王 勇，孫平賀，趙仁明，烏效鳴

(1.廣東省地質(zhì)勘查局705地質(zhì)大隊，廣東韶關(guān)512023;2.中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長沙410083;3.中國地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉工程學(xué)院，湖北 武漢430074)

1 礦區(qū)概況

廣東省韶關(guān)市大寶山鉬多金屬礦接替資源勘察項目的重點工作是對大寶山鉬礦床和北面山多金屬區(qū)進行詳查找礦工作，探求333資源量。鉆遇地層自上而下為:粉砂質(zhì)頁巖—強風化凝灰?guī)r—硅化灰?guī)r、板巖、矽卡巖—流紋斑巖、次英安斑巖，花崗閃長斑巖。水質(zhì)強酸性。

項目初查完成設(shè)計鉆孔24個，設(shè)計鉆探工作量10685 m，鉆孔方位角180°，傾角 76°～90°。實際勘査鉆探工作量12626.96 m，超過設(shè)計工作量1941.96 m，主要是鉆孔為了控制3號、4號礦體而加深了孔深。

項目詳查完成設(shè)計鉆孔26個，設(shè)計鉆探工作量20340 m，鉆孔傾角 90°，實際勘査鉆探工作量21141.34 m，其中水文勘査孔一個，最深鉆孔孔深1208.45 m。

2 地層及鉆探難點

鉆探所遇地層及地質(zhì)構(gòu)造條件相當復(fù)雜，如圖1所示，鉆探施工中的難點如下。

(1)孔內(nèi)嚴重漏失、掉塊、坍塌垮孔、全孔段漏水、縮徑等諸多難題于一體，易造成鉆具折斷，卡鉆、燒鉆、埋鉆等情況，鉆進阻力大，潤滑劑消耗嚴重，孔內(nèi)事故頻發(fā)，處理事故時間和水泥注漿護孔堵漏時間、輔助時間多，嚴重影響了勘查項目的進度。

(2)巖心硬、脆、破碎且軟硬互層，造成內(nèi)管難投放，取心困難等。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆探技術(shù)要求

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

圖1 代表性地層巖心

3.2 鉆探技術(shù)要求

(2)按規(guī)范要求做好水文觀測。

(3)確保巖心采取率，要求取心的巖層，全孔平均采取率一般不得低于80%;礦化帶、重要標志層及礦層與頂板交界處以上和礦層留底板交界處以下3～5 m平均采取率≥80%;為確保巖、礦心采取率，必須根據(jù)鉆探施工情況合理控制回次進尺和回次鉆進時間;在礦層，礦層頂?shù)装搴椭匾獦酥緦又校瑤r、礦心沒有采取上來時，須專程撈取，不應(yīng)繼續(xù)鉆進，退出巖心時要細心，盡可能地避免人為破碎，嚴禁巖(礦)心上、下順序顛倒。

(4)巖、礦心整理與妥善保管。機臺安排專人負責將巖心清洗干凈，自上而下按順序裝箱，在巖心上用紅油漆或油浸色寫明回次，總塊數(shù)和塊號(松軟、破碎、粉狀及易溶的巖、礦心應(yīng)裝入布袋中或塑料袋中，用鉛筆填寫巖心牌)，放好巖心隔板，并妥善保管。

(5)測斜:斜孔每50 m測斜1次，并根據(jù)孔內(nèi)彎曲度的變化情況，隨時增加測斜的密度，孔斜誤差不能超過規(guī)范要求(3°/100 m)，超差要及時糾斜。

(6)每100 m進行孔深校正，進出礦層及時進行孔深校正，不得超出規(guī)定1‰。

(7)鉆孔完工后，根據(jù)封孔設(shè)計書進行封孔，并原位埋好水泥樁，標明孔號、孔深、施工時期，以便復(fù)測。

4 鉆探方法

本礦區(qū)主要采取了普通金剛石鉆進和金剛石繩索取心鉆進相結(jié)合的方法。

深度400 m以淺地層，釆用普通金剛石(雙動雙管、單動雙管)鉆具鉆進，并配合套管長效護壁方法為主，采用植物膠、CMC等為添加劑的低固相泥漿、普通水泥漿護壁為輔的護壁方法［1］，確保鉆探施工的順利進行和鉆孔質(zhì)量。該孔段切不可盲目追求繩索取心鉆進方法，否則會增大鉆探成本。礦區(qū)鉆探施工鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理，不宜釆用中途擴孔，中途擴孔進尺慢，消耗鉆頭嚴重，常常發(fā)生微燒鉆事故而引發(fā)孔內(nèi)事故。

深度400 m以深地層，釆用金剛石繩索取心鉆進方法，由于該礦區(qū)鉆孔在400 m以深地層的坍塌、垮孔遠少于上部，釆用繩索取心金剛石鉆進方法，并配合無固相泥漿為主、水泥漿液護孔為輔的護壁方法可以保證正常生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，減少生產(chǎn)成本，大大降低工人的勞動強度。某些孔全孔段釆用了多級金剛石繩索取心鉆進方法。

