高貴山，張延龍，紀 楠，徐捷偉

1.吉林省第二地質探礦工程大隊，吉林 吉林市 132013；2.吉林省第二地質調查所，吉林 吉林市 132013

吉林省通化縣新華礦區(qū)多金屬礦勘查工程施工時間是2012 年5 月29 日至2012 年10 月8 日。施工期在本礦區(qū)開動3 臺鉆機，共完成勘查鉆孔10個，完成鉆探工作總量為5 868 m。該礦區(qū)地層復雜，勘察施工難度較大。施工采用的是金剛石繩索取心鉆進工藝，特殊地層配用繩索取心液動沖擊器鉆進，使用高性能低固相沖洗液，并根據(jù)地層情況采取了相應的技術措施，取得了較好的成果。下面簡單介紹一下在該礦區(qū)所采用的的勘察施工技術措施。

1 地質及環(huán)境條件

該區(qū)位于吉林省東南部，屬中低山區(qū)。海拔500～1 100 m 之間，相對高差在500 m，屬長白山脈之龍崗山脈。區(qū)內有國道302、省道103 和鄉(xiāng)間公路，交通較為方便。氣候屬溫潤氣候，年平均氣溫-3～7 ℃，全年無霜期120～150 天，年平均降水350～1 000 mm，屬鴨綠江水系。

勘查區(qū)中北部大面積出露含磁鐵建造的中新太古界表殼巖組合茨溝巖組、紅透山巖組，并構成基底。西部、南部出露侏羅系小東溝組、果松組、鷹嘴砬子組、果松組。

茨溝巖組、紅透山巖及雪花片麻巖：由變粒巖、斜長角閃巖、角閃條痕狀混合巖，片麻巖、淺粒巖夾“鞍山式磁鐵礦層”。

小東溝組：位于勘查區(qū)北西部。多出露在盆地邊緣，屬盆地早期的紅色類磨拉石建造。由頁巖、紫色粉砂巖、雜色礫巖組成，產植物化石。

果松組：位于勘查區(qū)中部，出露面積較大。下部為多斑安山巖，上部為安山質凝灰熔巖、集塊巖，頂部為流紋巖、流紋質凝灰?guī)r。

鷹嘴砬子組：位于勘查區(qū)西南部。屬含煤碎屑巖系，由礫巖、砂巖、粉砂巖、頁巖及煤系組成。林子頭組：位于勘查區(qū)中部，多不整合覆蓋在茨溝巖組、紅透山巖及雪花片麻巖之上，下部為灰色安山巖、英安巖上部為流紋巖、流紋質角礫熔巖。

2 鉆探施工技術及質量要求

2.1 巖心要求

要求巖心直徑不能小于Φ46 mm。

2.2 巖礦心采取率與整理。

（1）礦心及其近礦圍巖（礦體上、下盤各5 m）采取率必須大于85%。如因地層等特殊原因確實不能達到此標準，需經發(fā)包方書面同意，并作為驗收依據(jù)。

（2）回次巖心采取率不小于75%。全孔平均巖心采取率要達到80%以上。

（3）取出的巖礦心，應洗凈后自上而下按次序裝箱，不得顛倒或任意拉長，巖心應按規(guī)定編號，每回次應填放巖心票（包括沒有巖心的回次），巖心箱應進行編號，規(guī)格要符合地質要求。

