姜桂春，韓 頌

(遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四〇四隊(duì)，遼寧 遼陽111000)

1 浩堯爾忽洞金礦鉆探施工的難點(diǎn)

(1)地層復(fù)雜:鉆遇地層自上而下為粉砂質(zhì)頁巖—強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r—強(qiáng)硅化硬、脆、碎灰?guī)r、板巖、砂巖、矽卡巖—花崗閃長斑巖;

(2)傾斜角度大:由于礦層走向、地質(zhì)布孔傾斜角全部在42°～60°，此類孔極易出現(xiàn)坍塌、掉塊夾鉆等事故;

(3)由于布孔傾斜角度大，在鉆進(jìn)加壓過程中極易使鉆孔角度上漂;

(4)裂隙多:此礦區(qū)大部分勘查孔在55 m左右出現(xiàn)大裂隙，230 m左右進(jìn)入強(qiáng)硅化的硬、脆、碎地層，局部出現(xiàn)涌水、漏水，造成內(nèi)管難投放;

(5)取心困難:在遇到硅質(zhì)砂巖地層作業(yè)時(shí)，普通單管取心工具取心過程中經(jīng)過泥漿沖刷后，細(xì)顆粒無法滯留在巖心管內(nèi);

(6)巖心采取率低:普通取心方法在取心后、提鉆過程中已經(jīng)剝落，無法滿足巖心采取率要求。

2 浩堯爾忽洞金礦鉆探技術(shù)要求

(1)鉆進(jìn)方法采用小口徑繩索取心鉆進(jìn)，終孔直徑≮75 mm，傾斜角度在規(guī)定范圍內(nèi);

(2)按規(guī)范要求做好水文觀測(cè);

(3)確保巖心采取率，要求取心的巖層，全孔平均采取率≮80%，退出巖心時(shí)要細(xì)心，盡可能的避免人為破碎，嚴(yán)禁巖心上下順序顛倒;

(4)巖心整理與妥善保管，安排專人負(fù)責(zé)將巖心清洗干凈，自上而下按順序裝箱，在巖心上用紅油漆寫明回次，放好巖心隔板，并妥善保管;

(5)斜孔每50 m測(cè)斜一次，并根據(jù)孔內(nèi)彎曲度的變化情況，隨時(shí)增加測(cè)孔的密度，孔斜誤差不能超過規(guī)范要求的3%，超差要及時(shí)糾正;

(6)每100 m進(jìn)行孔深校正，進(jìn)出礦層及時(shí)進(jìn)行孔深校正，不得超出規(guī)定的1‰;

(7)鉆孔完工后，根據(jù)封孔設(shè)計(jì)書進(jìn)行封孔，標(biāo)明孔號(hào)、孔深、施工時(shí)期，以便復(fù)測(cè)。

3 繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)

我們此次承接浩堯爾忽洞金礦勘探任務(wù)，由于初次在該地區(qū)作業(yè)，對(duì)地層了解少，前期施工不少鉆孔遇到了進(jìn)尺效率低、地層打滑、鉆孔跑斜、巖心采取率低、嚴(yán)重漏失、掉塊、坍塌、縮徑等情況，后經(jīng)過技術(shù)上的討論，改用繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)工藝，以上現(xiàn)象得到了極大的改善，另外在材料成本上也有所節(jié)省。

3.1 繩索取心液動(dòng)錘結(jié)構(gòu)原理

3.1.1 繩索取心液動(dòng)錘結(jié)構(gòu)

本工區(qū)采用中國地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所生產(chǎn)的SYZX75型繩索取心液動(dòng)錘鉆具，整套鉆具分 為雙管和打撈器2部分(見圖1)。

圖1 SYZ75型繩索取心液動(dòng)錘結(jié)構(gòu)示意圖

(1)雙管部分。雙管包括外管總成和內(nèi)管總成。外管總成含彈卡擋頭、彈卡室、上擴(kuò)孔器(上扶正環(huán))、上外管、承沖環(huán)接頭(內(nèi)裝承沖環(huán))、下外管、下擴(kuò)孔器(內(nèi)裝下扶正環(huán))和鉆頭等;內(nèi)管總成包括打撈、彈卡、沖擊器(YZX液動(dòng)錘)、傳功和到位報(bào)信、緩沖、單動(dòng)、上下分離、調(diào)節(jié)、巖心容納及卡取巖心和扶正等機(jī)構(gòu)。

(2)打撈器部分。打撈器結(jié)構(gòu)與同規(guī)格繩索取心鉆具打撈器相同，故略去。

3.1.2 液動(dòng)錘工作原理

由水泵送入的沖洗液經(jīng)鉆桿內(nèi)孔流入內(nèi)外總成間隙，通過彈卡架的4個(gè)長條孔進(jìn)入液動(dòng)錘后由上噴嘴噴出形成高速射流，其卷吸作用將上缸套上腔介質(zhì)抽往下腔，上腔迅速降壓，同時(shí)由于下噴嘴的節(jié)流作用使得上缸套下腔的壓力升高，推動(dòng)上閥上行至上限;進(jìn)入下腔的液流經(jīng)下噴嘴高速噴出，同樣由于卷吸作用使沖錘(上活塞、下活塞和沖錘體三件的組合體簡(jiǎn)稱沖錘)腔內(nèi)壓力下降，而下活塞底部由于水路被堵塞，壓力升高，形成壓差，使沖錘上行抵達(dá)行程上限，上活塞頂部與上閥下端接觸關(guān)閉水路，至此回程結(jié)束。水路關(guān)閉時(shí)形成水擊，上缸套上腔壓力迅速增加，下腔壓力急劇下降，壓力差推動(dòng)沖錘和上閥向下運(yùn)動(dòng)。上閥抵達(dá)行程下限后停止，沖錘在慣性和(閥、錘分開后沖洗液路暢通的)液流共同作用下，繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)直至沖擊錘軸上端將沖擊能量輸出，形成一個(gè)工作周期。

