李洪鶴， 毛益林

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六七大隊(duì)，江西 九江 332000)

1　礦區(qū)概況

1.1　地理交通條件

云南省芒市上芒羊石山金礦位于西南三江地區(qū)中南段，北起潞西市三臺(tái)鄉(xiāng)，南止瑞麗市畹町鎮(zhèn)。勘查區(qū)地處云南的怒江以西地區(qū)，屬典型高原地貌，屬中等切割的中山區(qū)。最大高程1501.60 m、最低高程793.10 m，相對(duì)高差708.50 m。區(qū)內(nèi)周邊有國(guó)道和高速公路，交通方便，用水、用電較為方便。

1.2　礦區(qū)地層

1.2.1勘查區(qū)地層

勘查區(qū)地層由二疊系下統(tǒng)沙子坡組及侏羅系中統(tǒng)勐戛組、柳灣組，上統(tǒng)弄坎組組成。

沙子坡組(P1s)：該組呈北東向長(zhǎng)條狀分布，縱貫全區(qū)。主要巖性為白云巖，次為白云巖夾灰?guī)r及泥砂質(zhì)灰?guī)r—白云巖。

勐戛組(J2m)：分布范圍與沙子坡組相同(北東向縱貫全區(qū))，與下伏沙子坡組為平行不整合至微角度不整合，接觸面為凸凹不平的古巖溶面。主要巖性為砂質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)—泥質(zhì)粉砂巖夾少量泥灰?guī)r透鏡體，白云質(zhì)灰?guī)r、泥砂質(zhì)灰?guī)r夾粉砂巖，頁(yè)巖、細(xì)砂巖，泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖夾泥質(zhì)灰?guī)r透鏡體。

柳灣組(J2l)：上部為薄—中厚層狀含泥質(zhì)生物介殼灰?guī)r；下部為頁(yè)巖、砂質(zhì)夾泥質(zhì)灰?guī)r，底部偶見(jiàn)礫巖。

弄壩組(J2n)：巖性為頁(yè)巖、砂巖及砂礫巖。

1.2.2勘查區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

勘查區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育。龍陵—瑞麗大斷裂往東南7 km距離內(nèi)發(fā)育6條北東向次級(jí)斷層，這些斷層均呈北東—南西走向，延伸都達(dá)20 km以上。除上芒崗斷層上部較緩，其余斷層傾角都較陡，微向西傾。斷裂破碎帶寬度都在十幾米以上，由壓扁透鏡體、石香腸、碎裂巖、構(gòu)造角礫巖、糜棱片巖帶組成。這些斷裂主要微壓扭性右旋平移走滑性質(zhì)。

2　鉆孔設(shè)計(jì)和施工計(jì)劃

鉆孔開(kāi)孔前需對(duì)照地質(zhì)組提供的鉆孔柱狀圖的巖層、深度等信息來(lái)設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)施工圖，為鉆探施工提供依據(jù)。施工單位應(yīng)根據(jù)鉆孔結(jié)構(gòu)施工圖預(yù)估復(fù)雜地層下套管深度和各層位的泥漿護(hù)壁處理辦法，并編制事故的應(yīng)急處理方案，確保鉆探施工的順利進(jìn)行。鉆孔設(shè)計(jì)如下。

(1)鉆孔深度500～700 m，鉆孔26個(gè)，工作量14000 m，方位角135°，頂角0°和15°，視鉆孔地層層位變化和見(jiàn)礦情況適當(dāng)調(diào)整加深孔深。

(2)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)孔孔徑≮130 mm，上部覆蓋層和破碎巖層孔徑110 mm，孔深350 m之內(nèi)口徑≮95 mm，終孔口徑≮75 mm。鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)(圖1)。

圖1　鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(3)鉆探六項(xiàng)指標(biāo)符合地質(zhì)要求，強(qiáng)調(diào)覆蓋層采取率≮85%，礦層和礦化帶地段采取率≮90%。

(4)施工計(jì)劃要求安排鉆機(jī)4臺(tái)(XY-4型鉆機(jī)2臺(tái)、XY-44型鉆機(jī)2臺(tái))，2014年4月開(kāi)始鉆探工作，2014年10月28日結(jié)束野外作業(yè)。

3　施工中存在的問(wèn)題

在承接任務(wù)的起初，我們采用的是常規(guī)硬質(zhì)合金及金剛石單管鉆進(jìn)施工工藝，用?130 mm開(kāi)孔，鉆穿覆蓋層后，下入?127 mm孔口管，再用?110 mm普通金剛石鉆進(jìn)等工藝，由于巖層傾斜，地層破碎，沖洗液漏失嚴(yán)重，致使我們?cè)谠摰V區(qū)施工中遇到諸多問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面。

