范崇滿，張遠(yuǎn)峰

（1.河南省地礦局第二地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000；2.中鐵十二局集團(tuán)第七工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求也越來(lái)越大。金屬礦產(chǎn)資源短缺嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此滕吉文院士曾經(jīng)在文章中指出，“在高新技術(shù)迅猛發(fā)展和科學(xué)領(lǐng)域不斷進(jìn)步的今天，地球科學(xué)也要不斷的去突破自身已有的框架，尋找自身的發(fā)展道路，即必須進(jìn)行廣泛的深部找礦，不斷的進(jìn)行勘探與開(kāi)發(fā)，以此來(lái)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供動(dòng)力”。本文主要研究了當(dāng)前我國(guó)金屬礦床深孔鉆探技術(shù)中存在的主要問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方案及對(duì)策。

1 金屬礦床深孔鉆探技術(shù)中存在的問(wèn)題

金屬礦床，成因比較復(fù)雜，尤其是后期受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)和成礦作用的影響，造成金屬礦床的力學(xué)性質(zhì)和完整程度差異較大，在鉆探施工過(guò)程中，技術(shù)難度也較大。在進(jìn)行“探邊摸底和攻深找盲”工作對(duì)老礦區(qū)進(jìn)行勘察時(shí)，由于受到前期開(kāi)采工作的圍巖采動(dòng)的影響，使老礦區(qū)的勘察環(huán)境發(fā)生了變化，尤其是老礦區(qū)巖石松動(dòng)、采空區(qū)密布等問(wèn)題嚴(yán)重，這些都加大了鉆探施工的難度。

深孔鉆探不僅需要投入大量的資金，施工中問(wèn)題多施工難度也大，并且在深孔鉆探的過(guò)程中還存在著許多不可預(yù)見(jiàn)性的因素，這些都制約著深孔鉆孔工作的開(kāi)展。而深孔鉆進(jìn)技術(shù)自身也存在著一些問(wèn)題，主要涉及到鉆孔質(zhì)量、防斜和糾斜技術(shù)、鉆探綜合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、硬脆碎地層的取芯技術(shù)、硬巖層的鉆進(jìn)技術(shù)、復(fù)雜地層的堵漏和護(hù)壁技術(shù)、鉆孔結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及鉆探設(shè)備的技術(shù)配套等相關(guān)問(wèn)題。因此，加大對(duì)鉆探技術(shù)的優(yōu)化研究，對(duì)于解決當(dāng)前深部鉆探施工中遇到的技術(shù)問(wèn)題，提高我國(guó)鉆孔施工的質(zhì)量，以及加快地質(zhì)勘查進(jìn)度均有比較重要的意義。

除此以外，由于勘探所設(shè)計(jì)的鉆孔較深，其在施工過(guò)程中所遇到的問(wèn)題也會(huì)較多，與此相對(duì)應(yīng)的施工費(fèi)用也大大增加。依據(jù)我國(guó)2010年試用的《地質(zhì)項(xiàng)目預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)一個(gè)2000米的超深孔進(jìn)行施工，其施工費(fèi)用為491.4萬(wàn)元[1]。

按照當(dāng)前地質(zhì)市場(chǎng)的施工價(jià)格計(jì)算，0m～500m的孔段，一米的鉆探費(fèi)用為500元，超過(guò)500米之后，孔深每增加300米，其鉆探費(fèi)用將提高30%。具體鉆探費(fèi)用的計(jì)算如表1所示。

表1 鉆探費(fèi)用計(jì)算參數(shù)

2 金屬礦床深孔鉆探技術(shù)優(yōu)化對(duì)策

2.1 深孔鉆探施工技術(shù)設(shè)計(jì)

