劉立鵬

吉林省有色金屬地質勘查局六0三隊，吉林 延吉 133000

0 引言

隨時科技的進步，鉆探技術領域相關理論和技術研究日新月異，黑龍江省嫩北農場金桐礦普查本著理 論與實踐相結合，通過普查找礦，為后期圈定礦體范圍和評價質量提供直觀線索，同時鉆探技術為能夠適應市場的需要與變革靈活打下長遠的基礎。

1 工程概況

1.1 勘查區(qū)交通位置

黑龍江省嫩北農場金銅礦區(qū)位于嫩江縣北部門魯河—嫩北農場一帶。嫩江縣有至多寶山鎮(zhèn)鐵路和至多寶山鎮(zhèn)、呼瑪縣的兩條公路穿過嫩北農場工作區(qū),交通較方便。

1.2 區(qū)域地質概況

工作區(qū)位于小興安嶺西坡與松嫩平原過渡地帶；大地構造位置屬興安嶺－內蒙地槽褶皺區(qū)大興安嶺地槽褶皺系罕達氣優(yōu)地槽褶皺帶罕達氣斷褶東、座虎灘凹陷。地質上位于晚元古代新開嶺隆起與加里東期島弧區(qū)銜接部和中生代座虎灘火山—沉積盆地西部邊緣構造疊合部位；區(qū)域成礦上位于罕達氣-紅葉家銅、金成礦帶的西南段。

普查區(qū)所處的隆—拗構造疊加部位，由基底和白堊紀火山—沉積蓋層構成。

1.2.1 區(qū)域構造

大地構造位置屬興安嶺－內蒙地槽褶皺區(qū)大興安嶺地槽褶皺系罕達氣優(yōu)地槽褶皺帶罕達氣斷褶東、座虎灘凹陷。

區(qū)內褶皺、斷裂構造較為發(fā)育，褶皺見北東向的背、向斜，斷裂可分為東西、南北、北東、北北東、北西向。區(qū)域上，基底褶皺、斷裂、韌性變形構造帶以北東向為主，北北東向次之。北東向構造控制了上元古界—下寒武統(tǒng)大網(wǎng)子組（Pt3—?1d）及古生代巖漿活動，構造形態(tài)褶皺、斷裂均較發(fā)育；北北東向構造控制著嫩北拗陷盆地及白堊系的巖漿活動。南北向、東西向構造以斷裂為主。

2 鉆探目的和技術要求

2.1 鉆探目的

利用前期物、化探勘查手段，對勘查區(qū)塊內的金、銅礦找礦靶區(qū)繼續(xù)開展普查工作，大致查明工作區(qū)地質成礦條件、主要控礦構造帶分布規(guī)律、礦化蝕變帶分布特征。以鉆探方法對已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金礦（化）體和重點物探異常進行控制和驗證，大致查明礦體數(shù)量、規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀及品位變化特征，擴大礦體規(guī)模。加強成礦規(guī)律的綜合研究，對該區(qū)找礦潛力做出總體評價，為進一步勘查工作提供依據(jù)。

2.2 鉆探技術要求

必須要基于以下幾點要求進行施工，即：（1）巖礦芯鉆探、采取率以及巖礦芯管理

在選擇鉆孔時，其終孔的孔徑應高于75 mm。針對礦體、礦化帶以及含礦層位來說，采取率必須要超過85%，在頂?shù)装宓母?～5米標準內，巖心的采取率應超過75%，對于全孔巖礦芯而言，采取率則需要超過70%。實際上，在施工的過程中，機長負責管理鉆孔巖礦芯，在施工完成之后，將其交付于項目小組進行管理。在該項目竣工后，將其運回至巖心庫內儲存，不可出現(xiàn)減少。

（2）測量鉆孔彎曲度

在進行鉆探時，或者實現(xiàn)終孔之前，應基于相關的測量規(guī)定，對鉆孔的頂角以及方位角進行精準測量，進而明確其在深部所處的方位。在對其彎曲度進行測量時，建議在開孔50米進行一次測量，之后可以每100米進行一次測量。與此同時，必須要對彎曲度進行合理控制，應達到每一百米不超過1°鉆孔方位角偏斜距離的允許范圍不能超過勘探線間距的五分之一。