(1)勘查區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，巖體陡斜，軟硬互層變化頻繁，鉆孔在0～200 m容易偏斜。

(2)上部覆蓋層和風(fēng)化巖層及礦層，?110 mm單管鉆進(jìn)巖心采取率低，不能滿(mǎn)足地質(zhì)要求，用HQ95繩索取心鉆具鉆進(jìn)，又需要擴(kuò)孔至?110 mm口徑，鉆孔及擴(kuò)孔重復(fù)交替施工，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，鉆進(jìn)效率低，且?108 mm護(hù)壁套管較難下入理想的位置。

(3)巖石破碎，裂隙發(fā)育，鉆孔沖洗液漏失嚴(yán)重，采用水泥漿封堵待凝時(shí)間長(zhǎng)，而且封一段鉆一段，效率還是不高，不能滿(mǎn)足施工進(jìn)度要求。

(4)巖石破碎，掉塊卡鉆，鉆孔坍塌、埋鉆事故頻發(fā)。

4　組合雙管繩索取心鉆具的制作及應(yīng)用

4.1　組合雙管變徑接手的制作及應(yīng)用

如何突破這一施工難題，解決0～200 m這一“瓶頸”地層，成了該工程能否成功的關(guān)鍵。現(xiàn)場(chǎng)鉆探技術(shù)人員在困難面前及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原有鉆探工藝進(jìn)行調(diào)整，對(duì)鉆具進(jìn)行大膽構(gòu)思和創(chuàng)新改進(jìn)，經(jīng)反復(fù)摸索實(shí)踐，通過(guò)不斷嘗試，我們?cè)O(shè)計(jì)制作出一個(gè)組合雙管變徑接手，即將3個(gè)聯(lián)結(jié)在一起的?95 mm繩索取心鉆桿接手與切割改造的?108 mm套管接箍組合在一起，通過(guò)焊接方式連接，組成一個(gè)雙管變徑接手(見(jiàn)圖2)。

圖2　組合雙管變徑接手

這個(gè)組合雙管變徑接手是組成組合雙管繩索取心鉆具的關(guān)鍵部件，其作用是把?110 mm單管鉆具和HQ95繩索取心鉆具組合在一起，外層為?110 mm單管鉆具，里層為HQ95繩索取心鉆具，使鉆孔和擴(kuò)孔通過(guò)組合得以同時(shí)進(jìn)行，里層HQ95繩索取心鉆具稍超前于?110 mm單管鉆具，其主要功能是鉆進(jìn)取心，提高巖心采取率，而外層?110 mm單管鉆具所使用的是薄壁金剛石鉆頭，能較好地切削巖體，控制進(jìn)度，其主要功能是擴(kuò)孔和護(hù)孔，這樣一是避免了單純使用繩索取心鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆孔坍塌、掉塊，安裝?108 mm套管時(shí)不斷重復(fù)掃孔、擴(kuò)孔的過(guò)程，有效地縮短了工作時(shí)間；二是HQ95繩索取心鉆具在?108 mm外管的保護(hù)下能更好地進(jìn)行鉆進(jìn)取心作業(yè)，提高了上部地層的巖心采取率；三是能有效地保護(hù)繩索取心鉆具的安全，提高成孔機(jī)率，降低廢孔風(fēng)險(xiǎn)，即使出現(xiàn)卡鉆事故，也可以留置?108 mm管在孔內(nèi)作護(hù)壁套管，繩索取心鉆具照樣能安全提升，繼續(xù)鉆進(jìn)；四是由于組合雙管繩索取心鉆具的剛度、質(zhì)量大幅增加，有效地控制了鉆孔偏斜，提高了鉆孔質(zhì)量。

4.2　鉆具制作注意事項(xiàng)

(1)在采用焊接法加工組合雙管變徑接手時(shí)要求保證內(nèi)孔和外絲有較高的同心度，即?108 mm套管接箍?jī)?nèi)孔與鉆桿接手之間有較小的間隙配合，焊接時(shí)不能產(chǎn)生變形和扭曲，以保證?110 mm單管鉆具和HQ95繩索取心鉆具的同心度。

(2)要保證焊接部位牢固。在現(xiàn)場(chǎng)要求具有較好焊接水平的人員進(jìn)行焊接，焊接時(shí)應(yīng)做好各部位的冷卻處理工作，保證各部件不因焊接高溫產(chǎn)生脆變，影響使用效果或產(chǎn)生脫焊、扭斷等事故發(fā)生。