3.2 繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)主要解決的問題

(1)最適用于粗顆粒的不均質(zhì)巖層，在可鉆性6～8級(jí)、部分9級(jí)的巖石中，鉆進(jìn)效果尤為突出;(2)在破碎巖層中可有效解決巖心堵塞、回次進(jìn)尺少、打撈頻繁，純鉆進(jìn)時(shí)間低、臺(tái)鉆效率低等問題;(3)應(yīng)用于小口徑金剛石鉆進(jìn)時(shí)克服堅(jiān)硬致密地層的打滑及某些地層的孔斜等問題。

3.3 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇

3.3.1 鉆壓與轉(zhuǎn)速

繩索取心潛孔錘鉆進(jìn)使用的鉆壓和轉(zhuǎn)速略低于普通繩索取心金剛石鉆進(jìn)。經(jīng)探索，本礦區(qū)采用的鉆壓為10～12 kN，轉(zhuǎn)速577～855 r/min。

3.3.2 泵量和泵壓

液動(dòng)錘靠泥漿泵產(chǎn)生的高壓液流驅(qū)動(dòng)，其工作范圍內(nèi)可根據(jù)地層的可鉆性調(diào)節(jié)相應(yīng)的泵量，所以在鉆孔地層條件允許的條件下，最好使用較大的泵量。本礦區(qū)地層在230～350 m范圍為強(qiáng)硅化破碎地層，且其間280～300 m范圍為風(fēng)化破碎地層，所有鉆孔傾角在42°～60°，故根據(jù)實(shí)際探索，本礦區(qū)泵量選擇在60～90 L/min，工作泵壓在0.5～2 MPa。

3.3.3 金剛石鉆頭選型

(1)致密堅(jiān)硬“打滑”地層，選用金剛石鉆頭參數(shù)為:胎體硬度HRC15～25，金剛石粒度為60～80目，金剛石濃度為100%，水口為8個(gè)，底唇面形狀為階梯形。

(2)硬脆碎地層，選用金剛石鉆頭參數(shù)為:胎體硬度HRC25～30，金剛石粒度為60～80目，金剛石濃度為100%，水口為8個(gè)，底唇面形狀為階梯形。

(3)中等硬度完整地層，選用金剛石鉆頭參數(shù)為:胎體硬度 HRC25～35，金剛石粒度為40～60目，金剛石濃度為80%。

3.4 鉆進(jìn)過程中的注意事項(xiàng)

每次下鉆后在鉆頭磨合階段，應(yīng)該確保此時(shí)的鉆壓小于液動(dòng)錘啟動(dòng)工作所需鉆壓，使液動(dòng)錘處于不工作狀態(tài)，防止沖擊導(dǎo)致鉆頭的損傷，鉆頭磨合時(shí)間應(yīng)該盡量短，防止鉆具內(nèi)活塞部位積砂。

開始正常鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)鉆壓的加載速度應(yīng)該盡量快，以便液動(dòng)錘啟動(dòng)。液動(dòng)錘啟動(dòng)后泵壓將指向正常示值，否則說明鉆具未啟動(dòng)，應(yīng)將鉆具提離孔底后再次放下加壓到正常值，若反復(fù)多次仍然無法確保液動(dòng)錘的啟動(dòng)工作，可采取不提鉆，按照普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)打完本回次，如果分析為其他原因則應(yīng)及時(shí)起鉆檢查。

4 取得的效果

浩堯爾忽洞金礦資源地質(zhì)初、詳查鉆探施工項(xiàng)目共計(jì)施工35個(gè)鉆孔，鉆探進(jìn)尺共計(jì)15302.8 m，平均開動(dòng)鉆機(jī)5臺(tái)，平均臺(tái)月進(jìn)尺382.57 m，前期平均臺(tái)月進(jìn)尺245.34 m，采用繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)工藝后平均臺(tái)月進(jìn)尺519.8 m，鉆孔合格率100%，巖心采取率平均達(dá)到96.88%，鉆孔偏斜率均在允許偏差范圍內(nèi)，鉆頭平均壽命60 m(機(jī)臺(tái)統(tǒng)計(jì))。

在該工區(qū)以往普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工過程中，在進(jìn)入堅(jiān)硬破碎地層后，采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)，雖采取了高壓力、高轉(zhuǎn)速，但由于該巖層含石英成分較多，鉆進(jìn)中出現(xiàn)了不進(jìn)尺、打滑現(xiàn)象，鉆進(jìn)效率較低，鉆頭消耗相對(duì)較多。而改用繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)工藝后，在提高了鉆進(jìn)效率的同時(shí)，有效解決了巖心采取率低、打滑、跑斜現(xiàn)象。鉆進(jìn)效率大幅度提升，同時(shí)減少了孔內(nèi)事故的發(fā)生，施工成本也有所降低，鉆頭消耗大幅度下降。對(duì)比情況見表1，對(duì)比巖心見圖2。

表1 普通繩索取心鉆進(jìn)與繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)孔段技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

圖2 普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)巖心和繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)巖心對(duì)比

5 結(jié)語

繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)在復(fù)雜地層施工過程中有良好的表現(xiàn)，施工中根據(jù)地層特點(diǎn)，選擇合理的鉆進(jìn)參數(shù)，可使鉆進(jìn)效率大幅度提升，繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)方法在該類地層中有廣泛的推廣使用前景。

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