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 長沙 410000）

鉆探工藝是大型金屬礦開采最重要的技術(shù)手段之一，也是礦產(chǎn)資源開發(fā)效率的主要保證。相比較一般的金屬礦區(qū)，多金屬礦區(qū)地層大多更為堅(jiān)硬且礦區(qū)開采環(huán)境復(fù)雜，制約因素較多，施工隊(duì)地層進(jìn)行鉆探工作也具有更高難度。必須設(shè)計(jì)一種多金屬礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探施工方法，應(yīng)對多金屬復(fù)雜地區(qū)地層鉆探工作。

對此以河南省某多金屬施工礦區(qū)為研究對象，設(shè)計(jì)多金屬礦區(qū)復(fù)雜地形施工鉆探方法。首先對研究礦區(qū)進(jìn)行實(shí)際綜合性分析，獲取主要開采問題。針對獲取的分析結(jié)果，對施工隊(duì)所用的鉆探設(shè)備和鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，提高鉆探設(shè)備對堅(jiān)硬地層的掘進(jìn)效率[1]。

1 多金屬礦區(qū)鉆探問題分析

經(jīng)過探究可以確定，該礦區(qū)地層褶皺及斷裂構(gòu)造發(fā)育較為完全，地層褶皺構(gòu)造對礦體控制作用明顯，內(nèi)部斷裂層結(jié)構(gòu)對目標(biāo)研究礦區(qū)具有一定的破壞作用。

因?yàn)榈V區(qū)整體處于傾斜構(gòu)造帶中，所以內(nèi)部地質(zhì)起伏波動較大。經(jīng)過實(shí)際勘測，礦區(qū)軸面略向西部傾斜，傾斜角度大約在48°左右。

礦區(qū)整體呈內(nèi)部斷裂發(fā)育，綜合走向?yàn)镹EE、NW、NNE三組。其中NNW方向最為明顯，主要露出兩條斷裂層，對礦區(qū)影響挫動較大。利用三維影像儀，對礦區(qū)各層結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維掃描，其主要問題分析如下：礦區(qū)表層第四系和表面強(qiáng)風(fēng)化巖層整體膠結(jié)性較差，因?yàn)榈V體種類較多所以全區(qū)結(jié)構(gòu)分散。

在實(shí)際鉆進(jìn)操作中很容易發(fā)生垮塌、掩埋以及擠鉆事件；礦區(qū)褶皺和斷裂層發(fā)育完善，礦區(qū)碎裂帶較多，巖石層破碎狀態(tài)明顯，裂隙發(fā)育較差，很容易發(fā)生垮塌、掉塊、漏水包括憋水等現(xiàn)象。礦層上部普遍存在堅(jiān)硬的表皮結(jié)構(gòu)，表面硅化強(qiáng)烈，硬度較大，鉆進(jìn)較為困難，整體屬于最典型的的硬、脆、碎地形。對此，必須合理開發(fā)鉆探技術(shù)。

2 多金屬礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探方法設(shè)計(jì)

2.1 鉆探設(shè)備及鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了應(yīng)對復(fù)雜地形，設(shè)備整體選用XY-57型和XY-15型軸立礦區(qū)巖芯鉆機(jī)。泥漿泵選擇為SG-15型四角直角塔裝結(jié)構(gòu)。電機(jī)功率為15kw左右。

繩索轎車選擇JSJ-1500絞索車結(jié)構(gòu)，繩索取心鉆桿。由于目標(biāo)研究礦區(qū)巖石層破碎狀態(tài)明顯，裂隙發(fā)育較差，很容易發(fā)生垮塌、掉塊且礦層堅(jiān)硬打滑等問題。為了解決這一問題，保證鉆探設(shè)備正常運(yùn)行，決定使用下屬鉆孔結(jié)構(gòu)，具體參數(shù)下：

180毫米口徑作為開孔口，鉆頭覆蓋層下入距離為145毫米，外部包裹孔口套管。利用110毫米口徑鉆頭直接開孔，鉆入覆蓋層下方108毫米處，進(jìn)行套管。中間包口為130毫米口徑，為鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的特殊情況保留控制空間。利用95毫米口徑的繩索鉆直接鉆入到礦區(qū)200米后，入89毫米套管，最后用77毫米繩索鉆一直鉆到終孔，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 鉆進(jìn)工藝程序設(shè)計(jì)

在實(shí)際操作時，開工采用180毫米合金制或者復(fù)合片空心鉆頭，鉆進(jìn)距離為0到20m，下入145毫米套管為孔口管。為了避免硬質(zhì)的核心鉆頭與套管產(chǎn)生劇烈摩擦而導(dǎo)致鉆頭損壞，可以采用胎式復(fù)合片進(jìn)行鉆頭隔離，等到鉆頭穿過礦床風(fēng)化層后，再進(jìn)行套管操作。根據(jù)該礦區(qū)傳統(tǒng)地層資料，其200米以下的礦層裂隙破碎帶發(fā)育完善，且伴有極強(qiáng)的掉塊現(xiàn)象，危險性較高，所以為了保證鉆進(jìn)效率，直接選用95毫米繩索取芯工藝鉆，取250米左右距離，隔離上部破碎帶，減少礦區(qū)掉塊發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，該礦區(qū)表面第四系露出面積較大，礦層堆積物結(jié)構(gòu)及其松散，覆蓋層膠結(jié)性極差，礦層取芯困難。

但是我國地質(zhì)技術(shù)要求施工隊(duì)取芯率必須小于65%，所以需要采用150毫米硬質(zhì)核心復(fù)合片進(jìn)行低速滿轉(zhuǎn)，通知鉆取壓力采用泥漿鉆進(jìn)。泥漿混合材料選用膨潤土水和火堿的混合物，采用比例結(jié)構(gòu)為75:20：5.當(dāng)鉆進(jìn)設(shè)備鉆進(jìn)到礦區(qū)砂礫巖層時，如果出現(xiàn)泥漿側(cè)漏包括坍塌現(xiàn)象，可以在孔內(nèi)添加泥球，提高泥漿性能，保證孔壁的穩(wěn)定性[2]。

3 結(jié)語

以河南某多金屬礦區(qū)為研究對象，設(shè)計(jì)了地層鉆探施工方法，先對礦區(qū)復(fù)雜地形進(jìn)行實(shí)際考量分析，明確目標(biāo)礦層主要開采問題。根據(jù)開采問題，對鉆探施工隊(duì)所用鉆探設(shè)備和鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

針對覆蓋層鉆進(jìn)、風(fēng)化層鉆進(jìn)的鉆探施工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，并通過使用廣譜護(hù)爐劑、低粘增效粉以及改性瀝青制備低相泥漿提高鉆進(jìn)效率。通過實(shí)際考量可以確定，設(shè)計(jì)的施工方法具有實(shí)際推廣價值。