（3）校正孔深

在進行校正孔深的過程中，應與測斜同步進行，測量鉆桿的誤差是：1/千。每當鉆進一百米或者在重要礦體等應用鋼卷尺對鉆具進行測量，對其孔深進行驗證后所產(chǎn)生的誤差不可高于0.001%。所應用的鉆具一般均為鋼尺，在進行校正時，一般分成兩個階段，即下鉆前與提鉆后，誤差不可高于0.1 m，不然則需要重新操作，若是誤差超過0.2 m，則需要了解出現(xiàn)問題的原因，及時改正錯誤。

（4）簡易水文觀測

每班在對水位進行觀測時，至少要1～2回次。在此過程中，下鉆前與提鉆后對水位進行測量，間隔為5 min。在鉆進時將會面臨很多情況，包括涌水、漏水、涌砂以及掉塊等，這時候必須要正確計入其深度。

（5）原始資料以及班報表

在進行鉆探時所產(chǎn)生的原始記錄尤為關鍵，能夠使整個施工流程得到全面反映，同時也是制作地質報表必不可少的重要組成部分，是對生產(chǎn)技術進行分析的基本材料，也可以為今后各項工作的展開提供有力參考。對于原始表來說，應符合以下幾項標準，即：及時性、準確性、有效性以及整潔性。必須要在施工現(xiàn)場及時錄入，由機長進行簽字，完成終孔之后對其進行整理。

（6）封孔

在施工建設期間，若想進行終孔、封孔施工，則需要由相關負責人簽訂通知書方可開展；完成終孔后，全部所鉆孔都應該依照流程而實現(xiàn)封孔處理。在通知書中應明確各個鉆孔的封孔段范疇以及技術要求等。

3 施工難點及鉆孔情況

3.1 施工難點

（1）地層上部第四系覆蓋層較松散，為砂巖、含礫砂巖、泥巖、含礫泥巖、硅藻泥，礫石粒徑大小不一，膠結松散，在進行鉆進時，極易在礫石層出現(xiàn)坍塌以及漏失的情況，并且在砂土中也容易出坍塌，在粘土中則容易出現(xiàn)縮徑套管無法提起等情況。

（2）通過對礦區(qū)巖層進行分析，其具有極高的強度與硬度，可鉆性級別為10～11級，所具有的石英含量比較高，研磨性相對比較差，在進行鉆進操作時，打滑情況十分常見，特別是在鉆遇到花崗閃長巖、二長花崗巖、石英巖易出現(xiàn)卡鉆等情況。

（3）在進行鉆進施工時，如果在蝕變帶以及構造破碎帶條件下進行，巖石的軟度與硬度不均勻，結構的穩(wěn)定性較差，孔壁出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，極易出現(xiàn)卡鉆等情況。

3.2 鉆孔情況

根據(jù)激電測深異常電阻率高阻確定鉆孔施工位置，地質效果向兩側或深部展開，控制礦體延深、產(chǎn)狀。直孔鉆進，開孔直徑110 mm，終孔直徑75 mm，開孔傾角90o,設計鉆探300～1 000 m。

4 鉆進設備及工藝

4.1 鉆進設備

通過對該礦區(qū)鉆孔進行分析后可知，其設計深度一般介于300～1 000 m這一范圍內，所應用的鉆機是XY-4型（配45kw電動機）和 XY-6B型（配75 kw電動機），XY-4泥漿泵沖洗液泵為BW-125型（配15 kw電動機），鉆塔SGX-12.5型鉆塔型鉆塔，SJ-1繩索絞車，XY-6B泥漿泵沖洗液泵選擇應用的是 NBB-260/7 型，鉆塔選擇應用的是SGZ-23 型，擰管機、攪拌機等。設備組成表見圖（表1）

4.2 鉆孔結構

（1）0～6.00 m,110 mm鉆具施工，下108 mm套管，保證上部地層穩(wěn)定.