5 鉆探設(shè)備及鉆具

5.1 鉆探設(shè)備

根據(jù)設(shè)計鉆孔的深度，本次勘查任務(wù)選擇了XY－5型鉆機2臺，該鉆機的主要技術(shù)參數(shù)為:鉆進能力1000～1300 m(50～89 mm鉆桿);40～50 kW電動機(47 kW柴油機);鉆孔角度90°～75°;轉(zhuǎn)速54～970 r/min(8擋);立軸最大扭矩3200 N·m，立軸行程600 mm，立軸最大起重力120 kN，立軸最大加壓力90 kN，立軸內(nèi)徑93 mm;卷揚機單繩量為110 m;外形尺寸(長×寬×高)3030 mm×1100 mm×1890 mm;鉆機質(zhì)量(不含動力機)2150 kg。經(jīng)1200 m深孔鉆進使用情況來看，該鉆機基本上能夠滿足鉆進1200 m鉆孔的要求(繩索取心鉆具，終孔直徑為75 mm)。最后孔深達1180 m鉆進電機發(fā)熱，鉆機發(fā)熱，但還基本可以鉆進。使用中除卡盤部位的一個大軸承損壞，變速箱橫軸損壞，此外，其他部位正常。

還選用了XY－42型鉆機4臺，該鉆機的主要技術(shù)參數(shù)為:鉆進能力500～800 m(50～89 mm鉆桿);30 kW電動機(40 kW柴油機);鉆孔角度90°～75°;轉(zhuǎn)速 54～865 r/min(8擋);立軸最大扭矩2800 N·m，立軸行程600 mm，立軸最大起重力90 kN，立軸最大加壓力80 kN，立軸內(nèi)徑89 mm;卷揚機單繩量為110 m;外形尺寸(長 ×寬 ×高)2800 mm×1080 mm×1800 mm;鉆機質(zhì)量(不含動力機)1920 kg。經(jīng)深孔鉆進使用情況來看，該鉆機基本上能夠滿足鉆進800 m鉆孔的要求(終孔直徑為75 mm)，最深860 m。

5.2 鉆具

上部地層使用普通金剛石雙動雙管鉆進(保證巖、礦心采取率)，50 mm鉆桿+150 mm(130)金剛石鉆頭，50 mm鉆桿+130 mm(110)金剛石鉆頭，50 mm鉆桿+110(91)金剛石鉆頭;下部地層使用95 mm金剛石繩索取心鉆進和75 mm金剛石繩索取心鉆進。

6 鉆孔護壁與堵漏措施

由于在復(fù)雜地層中的深孔鉆探(特別是斜孔、全漏失地層)施工，必須解決好護壁和潤滑的問題，才能確?？變?nèi)安全和鉆進效率［2］。大寶山礦區(qū)上部孔段多為第四系和強風化地層，遇水極易垮孔，采用泥漿進行短時間護壁，然后下入168或146 mm等多級套管進行長效護壁。泥漿體系主要采用了CMC、植物膠高粘度低固相泥漿;中部和下部地層由于漏水嚴重，通過常規(guī)的泥漿堵漏技術(shù)手段均不湊效，因此護壁措施以灌注水泥漿和投水泥球為主。

6.1 普通低固相泥漿護壁

配方1:7%土+4%純堿+1%Na－CMC(高粘)，粘度(蘇式漏斗)54 s，失水量12 mL;

配方2:7%土+4%堿+0.8%Na－CMC(高粘)+4‰植物膠，粘度(蘇式漏斗)35 s，失水量11 mL。

現(xiàn)場應(yīng)用證明:這2種配方泥漿的性能基本能夠滿足現(xiàn)場鉆孔的使用，起到較好的護壁效果。另外，施工用水pH值為4，配置后泥漿的pH值為10，對人體及機具的腐蝕性也大為減弱。

6.2 無固相泥漿護壁

配方3:5%純堿+2%Na－CMC(高粘)+5%植物膠;

配方4:4%堿+1%Na－CMC(高粘)+5%植物膠+3%自制潤滑劑。

對于鉆遇地層坍塌不太嚴重時，釆用無固相泥漿護壁，可減少泥漿的運輸和生產(chǎn)成本。

6.3 套管護壁

套管護壁是一種最為有效的長效護孔方法，但如果下入過多，則難以起拔而丟失在孔內(nèi)，增加生產(chǎn)成本。在大寶山礦區(qū)初勘完工的24個鉆孔中，鉆探工作量是12626 m，下入套管(多級套管)長度達8000多米。

6.4 水泥漿液封孔護壁與堵漏

對于鉆孔漏失量比較小、破碎掉塊孔段(不含泥質(zhì))采用普通硅酸鹽水泥護壁堵漏，具體配方為:425普通硅酸鹽水泥100 kg，早強劑(CaCl2)0.1～0.2 kg，緩凝劑水泥干粉量1～5 kg，水灰比0.5。雖然該方法現(xiàn)場比較常用，但是灌注水泥漿后等待時間長，灌注成功率也只有50% ～60%［3］。

