曹紅淮

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第二水文工程地質(zhì)勘查院， 安徽蕪湖 234000）

安徽宿州欄桿-褚蘭地區(qū)金剛石礦區(qū)普查鉆探鉆孔設(shè)計及孔內(nèi)事故預防措施

曹紅淮

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局第二水文工程地質(zhì)勘查院， 安徽蕪湖 234000）

結(jié)合金剛石礦區(qū)普查鉆探工程實踐，對金剛石礦鉆孔工藝設(shè)計、施工和孔內(nèi)易產(chǎn)生的事故的綜合技術(shù)措施進行了介紹，提出了本地區(qū)金剛石礦普查鉆探施工的注意事項目，為金剛石礦普查鉆探施工積累經(jīng)驗。

鉆孔工藝設(shè)計；鉆進工藝；孔內(nèi)事故預防

0 引言

安徽省宿州市欄桿-褚蘭地區(qū)金剛石普查，通過前期工作，在吳莊東C-5-2、C-10巖管和C-13巖體中橄欖玄武巖、玄武質(zhì)角礫熔巖、火山角礫巖和輝綠巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)了原生金剛石晶體及大量指示礦物。為加大金剛石找礦力度，決定采用鉆探方式對礦山進行勘查。本次鉆孔位于宿州市欄桿鎮(zhèn)老寨山，交通較為方便（圖1）。

1 區(qū)內(nèi)地層及巖性特征（表1）

圖1 宿州市欄桿地區(qū)位置交通圖Fig.1 Traffic location of the Langan area in Suzhou City

表1 中新生代巖石地層分布Table 1 Stratigraphic distribution of Mesozoic-Cenozoic in Shuzhou area

由于礦區(qū)內(nèi)巖石破碎，裂隙較發(fā)育。取芯較為困難，同時孔壁不穩(wěn)易垮塌，給鉆探施工造成較大困難。施工區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)情況較差，孔內(nèi)泥漿漏失較嚴重，對泥漿質(zhì)量要求很高。

鉆孔見地層情況：

第四系（Qh）： 0～18.24m殘坡積松散層；褐黃色浮土；

望山組（Z21w）：18.24～76.48m灰?guī)r；

侵入巖（βμ）：76.48～256.2m輝綠巖；

望山組（Z21w）：256.2～266.8m灰?guī)r；

侵入巖（βμ）：26.88～404.95m輝綠巖；

史家組（Z11s）：404.95～550m灰?guī)r。

2 鉆探施工技術(shù)條件

（1）施工道路：該項工程勘查位于丘陵區(qū)，施工區(qū)內(nèi)道路較為便利，施工機械均可用汽車運到現(xiàn)場附近，距離孔位約500m，采用小型運輸機械運輸?shù)娇孜唬傮w上交通較為方便。

（2）供水：距離孔位約300m處有一處水塘，采用泵送供水至施工現(xiàn)場集水箱。

3 工程質(zhì)量要求

3.1 巖礦芯采取率

（1）巖芯采取率應(yīng)大于85%，當采取率小于85%時，采取補救措施。

（2）在疏松、易碎礦層中，使用的鉆探工藝應(yīng)滿足保持礦石原有結(jié)構(gòu)特點和完整性。為防止鉆進中漏礦，應(yīng)嚴格控制鉆進回次長度及回次采取率。

（3）進入礦層時，必須嚴格遵守操作規(guī)程，進入礦層回次進次不得大于2m，且純鉆時時間不宜過長，以免造成礦芯破碎和磨損，影響礦芯采取率和礦石品位。對打薄、打丟的礦層，必須用偏心補采。

3.2 鉆孔彎曲度測定

表2 允許頂角差Table 2 Allowable apex angle error

（1）鉆孔均應(yīng)按《巖芯鉆探規(guī)程》要求測定頂角和方位角，并修正鉆孔實際位置。鉆孔不同孔深的各測點實測角與開孔設(shè)計頂角之差不得超過表2。

