楊春柳，皮微微

(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊，吉林延吉133401)

吉林省葦砂河鐵礦深孔巖芯鉆探技術(shù)

楊春柳*，皮微微

(吉林省第六地質(zhì)探礦工程大隊，吉林延吉133401)

吉林省葦沙河鐵礦區(qū)第四系覆蓋層及風化層厚度大，地層復(fù)雜，鉆探存在堅硬打滑，構(gòu)造發(fā)育、斷裂破碎帶多等現(xiàn)象。針對該礦區(qū)地層特點，從設(shè)備選型、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進參數(shù)、沖洗液等方面采取相適應(yīng)的施工工藝及技術(shù)措施，取得了較好的效果，對今后的鉆探施工有所幫助。

繩索取芯+SYZX76型繩索取芯液動錘鉆進；第四系覆蓋層；復(fù)雜地層；鉆探技術(shù)

1 概況

1.1 礦區(qū)

吉林省葦沙河鐵礦位于吉林省臨江市葦沙河鎮(zhèn)境內(nèi)，在臨江市西南約15km的東溝中。2014年我隊受探礦權(quán)人——臨江市東峰有色金屬股份有限公司委托，對該礦區(qū)投入了大量的人力、物力進行地質(zhì)勘探找礦普查（續(xù)作）工作，地質(zhì)設(shè)計續(xù)作鉆探工作量15100m，設(shè)計鉆孔深度主要在1200～1600m，平均孔深在1370m左右，設(shè)計傾角80°～85°。通過對該礦區(qū)的深部找礦勘探，為吉林省再次提交一處大中型礦山提供了強有力的資源保障。

1.2 區(qū)域成礦地質(zhì)條件

礦區(qū)所處大地構(gòu)造位置：華北地臺（Ⅰ）級北緣樂段，遼東臺隆（Ⅱ）級，大子河—渾春陷褶皺斷束（Ⅲ級），老嶺斷塊（Ⅳ級），中段之南東翼，按以往找礦經(jīng)驗及本區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的已知礦體的規(guī)律，礦體產(chǎn)于大栗子組地層中，與巖層產(chǎn)狀一致。

1.3 地質(zhì)特征簡述

1.3.1 地層

礦區(qū)內(nèi)全部被第四系覆蓋，依據(jù)施工鉆孔揭露第四系厚度為120.10m，以沖積物為主，表層為耕土，以深依次為石英砂巖、粉砂巖、頁巖等。第四系下段地層自下而上劃分為臨江組和大栗子組，巖性為二云片巖、絹云千枚巖、白云大理巖及石英巖。

1.3.2 構(gòu)造

區(qū)域內(nèi)總體構(gòu)造格架屬老嶺斷塊中段南東翼的一部分，由早元古代老嶺群地層組成基底構(gòu)造，晚元古代青白口系地系地層組成蓋層構(gòu)造，由于區(qū)內(nèi)經(jīng)歷多次構(gòu)造運動影響，尤其是呂梁時期和燕山期構(gòu)造運動，使構(gòu)造更加復(fù)雜多樣化。

2 鉆探技術(shù)要求

2015年礦區(qū)設(shè)計鉆孔全部為斜孔，傾角80°～85°，終孔直徑不小于76mm，孔深在1200～1600m之間。鉆孔技術(shù)要求如下：

（1）不經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)技術(shù)人員同意，鉆孔的位置不得移動，移動大于20m需要請求項目主管部門同意。

（2）礦化帶重要標志層以及礦體和礦體頂?shù)装鍑鷰r5m范圍內(nèi)的采取率不小于85%，在礦層中鉆進時，回次進尺一般不大于2m，若連續(xù)2個回次或進尺1～2m礦區(qū)采取率小于85%，要及時采取補救措施，全孔巖層平均采取率不小于75%，終孔直徑不小于?76mm。

（3）鉆孔終孔后，對見礦部位用水泥封孔，孔位用水泥經(jīng)樁做標記。

（4）其他技術(shù)要求嚴格按照《地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程》（DZ/T0227-2010）執(zhí)行。

3 鉆探施工中存在的主要問題

（1）第四系覆蓋層及上部風化層較厚，120m左右，主要為礫石層及砂土互層、亞砂土、亞粘土。因結(jié)構(gòu)松散，膠結(jié)性差，鉆進過程中在礫石層中易發(fā)生坍塌及漏失、在砂土中易發(fā)生坍塌、在粘土中易發(fā)生縮徑、套管提不上來等事故。

（2）礦區(qū)構(gòu)造極其發(fā)育，每個鉆孔都遇到多處構(gòu)造，最多一個鉆孔遇到了5處構(gòu)造。構(gòu)造帶巖石破碎，鉆探施工出現(xiàn)了坍塌、掉塊、漏水、縮徑等不良地質(zhì)現(xiàn)象，造成卡鉆、夾鉆、埋鉆、鉆桿折斷等眾多孔內(nèi)事故，施工進度緩慢，鉆探成本大幅增加。