6.5 陶土泥球護壁與堵漏

采用礦區(qū)的陶土填滿搗實垮孔漏失段，同時輔以鋸末糠1% ～2%、膨脹珍珠巖(或蛭石))1% ～2%［4］、泥漿增粘處理劑(CMC等)1% ～2%、孔壁防塌劑1% ～2%、大裂隙堵漏劑(803))1% ～2%。

6.6 水泥球堵漏體系

經(jīng)室內(nèi)多次的配方實驗，現(xiàn)場堵漏采用的水泥球配方體系為:水泥100 kg+脲醛樹脂17 kg+酒石酸9 kg+水150 L?，F(xiàn)場配方的初凝時間為3.8 h，終凝時間為8.8 h。

脲醛樹脂水泥球制作完畢后要等待3～5 min，待表面有一定硬化后再投入鉆孔內(nèi)。投遞過程中要注意盡量減少球體與套管和孔壁之間的摩擦，提高可堵率［1］。候凝后開始掃孔，掃孔中注意2點:第一，將鉆頭端部封住，保證水泥球不會被壓入鉆頭及巖心管內(nèi)，保證具有足夠的水泥球與孔壁相結(jié)合;第二，在起下鉆過程中速度要慢，避免產(chǎn)生較大的抽吸力進而影響孔壁的穩(wěn)定性。

7 鉆探取心技術(shù)措施

該工程由于礦體厚度大，為確保巖、礦心采取率，我們在施工過程中，全孔釆用超前雙動雙管鉆具、繩索取心鉆具、局部反循環(huán)鉆具;正、反循環(huán)鉆具及無泵。必須根據(jù)鉆探施工情況合理控制回次進尺和回次鉆進時間。在取心困難的巖、礦層中，同時應(yīng)限制轉(zhuǎn)速、壓力和泵量。在礦層，礦層頂、底板和重要標志層中，巖、礦心沒有采取上來時，須專程撈取;回次進尺≯0.5 m。撈取巖心、退出巖心時要細心，盡可能地避免人為破碎?？偟膩碚f在此次鉆探施工過程中，從大寶山項目辦、七○五項目部到各機臺班組都很重視，在大家的共同努力下，巖、礦心釆取率效果不錯，達到了甲方的要求。

8 鉆探技術(shù)成果

我們此次承接廣東省大寶山礦接替資源地質(zhì)初、詳查鉆探施工項目始于2007年9月3日開鉆至2010年8月初順利完成全部詳查鉆探工作量，共計施工50個鉆孔，鉆探進尺共計33768.30 m。月平均開動鉆機5.6臺，平均臺月效率285 m;前期平均臺月效率152 m，后期平均臺月效率313 m。鉆孔合格率100%，現(xiàn)已通過質(zhì)量驗收。巖、礦心釆取率平均達到94.48%，最高個孔達到100%，最低個孔達到84.9%;礦心釆取率平均達到95.5%，最高個孔達到100%，最低個孔達到88.4%。優(yōu)質(zhì)孔率達到75%。鉆孔偏斜率均在允許偏差范圍內(nèi)。鉆頭平均壽命20 m(機臺統(tǒng)計)。

本次工程施工特點是施工質(zhì)量好，但鉆進效率不高、成本高、孔內(nèi)事故多，值得我們探討、分析和總結(jié)。

通過科學(xué)部署、精細施工，本次施工的所有工程都見到工業(yè)鉬礦體，而且厚度大。通過目前的前期地質(zhì)勘查，已經(jīng)證實該礦床為一個多礦種、超大型的金屬礦床。

9 結(jié)語

(1)針對大寶山鉬礦區(qū)的鉆遇地層特點，采取了普通金剛石鉆進和金剛石繩索取心鉆進相結(jié)合的方法，效果明顯。

(2)根據(jù)不同深度的鉆孔，分別采用了不同的護壁堵漏技術(shù)措施。

(3)對于局部漏失，采用水泥堵漏和脲醛樹脂水泥球效果明顯，但前者輔助作業(yè)時間較長。

(4)對于交通不便的山區(qū)鉆探作業(yè)，充分保證電力、水源、交通，并協(xié)調(diào)各方技術(shù)建議對于保證施工順利進行尤為關(guān)鍵。

［1］曾祥熹，陳志超.鉆孔護壁堵漏原理［M］.北京:地質(zhì)出版社，1986.75 －81.

［2］烏效鳴，胡郁樂，賀冰新，等.鉆井泥漿與巖土工程漿液［M］.湖北武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2002.66－78.

［3］劉維平，胡遠彪.牡丹江金廠礦區(qū)鉆井液選用與堵漏技術(shù)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(6):13 －18.

［4］趙仁明，孫平賀，何中導(dǎo).瀝青堵漏鉆井液體系的研制與初步應(yīng)用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(3):26－28.