(nèi)較高水平。

3 鉆進(jìn)工藝措施

3.1 鉆進(jìn)工藝選擇

根據(jù)礦區(qū)地層條件及地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合以前施工中存在的問題，經(jīng)過對(duì)比分析，選擇繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝。

3.2 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本孔設(shè)計(jì)開孔采用PQ鉆具，鉆進(jìn)20m左右，下入PQ鉆桿作為護(hù)壁套管，然后換用HQ鉆具，鉆進(jìn)210m左右下入HQ鉆桿作為護(hù)壁套管，再換用NQ鉆具鉆至1350m終孔，鉆孔結(jié)構(gòu)見圖1。

3.3 金剛石鉆頭的選型

繩索取芯鉆探，鉆進(jìn)效率很大程度上取決于正確的選擇金剛石鉆頭，本孔施工選用了唐山金剛石超硬材料有限公司生產(chǎn)的JSB級(jí)國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)金剛石鉆頭、型號(hào)與鉆具配套，即Q系列，主要技術(shù)參數(shù)為：工作層厚度7～8mm，胎體硬度HRC25～40，金剛石粒度60～80目，濃度75%，水口寬5mm，水品數(shù)量8個(gè)。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.4 鉆進(jìn)參數(shù)

鉆進(jìn)參數(shù)受多種因素影響，包括巖石性質(zhì)、鉆孔結(jié)構(gòu)、孔深、沖洗液類型，鉆頭類型等。施工中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的鉆進(jìn)參數(shù)，本孔選用的鉆進(jìn)參數(shù)詳見表2。

表2 鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整表

鉆進(jìn)過程中要注意以下幾點(diǎn)：

（1）開孔鉆進(jìn)時(shí)采用小規(guī)程參數(shù)，輕壓慢轉(zhuǎn)，小泵量，以防孔壁坍塌。

（2）鉆遇破碎層時(shí)，要適當(dāng)減少泵量。

（3）地層由軟變硬要適當(dāng)減少壓力，降低轉(zhuǎn)速，由硬變軟時(shí)壓力減至正常鉆壓的1/3。

（4）在孔徑、孔深、孔斜、沖洗液潤滑條件、孔壁穩(wěn)定性、巖層研磨性、鉆桿強(qiáng)度以及設(shè)備能力等條件允許下，盡可能采取高轉(zhuǎn)數(shù)鉆進(jìn)。

3.5 沖洗液的選型

該礦區(qū)地層覆蓋層較厚，巖層破碎，裂隙發(fā)育，在沖洗液的沖刷下易造成孔壁坍塌，因而要求沖洗液具有較強(qiáng)的攜帶巖粉和護(hù)壁能力，有較大的靜切力和較少的活切力及盡可能小的失水量，且要有良好的潤滑性能。此時(shí)選用低固相泥漿，其配方為：清水1m3+4%粘土粉（40kg）+0.5%NaOH(5kg)+0.3%Na-CMC (3kg)+0.02%K-PAM(0.2kg)+0.6%潤滑劑（6kg）。

覆蓋層下部為千枚巖，大理巖及石英巖完整，使用繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝，繩索取芯具有鉆具與鉆孔環(huán)狀間隙小和內(nèi)管與鉆具內(nèi)徑環(huán)狀間隙小2個(gè)特點(diǎn)。因此，要求沖洗液固相含量少或無固相含量且能充分?jǐn)y帶巖粉和良好的潤滑功能，使用沖洗液配方為：清水1m3+0.2%Na-CMC(2kg)+0.3%Na-CMC(3kg)+ 0.01%K-PAM(0.1kg)+0.6%潤滑劑（6kg）。

4 深、斜孔施工難點(diǎn)及解決方案

4.1 礦區(qū)斜孔施工難點(diǎn)

4.1.1 控制孔斜

（1）礦區(qū)巖層傾角≥80°，在鉆進(jìn)過程中易出現(xiàn)順層跑的現(xiàn)象；

（2）由于鉆具重力的作用，鉆孔軌跡易向下彎曲，且靠近地表的孔壁在重力影響下易坍塌，因此控制傾角和方位角是斜孔鉆探的關(guān)鍵。

4.1.2 鉆具浮力不均

在深斜孔施工中，鉆頭與鉆具的各向浮力不均勻易導(dǎo)致出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

（1）鉆桿及接箍偏磨，鉆進(jìn)時(shí)鉆具處于孔壁下沿，鉆具與孔壁不斷摩擦，造成鉆具磨損增大。

（2）鉆桿易折斷：由于鉆孔在較短的距離內(nèi)形成很大的斜度，同時(shí)又有方位的變化，在彎曲應(yīng)力作用下，鉆桿易折斷。

（3）鉆頭磨損嚴(yán)重，胎體脫落、震裂、變形。在深斜孔鉆進(jìn)中，由于鉆具磨損且彎曲較大，導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)大，使金剛石鉆頭受到振動(dòng)沖擊，受力不穩(wěn)，導(dǎo)致?lián)p壞。