(3)?110 mm單管鉆頭與HQ95繩索取心鉆頭配合間隙不宜過(guò)大或過(guò)小，一般控制在超前9～10 mm，這樣能保證鉆進(jìn)過(guò)程中邊打邊擴(kuò)，鉆孔和擴(kuò)孔同時(shí)進(jìn)行既有利于保證鉆孔的同心度，又利于鉆頭的冷卻和排除巖屑。

(4)?110 mm單管鉆頭具有鉆孔和擴(kuò)孔作用，但主要作用是擴(kuò)孔，所以?110 mm單管鉆頭選用胎體硬度HRC35～40，金剛石濃度65%～80%的薄壁鉆頭。?110 mm單管鉆具選用厚壁鋼管，保證其材質(zhì)的剛度。

(5)設(shè)計(jì)加工組合雙管繩索取心鉆具務(wù)必保持精準(zhǔn)的同心度，保證主動(dòng)鉆桿、HQ95繩索鉆桿、組合雙管鉆具三者在一條軸心線上。

4.3　鉆探操作技術(shù)要求

(1)上部覆蓋層和不穩(wěn)定地層，?130 mm開(kāi)孔，采用干鉆或控制泵量保濕狀態(tài)鉆進(jìn)，保證巖心采取率85%以上。

(2)安裝好第一級(jí)?127 mm套管后，做好孔口封閉工作，然后直接采用?110 mm—HQ95組合雙管繩索鉆具鉆進(jìn)，要求開(kāi)孔時(shí)一律采用全新?110 mm鉆頭、?95 mm鉆頭和擴(kuò)孔器，避免后期更換鉆頭掃孔現(xiàn)象，鉆具入孔前應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)檢查各部件的連接、鉆桿和內(nèi)管彎曲和磨損量、鉆頭配合間隙及牢固程度。

(3)組合雙管繩索取心鉆具入孔前，應(yīng)配制好鉆孔沖洗液，首先進(jìn)行鉆孔沖冼，待孔內(nèi)干凈后再觸底輕掃，不可一桿到底加壓鉆進(jìn)，避免鉆頭損壞。

(4)掃孔接觸新層面后，開(kāi)始應(yīng)輕壓慢速鉆進(jìn)，保證鉆孔的方位和頂角不偏斜。

(5)隨著鉆孔深度不斷增加，可適當(dāng)調(diào)整鉆進(jìn)壓力和鉆進(jìn)速度?？紤]該礦區(qū)淺部地層較破碎，沖洗液漏失嚴(yán)重，鉆進(jìn)速度不宜過(guò)高。

(6)鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀察鉆進(jìn)進(jìn)尺變化，熟悉掌握各巖層分布規(guī)律，把控好巖心采取率，當(dāng)鉆進(jìn)速度過(guò)快時(shí)應(yīng)立即提內(nèi)管取心觀察，若巖心采取率偏低，應(yīng)減少泵量，縮短鉆進(jìn)進(jìn)尺，避免盲目快速而漏失地層。當(dāng)鉆進(jìn)緩慢或不進(jìn)尺時(shí)也應(yīng)立即提內(nèi)管取心觀察，分析清楚原因后再下鉆施工，避免巖心堵塞而造成巖心磨損，禁止鉆進(jìn)緩慢時(shí)上下倒桿行為。

(7)當(dāng)鉆進(jìn)至穩(wěn)定地層后，安裝?108 mm套管，做好孔口和孔底的封閉工作，改用HQ95繩索鉆具鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程盡量保證三級(jí)口徑終孔。

4.4　沖洗液的選擇和使用

(1)前期沖洗液采用粘土粉、燒堿、水混合配制，在前期施工護(hù)壁堵漏效果不佳。

(2)后期沖洗液改進(jìn)為腐植酸鉀、聚丙烯酰胺、鈉羧基纖維素和低熒光防塌劑等混合性泥漿，泥漿配方為：1 m3基漿+2.4 kg腐植酸鉀+0.8 kg聚丙烯酰胺+4 kg鈉羧基纖維素+3 kg防塌劑。泥漿性能參數(shù)為：密度1.08 g/cm3、粘度38 s、pH值9.0、失水量4 mL/30 min。保證鉆孔內(nèi)液柱壓力和孔外壓力平衡或大致相當(dāng)。其比例根據(jù)孔深、地層、地段變化而變化。