（3）鉆孔深，巖石可鉆性等級高。1200m左右及以深鉆孔存在2層磁鐵礦，厚度在8～21m之間，埋藏深度在980～1400m之間。巖石可鉆性等級達到10～12級。每班12h進尺一般不超過2m，是業(yè)內(nèi)公認的堅硬、致密、打滑地層。由于需要經(jīng)常上下鉆處理鉆頭上金剛石出刃問題，一方面帶來孔壁不穩(wěn)，另一方面造成輔助時間過長、鉆進效率低、職工勞動強度大，成本上升。

4 主要鉆探設(shè)備及器具

根據(jù)孔深、地層及現(xiàn)場情況，施工設(shè)備主要選用XY-5型鉆機3臺，XY-6B型鉆機2臺，BW250型泥漿泵5臺，SGX-17型四角塔3部，HCX-23型四角塔2部，JSJ型繩索取芯絞車5臺，高揚程水泵5個。

鉆桿：為適應(yīng)深孔復(fù)雜地層鉆進，選用強度高、抗扭能力強的唐山金石超硬材料有限公司生產(chǎn)的加厚接頭鐓粗的繩索取芯鉆桿，并配置泥漿攪拌機等。

鉆具：開孔鉆具為?127mm、?108mm單管鉆具，正常鉆進鉆具為?76mm繩索取芯鉆具及SYZX76型繩索取芯液動錘鉆具。

5 鉆進工藝技術(shù)措施

5.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

由于該礦區(qū)地層十分復(fù)雜，第四系覆蓋層及上部風化層較厚，達120m左右，往往每級套管都不可能下到位，必須預(yù)留較寬的換徑余地。因此，采用“三級套管四級成孔”鉆孔結(jié)構(gòu)才能順利達到施工要求，即?130mm-?110mm-?95mm三級鉆進后，下入?127mm-?108mm-?89mm套管，最后換?76mm口徑終孔。

5.2 鉆進方法

上部第四系覆蓋層及風化層，采用普通金剛石單管鉆進，選用粘度大、失水量小、攜帶巖粉能力強、護壁性能好的沖洗液。

深部石英砂巖、二云片巖、粉砂巖、石英巖等地層，采用繩索取芯液動錘金剛石鉆進。

硬、脆、碎及打滑地層（礦層及上部脈巖）采用繩索取芯金剛石鉆進或繩索取芯液動錘金剛石鉆進。

5.3 鉆進技術(shù)參數(shù)

鉆進技術(shù)參數(shù)優(yōu)化組合的確定受到鉆遇巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆孔直徑、設(shè)備性能、鉆頭類型及結(jié)構(gòu)參數(shù)、沖洗液類型、班長技術(shù)水平等約束。鑒于制約因素較多，各種組合較多，依據(jù)本礦區(qū)實際情況，使用的鉆進技術(shù)參數(shù)見表1，SYZX76繩索取芯液動錘鉆進技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 繩索取芯鉆進技術(shù)參數(shù)

表2 SYZX76繩索取芯液動錘鉆進技術(shù)參數(shù)

5.4 繩索取芯液動錘的推廣應(yīng)用

相對繩索取芯鉆探工藝，SYZX（76、96）系列繩索取芯液動錘鉆探工藝，不但具有鉆進效率高、巖礦芯質(zhì)量好、鉆頭壽命長、勞動強度低等優(yōu)點，而且具有廣泛的適應(yīng)性，能適用于鉆進6～9級的中硬層，尤其適應(yīng)10～12級結(jié)構(gòu)致密、顆粒細小、弱研磨性的極堅硬巖石或強研磨性的硬、脆、碎巖石。

5.4.1 繩索取芯液動錘應(yīng)用效果（表3）

表3 繩索取芯液動錘應(yīng)用效果表

5.4.2 繩索取芯液動錘鉆進與普通繩索取芯鉆進使用效果對比（表4）

通過生產(chǎn)實踐證明，同口徑的繩索取芯液動錘與普通繩索取芯鉆相比有如下特點：針對強研磨性的硬、脆、碎地層，臺月效率提高1.64倍，可提高巖芯采取率，延長回次進尺，由1.60m/回次提高至3m/回次。

5.5 沖洗液的選擇和應(yīng)用

在應(yīng)用SYZX型繩索取芯液動錘取芯鉆進中，為避免鉆桿、鉆具和液動錘內(nèi)壁結(jié)垢，應(yīng)盡量采用清水或無固相沖洗液。臨江葦沙河鐵礦區(qū)大部分地層完整且單一，因而選用了無固相沖洗液，但在第四系覆蓋層及破碎、坍塌、掉塊地層，選擇使用了優(yōu)質(zhì)泥漿和PAB無固相沖洗液。