（2）開鉆后50m行一次彎曲度測定并校正鉆孔深度，誤差不超過規(guī)定要求；以后每100m進行一次彎曲度測定并校正鉆孔深度，在見礦點增加一次彎曲度測定。

（3）進出礦體應(yīng)測量頂角、方位角和孔深。

（4）鉆孔結(jié)構(gòu)要求：鉆孔開孔直徑不得小于150mm，終孔直徑不得小于75mm。

3.3 簡易水文地質(zhì)觀測

以泥漿為沖洗液的鉆孔中，一般可不進行水位測量。鉆進中遇涌水、漏水、冒氣其它特殊現(xiàn)象，要立即停止鉆進，以便及時觀察和收集資料，終孔時應(yīng)測量靜止水位。

鉆孔靜止水位標準根據(jù)規(guī)范要求，在連續(xù)四個小時觀測的水位值上下誤差在5cm內(nèi)就達到穩(wěn)定標準。

3.4 孔深誤差的測量與校正

3.4.1 在下列部位必須校正孔深

（1）每鉆進100m、進出礦層時（礦層厚度小于5m時、只測量一次），繩索取芯鉆進時因提鉆長度不等，可參照上述要求及時進行測量。

（2）經(jīng)地質(zhì)編錄人員確認的重要構(gòu)造位置及劃分地質(zhì)時代的層位。

（3）孔深誤差率小于千分之一時不修正報表，孔深誤差率大于千分之一時要修正報表?？咨钫`差

率=（校正前孔深-校正后孔深）/校正后孔深×100%。

3.5 封孔要求

（1）終孔前根據(jù)地質(zhì)設(shè)計或地質(zhì)部門提出的封孔要求進行封孔，全孔采用425水泥進行封閉。

（2）封孔后必須在孔口中心設(shè)立水泥標志樁（用水泥固定）。

其它未盡事項按照《巖芯鉆探規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4 鉆探工藝設(shè)計及設(shè)備選擇

4.1 鉆探工藝設(shè)計

4.1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)部門的技術(shù)要求結(jié)合現(xiàn)場實際情況和鉆探工程設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)要求：開孔直徑不得小于150mm，終孔直徑不得小于75mm，同時考慮繩索取芯鉆具管材系列。對鉆孔結(jié)構(gòu)做如下設(shè)計。

φ150mm鉆具開孔，下入φ146mm孔口套管，換φ110 mm鉆具鉆到50m，換用φ75mm鉆具鉆到終孔。力求使鉆孔結(jié)構(gòu)簡單化。鉆孔結(jié)構(gòu)圖（圖2）。

4.1.2 鉆進方法

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Dirll hole stracture

因考慮本礦區(qū)為金剛石礦，為防止金剛石鉆頭在使用過程中磨損，對礦的儲量有影響，本次鉆進選用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進。

4.1.2.1 鉆頭選擇及鉆進技術(shù)參數(shù)

選用薄片硬質(zhì)合金鉆頭。具體的操作技術(shù)要求按《巖芯鉆探規(guī)程》中規(guī)定執(zhí)行（表3）。

4.1.3 沖洗液與護壁堵漏

表 3 合金鉆技術(shù)參數(shù)推薦表Table 3 Recommended technical parameters for adamantine drill

針對該礦區(qū)的地層情況，地層較為破碎，裂隙較為發(fā)育，孔內(nèi)易發(fā)生鉆井液漏失及垮塌、埋鉆事故，選擇有效保護孔壁，防止地層垮塌的化學泥漿。其特點主要有：對垮塌和剝蝕掉塊有明顯效果。