(3)做好泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置、凈化工作，根據(jù)沖洗液漏失情況，及時(shí)補(bǔ)充新鮮泥漿，始終保持泥漿含砂率較小，具有一定的粘度、稠度。規(guī)定孔深到達(dá)一定深度時(shí)，每鉆進(jìn)100 m，必須徹底更新泥漿。

(4)鉆孔提下鉆要?jiǎng)蛩偬嵘?，?yán)格控制提鉆下鉆速度和加速度，防止產(chǎn)生“激動(dòng)”和抽吸現(xiàn)象，造成孔壁破壞。提鉆同時(shí)及時(shí)增補(bǔ)沖洗液，保持孔內(nèi)壓力。

(5)對(duì)于漏失嚴(yán)重地段，每鉆進(jìn)一個(gè)回次，選用聚丙烯酰胺、低熒光防塌劑、谷殼、木屑高濃度混合，采用沿鉆桿傾倒一定量后靜置1 h左右，開(kāi)始鉆進(jìn)?？s短了封孔等待和掃孔時(shí)間。這個(gè)階段一定要注意泥漿泵的維護(hù)保養(yǎng)工作。

5　鉆具改進(jìn)后效益分析及對(duì)比

5.1　時(shí)間參數(shù)對(duì)比

前期施工ZK1126、ZK1127孔，設(shè)計(jì)孔深分別為580 m和620 m，其中15～160 m，采用?110 mm單管鉆具鉆進(jìn)，耗費(fèi)時(shí)間為19 d和22 d，終孔施工累計(jì)時(shí)間分別52 d和56 d，且?guī)r心采取率低，為補(bǔ)取巖心，這2個(gè)孔還分別補(bǔ)鉆80 m和100 m。ZK1231、ZK1208設(shè)計(jì)孔深分別為630 m和650 m，其中15～200 m，采用組合雙管繩索取心鉆進(jìn)，施工時(shí)間為8 d，終孔施工累計(jì)時(shí)間分別39 d和40 d。鉆進(jìn)效率對(duì)照詳見(jiàn)表1。

表1　鉆進(jìn)效率對(duì)照

5.2　經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

使用組合雙管繩索取心鉆進(jìn)鉆孔在孔深0～200 m區(qū)段每米節(jié)約成本為:鉆孔沖洗液32元/m,動(dòng)力(柴油電)16元/m，人工費(fèi)5元/m，材料損耗及機(jī)械事故處理費(fèi)15元/m，合計(jì)節(jié)約68元/m，單孔可節(jié)省成本13000多元。

5.3　地質(zhì)參數(shù)對(duì)比

(1)使用組合雙管繩索取心鉆進(jìn)的鉆孔頂角和方位角全部符合地質(zhì)找礦要求。

(2)采用?110 mm單管鉆具鉆進(jìn)巖心采取率只有70%～80%，有的甚至不達(dá)標(biāo)，使用組合雙管繩索取心鉆進(jìn)巖心采取率93%以上，該礦區(qū)找礦成果顯著，鉆探工藝得到了業(yè)主認(rèn)可，探礦工程得到了良好的延續(xù)。

6　結(jié)語(yǔ)

(1)組合雙管繩索取心鉆具是在不斷總結(jié)過(guò)去失敗經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研制而成的，在該項(xiàng)目復(fù)雜破碎地層的鉆進(jìn)中起到了很好的效果，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

(2)組合雙管繩索取心鉆具加工的關(guān)鍵是組合變徑接手。但由于該接手的加工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，在野外也能自主加工，具有較強(qiáng)的操作性。

(3)組合雙管變徑接手取材容易，用現(xiàn)成的?95 mm繩索取心鉆桿接手和?108 mm套管接箍加工即可，成本相對(duì)低廉，成效顯著，具有一定的推廣示范作用。

(4)組合雙管繩索取心鉆具的應(yīng)用，增大了鉆孔與鉆桿之間環(huán)狀間隙，減少了鉆進(jìn)時(shí)鉆桿對(duì)孔壁的破壞，同時(shí)有利于沖洗液流動(dòng)，排除巖粉巖渣干凈，從而減少了掉塊卡鉆，鉆孔坍塌、埋鉆事故。

(5)組合雙管繩索取心鉆具的應(yīng)用，降低了材料成本，鉆機(jī)臺(tái)效得到明顯提高，提高了巖心采取率，找礦成果明顯提高，孔斜也得到較好的控制，既滿(mǎn)足了地質(zhì)技術(shù)要求，又產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。