（2）6.00～30.00 m,用91 mm鉆具施工，下飽89 mm套管，對含水層以及坍塌區(qū)域起到保護作用。

（3）30.00 m-終孔，選擇應用S75繩索取芯方法進行處理，飽75 mm鉆具施工，鉆頭成孔。

4.3 鉆探工藝

4.3.1 鉆機工作原理

巖心鉆機基本原理：借助動力機械動力，帶動鉆具破碎巖石，向地殼鉆進的過程。工作區(qū)以XY-4為例，鉆機基本構成及功用見圖（表2）。

4.3.2 鉆進參數(shù)的選擇

（1）鉆壓的選擇

在進行鉆進施工時，當鉆壓提升后，金剛石的磨損量也會隨之顯著上升。通過對繩索取心鉆頭胎體壁進行分析后可知，與常規(guī)鉆頭相比要更厚2 mm，所以對于繩索取心鉆進環(huán)狀克取面積來說，與普通的取心鉆進顯著提升了10%不止。在該孔中，所應用的為孕鑲金剛石鉆頭，基于地層的真實狀況進行考慮，正?？纂A段75 mm口徑鉆壓選擇為11～14 KN。

（2）鉆頭參數(shù)

在選擇鉆頭時，應基于地層狀況考慮，采用直徑與胎體硬度符合標準的金剛石鉆頭，進而提升其應用年限與運行效率。通過對第四系覆蓋層進行分析后發(fā)現(xiàn)，其可鉆性等級相對比較低，所采用的金剛鉆頭一般為胎體硬度HRC40-50，且粒度大約 50 ，提升其鉆探進尺。針對硬度較高的二長花崗巖、花崗閃長巖、石英巖等，巖石具有一定的可鉆性，且等級比較高，能夠應用的金剛石鉆頭應滿足這一要求，即胎體硬度 HRC25-35、粒度達到80目。胎體的硬度適當，底端則極易出刃，進而使鉆進效率得到顯著提升。當孔徑存在差異時，所應用的鉆頭直徑必須要高于常規(guī)直徑，通常情況下，在進行操作時，飽115 mm鉆頭和飽110 mm鉆頭的適配性比較高；飽104 mm 鉆頭和飽89 mm 鉆頭的適配性比較高；飽78 mm鉆頭與飽75 mm鉆頭的適配性比較高。對于環(huán)狀間隙來說，必須要對其進行科學設定，這樣一來則可對鉆進效率的提升產(chǎn)生有利影響，同時也便于套管下入。從某種程度上來看，也可產(chǎn)生防止孔壁縮徑等孔內故障的情況，與此同時起下鉆也會更加順利。金剛石鉆頭磨損情況分析見圖（表3）

表 1 設備組成Table 1 Equipment composition

表 2 鉆機基本構成及功用Table 2 Basic structure and function of drilling rig

（3）轉速的選擇

在進行操作的過程中，轉速將會對繩索取心金剛石的鉆進速度產(chǎn)生決定性影響，必須要對轉速進行合理把控，不管是太快還是太慢，均會產(chǎn)生很多不利因素。針對孕鑲金剛石鉆頭而言，一般其圓周線轉速介于1.5～3 m/s這一標準內即可，針對表鑲金剛石鉆頭來說，一般介于 1～2 m/s這一標準內比較適當。結合實際狀況進行考慮，這一孔飽75 mm的轉速是500～800 r/min飽91 mm 轉速則是400～700 r/min.

4.4 沖洗液的配置和要求

4.4.1 適當?shù)拿芏?/p>

在施工期間，如果鉆開了地層，地應力將會得到釋放，對于孔內沖洗液來說，其在孔壁的壓力產(chǎn)生作用，對所鉆巖層之前對孔壁巖石的壓力產(chǎn)生了取代作用，使地層與之前應力的均衡受到了破壞，導致孔壁四周應力的分布結構發(fā)生變化，為了提高地層的穩(wěn)定性，必須要應用適當?shù)臎_洗液而致使孔內沖洗液柱和地層壓力之間呈現(xiàn)為均衡狀態(tài)，進而避免圍巖對孔壁產(chǎn)生過多壓力，致使坍塌現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.4.2 有較好的護壁防砂性能

通過選擇應用聚合物低固相沖洗液進行操作后，能夠使井壁的穩(wěn)定性得到顯著提升，效果較佳。選用的聚合物具有一定的抑制性，能夠對井壁巖粉與粘土的分散與吸水膨脹顯著得到有效抑制。若想提高攜砂排砂效果，則必須要具備以下幾個條件，即：東茄梨比較高、塑料粘度比較低、粘度政正常，其具有多種優(yōu)勢特征，包括潤滑性以及流變性較佳等。