（1）化學泥漿鉆進液的配制與性能。

（2）配方：聚丙烯酰胺（PAM）：0.2%～0.3%、 腐殖酸鉀（KHM）：1%～3%。

（3）泥漿性能：密度：1.05g/cm3；粘度：24s；失水量：7ml/30min；pH∶8。

（4）測試儀器配備計劃。開工前進行泥漿試配，達到要求后進行機臺施工，現(xiàn)場配備泥漿測試儀器一套。

（5）鉆井液的使用及維護。①若粘度降低、失水量偏大，可加入CMCC水溶液調(diào)整處理。②若pH值過低，可加入燒堿水溶液調(diào)整處理。

4.2 設(shè)備選擇

根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計孔深達到550m，開孔直徑150mm，終孔直徑75mm，地層較為復雜，鉆機消耗大，交通較為便利，根據(jù)以上條件選擇用XY-4型鉆機。為保證鉆井液在孔內(nèi)形成循環(huán)，排除巖粉和冷卻鉆頭，根據(jù)流量、及泵壓計算選用NBB-250-6型泥漿泵。動力機，由于施工現(xiàn)場無施工用電，根據(jù)孔深及鉆機動力需求選擇配套4135型柴油機。

鉆塔選擇為確?；囅到y(tǒng)在起下鉆具或套管時的安全，鉆塔高度和載荷要達到要求，選擇JS×23型鉆塔。并配備相應(yīng)的輔助設(shè)備。鉆具選用XJS75型繩索取芯鉆具。

4.3 鉆探機場的安裝

設(shè)備到場后按照局安全文明機臺的標準進行鉆機組裝、鉆塔安裝、設(shè)置好循環(huán)系統(tǒng)、及安全設(shè)施，開工前由安全科、探礦科聯(lián)合進行安全、技術(shù)檢查。合格后方可進行鉆機開鉆，施工按鉆進工藝和鉆孔設(shè)計書進行鉆進。遇到問題及時通知技術(shù)人員進行處理。

5 鉆孔事故及預防措施

鉆探施工過程中經(jīng)常遇到因地層的變化造成沖洗液漏失和鉆桿折斷的事故，為防止在工程施工中發(fā)生事故。在開工前需做好如下預防措施：

（1）采用繩索取芯鉆進技術(shù)進行滿眼鉆進，隨鉆護壁，減少事故發(fā)生。

（2）施工現(xiàn)場泥漿好壞，對防止孔內(nèi)事故至關(guān)重要，在鉆進使用優(yōu)質(zhì)泥漿防止孔內(nèi)坍塌、掉塊引起的卡、埋鉆事故，因此泥漿性能不好會造成事故和增加事故的復雜性，在施工過程中一定要調(diào)整好泥漿的性能，并在現(xiàn)場儲備一定數(shù)量的化學處理劑和封堵材料。

（3）鉆進采用繩索取芯鉆進，提鉆次數(shù)少，每次提鉆后要檢查鉆桿螺扣的磨損情況及鉆桿有無裂紋，防止在孔內(nèi)發(fā)生折斷事故。

6 結(jié)語

通過對鉆孔的設(shè)計及鉆探設(shè)備的選型，本次鉆探工作在20d內(nèi)順利完成550m的鉆孔施工，巖芯采取率達到95%以上，鉆孔傾斜度達到了業(yè)主的要求，孔內(nèi)未發(fā)生安全和質(zhì)量事故，收到了良好效果。為今后類似鉆孔的施工提供了依據(jù)。

［1］ 徐克里，王生.鉆探工程［M］.北京：地質(zhì)出版社，2008.

［2］ 武漢地質(zhì)學院.巖心鉆探設(shè)備及設(shè)計原理［M］.北京：地質(zhì)出版社，1980.

［3］ 王扶志.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)［M］.長沙：中南大學出版社，2008.

EXPLORATION BOREHOLE DESIGN AND DOWNHOLE ACCIDENT PREVENTION FOR DIAMOND ORE DISTRICT IN THE LANGAN-CHULAN AREA， SUZHOU， ANHUI

CAO Hong-huai
（No.2 Institute of Hydrogeology and Engineering Geology of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province， Wuhu，Anhui 234000， China）

∶ Based on a practice of exploration drilling in a diamond ore district， this paper introduced borehole technique design， construction and measures against common downhole accidents， and matters needing attention in diamond exploration drilling construction in the area.

∶ borehole technique design； drilling technique downhole accident prevention

P619.241；P634.8

A

2015-12-20

曹紅淮（1972-），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事鉆探工程及工程施工技術(shù)工作。

1005-6157（2016）02-0120-3