2.3 鉆孔彎曲度與測量間距

（1）直孔每100 m彎曲度不大于2°，斜孔每100 m彎曲度不大于3°，可以按孔深累計計算；

（2）方位角偏差不超過勘探網度的1/3～1/4；

（3）直孔每鉆進100 m 測一次頂角，斜孔每鉆進50 m測一次頂角和方位；

（4）終孔測斜地質編錄員應在現(xiàn)場監(jiān)測。

2.4 簡易水文觀測

（1）在以清水為沖洗液的鉆孔每班至少要測1～2 次孔內水位，沒下好孔口管的孔段和普通泥漿鉆進的孔段可以不測孔內水位；

（2）每次觀測，應在提鉆后、下鉆前各測量一次，其間隔時間應大于5 min；

（3）鉆進時遇有涌水、漏水、溶洞等現(xiàn)象應及時記錄其孔深。

2.5 孔深誤差的測量與校正

（1）每鉆進100 m、進出含礦層、終孔后均要進行孔深測量，誤差小于1 ‰者可不修正孔深；

（2）測量要使用經過校正的鋼尺；

（3）見礦與終孔校正，地質編錄員應在現(xiàn)場監(jiān)測。

2.6 原始班報表

（1）在現(xiàn)場用鋼筆及時填寫，真實準確；

（2）有交接班班長和機長親筆簽字,不得代簽；

（3）班報表保持整潔，終孔后裝訂成冊。

2.7 封孔

（1）要有封孔通知書和封孔設計書；

（2）水泥封孔要用325 號以上水泥，水灰比要符合設計要求；

（3）每封完一層要在封孔段頂部位置取水泥漿樣證實；

（4）封孔后必須在孔口中心設立水泥標志樁，并保證其質量；

（5）機長將《鉆孔封孔設計和封孔記錄表》送交項目技術負責。

以上是地質設計要求，本礦區(qū)實際完工的10個鉆孔，完全滿足了上述要求，優(yōu)質孔率達100%。

3 施工設備的選擇

根據(jù)礦區(qū)的地質要求及施工條件，設備選擇情況如表1：

表1 設備選擇Table 1 Drilling equipment selection table

4 鉆孔結構、鉆進方法及鉆進參數(shù)的選擇

4.1 鉆孔結構

根據(jù)每個鉆孔的巖層情況，施工中采用Φ110硬質合金鉆頭開孔，穿過土層及風化巖石進入較完整巖層后下入Φ108 套管，然后再采用Φ91 金剛石鉆具鉆進進入完整巖層后下入Φ89 套管，下套管的長度根據(jù)孔內巖層的實際情況而定。最后用Φ75金剛石繩索取心鉆具鉆進至終孔。

4.2 鉆進方法與鉆進參數(shù)

由于該礦區(qū)巖層變化較大，巖礦心采取率要求較高，巖礦心直徑要求不小于46 mm，因此采用Φ75 金剛石繩索取心鉆進。根據(jù)巖石的性能選擇金剛石鉆頭胎體硬度HRC35～42，粒度80～120目。

正常鉆進參數(shù)∶鉆壓8～12 kN ；轉速300～800 r/min；泵量60～80 L/min。

由于地層情況不同，鉆進參數(shù)隨之變化，在完整地層鉆進中按照正常參數(shù)控制，在不完整或研磨性較強的巖層中鉆進要適當?shù)母淖冦@進參數(shù)。根據(jù)巖層情況及鉆頭磨損情況和鉆進效率事調整參數(shù)。在鉆頭剛接觸孔底時用低轉速輕壓力鉆進，進尺100～200 mm 后再用高轉速和正常壓力鉆進。

金剛石鉆頭擴孔器排隊使用，先用外徑大內徑小的鉆頭，后用外徑小內徑大的鉆頭。在不進尺的情況下或巖心堵塞時立即提鉆，以防造成巖心采取率降低和其它孔內事故的發(fā)生。

5 鉆進技術措施

5.1 開孔

開孔時，根據(jù)每個鉆孔的地層特點選擇不同的開孔方法。

（1）在沖積層、堆積層或松散的砂土層開孔時，使用肋骨鉆頭、刮刀鉆頭并使用普通泥漿作沖洗液，有時也使用普通硬質合金鉆頭干鉆。孔壁坍塌嚴重時，就從孔口灌注稠泥漿或分段投入粘土球，搗實后再鉆進。鉆進預定深度后，及時下入孔口套管。

（2）在礫石層開孔時，用沖擊鉆頭鉆進或在孔口挖坑、灌注水泥后直接鉆進，或先挖掘一定深度，埋入孔口管后再鉆進。鉆進中除用普通泥漿護壁外，還采用跟套管、注入快干水泥等方法，分段護壁、分段鉆進。

（3）在硬巖層開孔時，應先用硬質合金鉆頭鉆進300 mm 深，然后用舊的孕鑲金剛石鉆頭鉆進。

5.2 下套管

在鉆進不穩(wěn)定地層、遇到溶洞、大裂隙、含水層時，無法采用泥漿護壁時，便及時下入套管，采用下多層套管的方法護壁。

（1）下套管遵守的規(guī)定∶①仔細檢查套管絲扣。套管絲扣應用粘結劑（如松香、瀝青或環(huán)氧樹脂）粘牢、擰接嚴緊。 ②下套管要輕穩(wěn)，防止跑管，禁止強墩硬擰。③套管應座在基巖硬盤上，套管底部應用粘土或水泥封固。套管上端亦要嚴密封閉，防止巖粉沉入。④套管外部要涂高粘潤滑油脂，減少起拔時的阻力。