4.4.3 沖洗液配置

在應用XY-4型繩索取芯鉆，應盡可能選擇應用無固相沖洗液或者是清水，盡量防止出現(xiàn)設備內壁結垢的情況。在該礦區(qū)中，基巖地層基本上均呈現(xiàn)為單一穩(wěn)定的狀態(tài)，并且比較完整，與此同時，也能使鉆探進尺的運行效率得到顯著提升，大約提升了50%左右。針對破碎以及漏失嚴重地層而言，可以選擇應用低固相沖洗液進行操作，這樣的話則能夠使孔壁的穩(wěn)定性得到保障，使漏失量下降，回次進尺長度顯著提升，降低了提鉆頻率，滿足繩索取芯液動潛孔錘所需的條件，提高工作效率。

表 3 金剛石鉆頭磨損情況分析Table 3 Analysis of diamond drill wear

4.4.4 沖洗液的現(xiàn)場維護

沖洗液材料一定要準確計量，沖洗液的使用和維護不好將會造成孔內重大事故。 定時、定人對返漿性能進行認真測試，并及時進行維護處理，有機處理劑要先浸泡依順序加入，先無機處理劑后有機處理劑，先分子量小的再分子量大的，需要用熱水的一定要用熱水浸泡，要保證足夠的浸泡時間，使處理劑浸泡充分，再用攪拌機充分攪拌。 沖洗液使用過程，要勤測量并認真記錄，防止其他液體混入。發(fā)現(xiàn)性能不符合要求時要及時調整，應根據(jù)地層情況及時調整漿泥或配置新漿液替換、補充，以滿足鉆進施工需要，但不能隨加入清水進行稀釋沖洗液，確保沖洗液性能穩(wěn)定。處理劑存放要得當，防止自然條件和人為原因對沖洗液的侵害，以免處理劑性能發(fā)生變化，從而影響泥漿。

5 施工效果

該項目通過前期物化探掃面確定異常區(qū)域，通過鉆探手段驗證異常，設計孔均在各自方向上穿過目標靶點，證實該區(qū)域屬于破碎蝕變帶成礦類型，金賦予破碎蝕變帶以及石英脈中。該項目在施工的過程中，各方面均應符合設計規(guī)定，實現(xiàn)預期目標，并掌握了該區(qū)域鉆進參數(shù)。

6 結論

在黑龍江嫩北農場礦區(qū)在進行普查施工時，選擇應用繩索取心沖擊回轉鉆進工藝進行操作，其具有多種優(yōu)勢，不管是鉆進時效，亦或者是巖心采取率，均得到了顯著提升；巖心擁堵的頻率降低，純鉆時間的應用效率提升，明顯縮短了輔助時間與項目工期。通過對該礦區(qū)進行分析后可發(fā)現(xiàn)，其局部巖石具有如下特點，即：致密、堅硬以及可鉆性級別比較高等，在選用此種工藝方法后，能夠顯著延長鉆頭的應用年限，減少成本費用的支出，具有良好的市場效益，可以在今后的施工中對其進行廣泛的推廣及應用。

（1）通過進行實踐后，不僅積累了鉆探工藝的經(jīng)驗與知識，也對今后各項工作的開展創(chuàng)造了有力條件。

（2）對鉆孔結構進行升級優(yōu)化，正確選擇套管以及鉆頭級別，對其下入深度進行合理設定，能夠有效提升鉆進效率。

（3）應基于不同的地層狀況進行充分考慮，科學選擇沖洗液與鉆頭，并且定期進行檢驗處理，可以使深孔鉆進的效果更加明顯，在進行操作的過程中，對巖層的變化進行觀察時，不但要基于鉆孔的加深情況進行考慮，同時也要對沖洗液的配方與類型進行適當調整。

（4）結合當前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，淺表礦產(chǎn)的可采儲量越來越少，已經(jīng)面臨枯竭狀況，而朝著深部探礦已經(jīng)成為了大勢所趨。所以，對深部找礦的工藝流程進行探討具有一定的現(xiàn)實意義，也是我們今后研究的重要方向。

（5）在進行施工之前，必須要對施工環(huán)境有著細致的了解，明確基本的施工條件，制定合理的工藝流程，嚴格遵循操作規(guī)范，提高工作人員的責任意識，勇于提出問題，并在實踐中總結經(jīng)驗，防止在施工期間出現(xiàn)安全事故，這是鉆探施工成功的關鍵。