表4 繩索取芯液動錘鉆進與普通繩索取芯鉆進使用效果對比表

5.5.1 第四系覆蓋層及風化層

第四系覆蓋層及風化層即有礫石坍塌層、漏失層，又有粘土縮徑層，且具有造漿功能，選用粘度大、失水量小、攜帶巖粉能力強、護壁性能好的沖洗液，具體配方為：10%～15%優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土+0.25%NaOH+0.3%磺化瀝青+0.3% CMC+0.016%KPAM；若漏失可加入鋸末5kg/m3。

沖洗液性能：密度1.02～1.06g/cm3，粘度30～33s，失水量10～12 mL/30min，pH值為8.5～9。

5.5.2 斷裂破碎帶，蝕變帶地層

礦區(qū)斷裂破碎帶、蝕變帶多，破碎帶膠結(jié)強度不夠，排列疏松，整體表現(xiàn)不穩(wěn)，前期使用的PAM+CMC無固相沖洗液一直存在掉塊、坍塌現(xiàn)象，后采用PAB無固相沖洗，具體配方：PA粉1%～2%，PB粉0.24%。

沖洗液性能：密度1.02～1.06g/cm3，粘度22～24s，失水量6.6～8mL/30min，pH值為7.5。

PA·PB處理劑造價高，約2.5萬元/t，配制1000L該沖洗液其成本360～400元。若全孔循環(huán)使用，浪費嚴重，因此，當鉆穿破碎帶、蝕變帶地層后，便將預(yù)制好的PAB無固相沖洗液泵入該層段，停鉆2～4h后，即可使用PAM+CMC無固相恢復(fù)正常鉆進。

實踐證明，該沖洗液適用于鉆進高嶺土、綠泥石化等蝕變帶，斷層泥與角礫、粉碎狀破碎帶、泥質(zhì)和炭質(zhì)頁巖層、流砂和風化層等復(fù)雜地層，效果較好。

5.5.3 沖洗液配置應(yīng)注意的問題

（1）要購置正規(guī)廠家生產(chǎn)的處理劑，而市場上采購的部分材料達不到規(guī)定性能，如PHP大部分用于污水處理，分子量低且含食鹽。CMC用于房屋裝修，粘度不夠等，因而導(dǎo)致按配方配制，但性能指標達不到理想效果。

（2）鈣膨潤土要預(yù)先浸泡加堿鈉化處理。有機處理劑要先浸泡，并要保證足夠的時間。如PA·PB預(yù)浸泡時間必須大于20h，CMC浸泡時間至少8h等。

（3）處理劑一定要準確計量，依次加入，為避免各處理劑之間阻溶和不理想交聯(lián)而導(dǎo)致絮凝現(xiàn)象，按先無機后有機，先分子量小后分子量大的。

（4）攪拌要充分，各種處理劑之間的交聯(lián)作用必須具備充分的接觸條件，每一種處理劑加入后，至少用攪拌機保持10～15min攪拌。

（5）勤測量。沖洗液循環(huán)使用后，要勤測量并認真記錄，防止其他液體混入，及時檢測性能指標，發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計要求時要及時調(diào)整，確保沖洗液性能穩(wěn)定。

6 結(jié)束語

在臨江葦沙河鐵礦深孔鉆探的施工實踐表明，針對復(fù)雜地層的不同孔段，必須采用合理的鉆進技術(shù)，提高鉆進效率，降低施工成本和孔內(nèi)事故的發(fā)生，通過該礦區(qū)的施工，積累一定的經(jīng)驗，以期對今后的鉆探施工有所指導(dǎo)。

（1）任何鉆探施工都要充分了解礦區(qū)地層、構(gòu)造等地質(zhì)資料，尤其是深孔施工設(shè)計要精、細、全，這是保證施工順利進行的前提。對可能碰到的問題既要預(yù)測全面，又要做好應(yīng)對措施，制定好施工應(yīng)急預(yù)案。

（2）優(yōu)化鉆孔結(jié)構(gòu)，合理選擇鉆進工藝參數(shù)。對破碎孔段采用優(yōu)質(zhì)泥漿鉆進，同時要加強沖洗液的配置和維護是關(guān)系到整個鉆孔成功與否的前提。

（3）針對硬、脆、碎地層，使用繩索取芯液動錘鉆進，充分發(fā)揮新工藝、新技術(shù)的最優(yōu)性能，是提高施工效率和經(jīng)濟效應(yīng)的直接手段，先進的科學(xué)的施工工藝能大大降低事故發(fā)生率，降低施工成本。

[1]柴世剛，等.小秦嶺靈寶金礦田整裝勘查第一深孔鉆探工藝[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2014，41（9）：23-26.

[2]董國明，等.河北省古馬鐵礦深孔巖心鉆探技術(shù)[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2015，42（5）：26-30.

P634.15

B

1004-5716(2016)12-0063-03

2016-03-01

2016-03-10

楊春柳（1976-），男（漢族），吉林永吉人，工程師，現(xiàn)從事探礦（巖土）工程管理與技術(shù)研究工作。