（2）起拔套管遵守的規(guī)定∶①孔內套管數(shù)量較多時，先用起重機起拔松動后，再用升降機提升。②套管起拔困難時，用割管器將套管分段割開，分段起拔。

5.3 金剛石鉆頭、擴孔器的選擇和使用

（1）選擇金剛石鉆頭、擴孔器時按照金剛石的品級，金剛石鉆頭與擴孔器的規(guī)格性能必須符合《DZ2-78 地質巖心鉆探金剛石鉆頭、擴孔器》標準的要求。

（2）根據(jù)巖石的可鉆性、研磨性和完整程度來選擇鉆頭、擴孔器的類型、金剛石粒度、濃度及胎體硬度。

（3）在硬的、堅硬的、可鉆性級別高的和裂隙、破碎的巖石中鉆進時，選用細粒表鑲或細目數(shù)孕鑲的鉆頭、擴孔器。

（4）在中硬的、可鉆性級別低的和均質、完整的巖石中鉆進時，選用粗粒表鑲或粗目數(shù)孕鑲的鉆頭、擴孔器。

（5）在研磨性強的巖石中鉆進時，選用硬胎體的鉆頭、擴孔器。

（6）在研磨性弱的巖石中鉆進時，選用軟胎體的鉆頭、擴孔器。

5.4 鉆頭與擴孔器及卡簧之間要合理配合使用

（1）擴孔器外徑比鉆頭外徑大0.3～0.5 mm，巖層堅硬時應采用下限數(shù)值。

（2）卡簧的自由內徑比鉆頭內徑小0.3～0.4 mm。

（3）鉆進時，按鉆頭和擴張孔器外徑的大小，排好順序輪換使用，即先使用外徑大的，后使用外徑小的；對于鉆頭來說，還應同時考慮先用內徑小的，后用內徑大的。

（4） 新鉆頭到達孔底后，進行“初磨”，即輕壓（為正常鉆壓的1/3 左右）、慢轉（100 n/min 左右）鉆進10 min 左右，然后再采用正常參數(shù)繼續(xù)鉆進。

（5）減壓鉆進倒桿時，先用升降機將孔內鉆具拉緊（不得提離孔底），倒桿后用油缸減壓并在小于正常鉆壓的情況下平穩(wěn)開車。

（6）堅持“五不掃”，即不用金剛石鉆頭掃脫落巖心、不用金剛石鉆頭掃殘留巖心、不用金剛石鉆頭掃掉塊、不用金剛石鉆頭掃探頭石、不用金剛石鉆頭掃孔。做到“三必提”，即遇下鉆受阻輕轉無效、巖心堵塞、鉆速驟降時必須提鉆。

（7） 鉆頭出現(xiàn)以下情況時，不得再下入孔內∶①表鑲鉆頭內外徑尺寸較標準尺寸磨耗0.2 mm以上的；孕鑲鉆頭內外徑尺寸較標準尺寸磨耗0.4 mm 以上的；②表鑲鉆頭出刃尺寸超過金剛石顆粒直徑1/3 的；③表鑲鉆頭有少數(shù)金剛石脫落、擠裂或剪碎的；④孕鑲鉆頭出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象的；⑤鉆頭出現(xiàn)明顯偏磨的；⑥鉆頭水口和水槽小于標準尺寸的；⑦胎體有明顯裂紋、掉塊、溝槽或嚴重被沖蝕的；⑧鉆頭體變形，絲扣損壞的。

5.5 避免鉆頭非正常損壞的措施

（1）根據(jù)巖石物理機械性質選用金剛石鉆頭和擴孔器。

（2）孔底應保持清潔，當發(fā)現(xiàn)有硬質合金、胎塊、金剛石、金屬塊、脫落巖心及孔壁掉塊時應采用沖、撈、抓、粘、套、磨、吸等方法加以清除。

（3）鉆具通過換徑、探頭石、孔壁掉塊等部位以及在斜孔和干孔中下鉆時，必須放慢下降速度。

（4）換徑后應用錐形鉆頭修整換徑臺階。

（5）地層由硬變軟時應減壓并控制鉆進速度。

（6）鉆進過程中應有專人，定時觀察沖洗液消耗情況。

（7）使用金剛石鉆頭及擴孔器時，要填寫使用卡片，及時記錄每回次的各種有關數(shù)據(jù)及磨耗情況。鉆頭或擴孔器停用后，應及時作出評述，并連同卡片一起交技術部門保存。

6 沖洗液的選擇及管理

本礦區(qū)施工的10 個鉆孔，開孔下套管期間，全部采用普通泥漿鉆進，普通泥漿的配制標準是：

基漿：配制1 m3泥漿加膨潤土150 kg，純堿3 kg，漏斗粘度22～27 s 之間。

待套管下完后采用繩索取心鉆具鉆進時，換成低固相泥漿。

6.1 低固相泥漿的配制

基漿：配制1 m3泥漿，加30～40 kg 粘土，攪拌均勻后，再加入預先泡好的聚丙烯酰胺溶液兩水桶約36 kg（干粉1.5～2 kg），攪拌均勻后再加入0.1～0.4%的Na-CMC。