4.2 解決措施

4.2.1 孔斜控制措施

針對(duì)礦區(qū)設(shè)計(jì)均為深斜孔，控制好孔斜是確保施工順利的關(guān)鍵，因而從以下4個(gè)方面控制孔斜：

（1）穩(wěn)定機(jī)臺(tái)。鉆機(jī)安裝穩(wěn)固可靠，鉆機(jī)底盤坐在硬實(shí)的地方，地基松軟用枕木加固，用水平尺量準(zhǔn)，確保鉆機(jī)底盤水平，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求校正好立軸方位和鉆孔傾角，保證天車、回轉(zhuǎn)器、孔口三點(diǎn)一線。

（2）合理設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)。為控制孔斜，該深斜孔施工采用三級(jí)孔徑施工，因?yàn)榭讖皆酱?，鉆孔垂直度易保證，所以在該孔施工中采取大孔徑盡可能多打的辦法。事實(shí)證明，該孔施工實(shí)現(xiàn)了較好的孔斜控制，平均百米未超過0.12°。

（3）采用合理的鉆具級(jí)配。繩索取芯鉆進(jìn)工藝具有孔壁間隙小，“滿眼鉆進(jìn)”的特性，故對(duì)控制孔斜十分有效，本孔采用Q系列繩索取芯鉆具，孔壁間隙為2～4m，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

（4）控制合理的鉆進(jìn)參數(shù)。鉆孔彎曲的原因之一是鉆壓過大，因此在深斜孔鉆探中要控制合理的鉆壓。開孔必須采用低鉆壓、低轉(zhuǎn)速，換徑時(shí)先輕壓慢轉(zhuǎn)，待鉆頭完全進(jìn)入巖石1～2m后，再逐漸提高轉(zhuǎn)速和鉆壓，以保證鉆孔沿設(shè)計(jì)軸線延伸，防止孔斜異常。在本孔施工中，破碎地層鉆進(jìn)，鉆壓維持在4～5kN，完整地層為8～10kN。

在正常鉆進(jìn)過程中，盡量采用高轉(zhuǎn)速，這樣可以緩解由于重力影響造成鉆孔軌跡向下彎曲，但轉(zhuǎn)速不要過高，過高的轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致鉆孔軌跡向上漂移，本孔施工轉(zhuǎn)速保持在400～600r/min。

為減少泵壓而產(chǎn)生的鉆具升舉力，泵量在完整地層一般保持在52～90L/min，泵壓不大于4MPa。

4.2.2 鉆具因受力不均易損壞的處理措施。

針對(duì)鉆具偏磨嚴(yán)重和折斷問題，除了控制好鉆進(jìn)參數(shù)，盡量減少鉆具振動(dòng)和偏磨外，還要注意以下幾點(diǎn)：

（1）要選擇材質(zhì)優(yōu)良的高強(qiáng)度鉆桿。

（2）要經(jīng)常檢查鉆桿，對(duì)于彎曲或磨損嚴(yán)重的鉆桿，嚴(yán)禁下入孔內(nèi)。

（3）在沖洗液中加大量的潤滑劑，減輕鉆具摩擦。

5 鉆探效果

ZK1303孔歷時(shí)63d順利終孔，終孔深度1350.5m，純鉆利用率45.87%，臺(tái)月效率605.22m，巖石總厚度1323.99m，巖芯長度1297.51m，巖芯采取率98%，礦芯總厚度26.51m，礦芯總長度25.18m，礦芯采取率95%，終孔傾角80.5°，方位角88°，滿足鉆孔設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語

深斜孔施工難度大，鉆具磨損快，要求鉆機(jī)設(shè)備安裝穩(wěn)固周正，必須選擇強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、質(zhì)量穩(wěn)定的鉆具和鉆桿，并根據(jù)地層特性，優(yōu)選沖洗液配方和合理選用鉆頭。此外，要合理設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)，鉆探工藝參數(shù)選擇合理，技術(shù)管理到位，技術(shù)措施得當(dāng)，機(jī)臺(tái)人員責(zé)任心強(qiáng)，管理方法有效，也是深斜孔順利施工的保證。

[1]童強(qiáng).貴州爛泥溝金礦大角度斜孔巖芯鉆探施工實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）2013，40（11）：35-38.

P634

B

1004-5716(2015)12-0087-03

2014-11-17

王玉民（1964-），男（漢族），吉林安圖人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事探礦工程管理與研究工作。