由于深孔鉆探的成本投入較大，所以對(duì)它的期望值也較高。在施工過(guò)程中，要想保障每一個(gè)鉆孔都能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的，就要有一套比較完善的施工技術(shù)方案，就是按照鉆孔來(lái)編制《單孔施工組織設(shè)計(jì)》[2]。設(shè)計(jì)里面要涵蓋所有的施工內(nèi)容，包括設(shè)備與動(dòng)力選擇，礦區(qū)底層條件，巖石物理機(jī)械性質(zhì)，鉆探機(jī)具以及鉆進(jìn)的方法選擇，質(zhì)量與安全措施，鉆孔結(jié)構(gòu)以及技術(shù)套管設(shè)計(jì)，效率與施工進(jìn)度設(shè)計(jì)，沖洗液和鉆進(jìn)參數(shù)，施工組織與管理等。

2.2 鉆孔口徑選擇

普通的金剛石鉆進(jìn)工藝，由于其自身的環(huán)狀間隙較大，在進(jìn)行500～1200米中深孔的施工時(shí)，由于沖洗液循環(huán)的壓頭損失比較低，因此，在常規(guī)的鉆孔口徑系列里使用基本合理。而采取繩索取芯技術(shù)工藝以后，由于繩索取芯技術(shù)工藝環(huán)狀的間隙比較小，致使壓頭的損失增加，因此對(duì)鉆孔級(jí)配也相應(yīng)的提出了新的要求。除此以外，在進(jìn)行2000米深孔施工時(shí)，套管護(hù)壁、泥漿護(hù)壁依然是一個(gè)不可或缺的技術(shù)措施[3]。因此，在對(duì)底層比較復(fù)雜的金屬礦施工時(shí)，鉆孔結(jié)構(gòu)可以按照新規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)推進(jìn)施工順利進(jìn)行。

2.3 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，在施工前，首先要明確鉆孔的終孔口徑，然后在根據(jù)底層復(fù)雜程度、工藝技術(shù)、護(hù)孔方法、沖洗液類型，本著經(jīng)濟(jì)適用原則，以此來(lái)進(jìn)一步確定鉆孔的自身結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行地質(zhì)設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行孔內(nèi)測(cè)井或者采取井中物探方法進(jìn)行試驗(yàn)，除此以外，還要依據(jù)入井儀器的外徑來(lái)進(jìn)一步確定鉆孔最終的終孔口徑，進(jìn)而在依次確定上部鉆孔結(jié)構(gòu)。

2.4 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

與普通淺孔的鉆壓與轉(zhuǎn)速不同，深孔鉆進(jìn)在進(jìn)行施工時(shí)有自己獨(dú)特的鉆壓與轉(zhuǎn)速要求。當(dāng)孔深在0m～800m之間時(shí)，可以采取常規(guī)鉆進(jìn)參數(shù)，而孔深超過(guò)800時(shí)，就要依據(jù)鉆機(jī)的運(yùn)行能力，保持高速轉(zhuǎn)速，其壓力也應(yīng)該按照鉆頭的唇面形狀、巖石力學(xué)性質(zhì)以及可鉆性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，而泵量也要依據(jù)鉆進(jìn)效率與環(huán)狀間隙進(jìn)行適度的調(diào)節(jié)。

2.5 開(kāi)展深孔鉆進(jìn)技術(shù)攻關(guān)活動(dòng)

由于深孔鉆探的投入較大，并且風(fēng)險(xiǎn)較高，周期較長(zhǎng)。在施工過(guò)程中可能會(huì)遇到許多從未遇到過(guò)的新問(wèn)題，為此，施工單位要適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合鉆孔的具體情況來(lái)組建一個(gè)專業(yè)的鉆探技術(shù)攻關(guān)小組，以此來(lái)解決施工過(guò)程中遇到的種種問(wèn)題，保障施工的順利進(jìn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的探討分析可以了解到，當(dāng)前我國(guó)金屬礦床深孔鉆探技術(shù)中仍然存在著許多問(wèn)題，但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，金屬礦床深孔鉆探技術(shù)中的問(wèn)題也在逐漸的得到解決。金屬礦床深孔鉆探技術(shù)的研究需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，它仍然需要我們繼續(xù)深化研究與探索。