根據(jù)地層的不同泥漿的配制加量也略有不同，正常鉆進時泥漿粘度控制在18～20 s 左右，在漏失層及破碎巖層可適當加大Na-CMC 的含量，使泥漿粘度達到20～25 s 之間。

6.2 低固相泥漿的性能指標

密度在1.05 g/㎝3以下，固相含量（按體積計）低于4%，巖粉與膨潤土的比值（按質量計）不超過2，動切力（10-5N/mm2）與塑性粘度（mPas）的比值（動塑比）在4.8 以上。

6.3 泥漿循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)場管理

機臺設置三個泥漿沉淀箱，循環(huán)槽不得短于15 m，要在循環(huán)槽內設置紗網擋住雜物。每班至少要清理循環(huán)槽兩次以上，每日清理沉淀箱一次。技術員每天測一次泥漿的性能，并隨時指導機臺配制適合不同地層鉆進用的泥漿。

隨著鉆孔的加深泥漿也在不斷的減少，往水源箱內加漿時一定要加入按配方配好的新泥漿，不得往水源箱內加不符合要求的泥漿或清水，避免因孔內巖粉增多出現(xiàn)埋鉆事故。

7 保證鉆探施工質量措施

7.1 保證施工質量的技術措施

（1）教育工作人員樹立質量第一的觀念，認真做好各工序的質量檢查工作。

（2）安裝時要保證鉆孔中心、鉆機立軸、鉆塔天車中心在一條直線上，并用水平尺測量鉆機安裝的是否周正水平、平穩(wěn)牢固。

（3）不使用曠動的立軸導管，要選擇直的機上鉆桿，開始壓力要小，隨鉆孔的加深，逐漸加長鉆具。

（4）遇有傾斜巖層鉆進時要輕壓慢轉，選用出刃鋒利的鉆頭和長、直、厚鋼度較大的取心鉆具。

（5）發(fā)現(xiàn)巖心堵塞或進尺突變時，不得繼續(xù)鉆進，應提鉆查明取心情況及其突變原因。

（6）在礦層，礦頂?shù)装搴椭匾獦酥緦又校瑧貏e注意巖礦心采取情況是否滿足地質要求，如巖礦心采取率偏低時應及時查明原因，并采取補救措施，同時控制鉆進參數(shù)和回次進尺的長度。

（7）在取心困難的破碎地層中，使用繩索取心沖擊器進行鉆進，以提高回次進尺長度及巖礦心采取率。

（8）保證沖洗液的質量，選擇相應的鉆進參數(shù)（壓力、轉數(shù)和泵量）適當控制回次進尺的長度和時間。

（9）機臺配齊所需的各種鉆進工具及附屬工具。

（10）退取巖心時要盡量避免人為破碎，并嚴格禁止巖礦心從上到下順序顛倒。

（11）準確掌握封閉孔深及隔離位置，選用有一定強度的架橋材料，并將其牢靠的固定在隔離孔段位置。

（12）使用泥漿做沖洗液的鉆孔，應根據(jù)情況自下而上的清洗封閉段孔壁的泥皮后在進行封孔。

（13）用水泥封孔采用泵注法，將水泥攪拌均勻，水灰比控制在0.5 左右。鉆孔封閉結束后再起拔套管。

7.2 提高巖礦心采取率措施

（1）根據(jù)各礦區(qū)地質條件、巖礦層的物理機械性質和技術因素，正確地選擇取心方法和工具。

（2）各類專用取心工具必須妥善保管，使用前要認真檢查，每次用后要清洗檢查、注潤滑油。

（3）在取心困難的礦層中鉆進時，應限制轉速、壓力和泵量，適當控制回次進尺長度和時間。

（4）鉆進時回次進尺不得超過巖心管長度。

（5）在礦層、礦層頂?shù)装搴椭匾獦酥緦又?，巖、礦心沒有采取上來時，須專程撈取，不應繼續(xù)鉆進，必需鉆時每回次不得超過0.5 m。撈取巖、礦心時應盡量采用噴反、無泵或鋼絲鉆頭等有效方法。

8 結語

通過該礦區(qū)的勘察鉆探施工體會到，在復雜地層進行鉆探施工，必須根據(jù)地層情況采取相應的技術手段，靈活運用現(xiàn)有的鉆探施工工藝，選擇合理的鉆進方法，配備能力較強的施工設備及機具，使用適應該地層的鉆進沖洗液?？傊?，只要采取有效的技術措施，認真抓好每個施工環(huán)節(jié)中的細節(jié)，嚴格執(zhí)行國家頒布的地質巖心鉆探規(guī)程，無論遇到什么樣的復雜地層，都能得到解決。

[1] DZ/T 0227—2010,地質巖心鉆探規(guī)程[S].

[2] 王 生.鉆探工藝與設備[M].長春：吉林科學技術出版社，2009.