徐日勇，方紅亮，杭 程

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局江蘇華東地質(zhì)工程有限公司，江蘇南京210007）

1 概述

鉛鋅作為重要原材料，廣泛應(yīng)用在電氣工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、軍事工業(yè)、冶金工業(yè)等領(lǐng)域，其中鉛金屬又應(yīng)用于核工業(yè)、石油工業(yè)等部門，峰巖礦區(qū)從1995年開始由福建省地勘單位及我局礦勘院進(jìn)行勘探工作，經(jīng)過(guò)多年的勘探，探獲了鉛鋅礦等金屬礦體若干，對(duì)該礦區(qū)持續(xù)的勘探工作勢(shì)在必行；我單位承接了該礦區(qū)的巖芯鉆探工作，施工部門從礦區(qū)的地層、構(gòu)造及巖漿巖等地質(zhì)資料收集的基礎(chǔ)上，對(duì)該礦區(qū)前期的巖芯鉆探施工資料進(jìn)行梳理，通過(guò)分析、對(duì)比及研究，尋找出影響該項(xiàng)目巖芯鉆探施工效率的要點(diǎn)，運(yùn)用合理有效的手段和方案，使得巖芯鉆探施工效率得到明顯提高，項(xiàng)目及公司獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，為今后在該區(qū)域巖芯鉆探施工提供借鑒。

2 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)介

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)內(nèi)分布的地層為中上元古界龍北溪組、侏羅系梨山組、南園組及第四系，地層由老至簡(jiǎn)述如下：

（1）中上元古界龍北溪組：中段為石英片巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)大理巖、塊狀大理巖、白云片巖、薄層石英巖、白云質(zhì)大理巖等，上段為綠色片巖夾大理巖、斜長(zhǎng)片巖、石英片巖和薄層石英巖等。

（2）侏羅系梨山組：由泥質(zhì)粉砂巖、含炭質(zhì)頁(yè)巖、石英細(xì)砂巖組成。

（3）侏羅系南園組：為凝灰熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖及凝灰質(zhì)砂礫巖、砂泥巖。

（4）第四系：由腐植土、粉砂質(zhì)粘土和粘土組成。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

（1）褶皺構(gòu)造：基本構(gòu)造輪廓為梅仙復(fù)背斜。礦區(qū)地層呈單斜構(gòu)造。

（2）斷裂構(gòu)造：斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有北東向、北西向和近南北向3組。北東向斷裂較大的有：F3、F11、F12、F15等斷裂，多屬壓扭性斷裂，大部分被巖脈所充填；北西向斷裂有F14，為北東向斷裂的派生斷裂，屬?gòu)埮ば云揭茢嗔?；近南北向斷裂有F12，為近直立的高角度先壓后張斷裂，其中南北向F12、北東向F15分別穿過(guò)礦區(qū)的中部、東部。

2.3 礦區(qū)巖漿巖

在礦區(qū)北西見有北東向花崗斑巖脈出露，沿北東向斷裂侵入，在巖脈與含礦地層的接觸帶中見有鉛鋅礦化，分布在巖脈周圍的鉛鋅礦化較好，大部分礦體沿外接觸帶展布。

據(jù)礦區(qū)深孔施工揭露到花崗斑巖體，其附近見有磁鐵礦化及微裂隙、石英脈控制的輝鉬礦化。

某鉆孔淺地表揭露到較為厚大的閃長(zhǎng)玢巖脈。

2.4 礦區(qū)變質(zhì)作用與圍巖蝕變

（1）變質(zhì)作用：最早作用于中上元古界地層，使玄武巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)形成綠色片巖、淺色片巖。

（2）圍巖蝕變：花崗斑巖脈附近的圍巖蝕變以硅化、陽(yáng)起石化、磁鐵礦化為主，次為石榴石化、黃鐵礦化，遠(yuǎn)離花崗斑巖的圍巖蝕變以硅化、綠簾石化為主，次為黃鐵礦化、碳酸巖化。

硅化、綠簾石化、碳酸鹽化主要共同產(chǎn)于綠簾透輝石巖、透輝綠簾石巖、巨晶透輝石巖等綠片巖系中。

通過(guò)以上地質(zhì)資料的收集可以看出，本礦區(qū)巖芯鉆探施工中將鉆遇到的主要堅(jiān)硬巖石包括：石英片巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)大理巖等，由于該區(qū)域褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造等構(gòu)造現(xiàn)象的存在，同時(shí)疊加硅化、綠簾石化、碳酸鹽化等蝕變現(xiàn)象，在巖芯鉆探施工中將可能出現(xiàn)巖石堅(jiān)硬、地層破碎漏失、裂隙發(fā)育等巖芯鉆探施工難題；礦區(qū)內(nèi)主要巖石機(jī)械物理性質(zhì)一覽表見表1。

表1 礦區(qū)內(nèi)主要巖石機(jī)械物理性質(zhì)一覽表

3 施工效率的影響因素

3.1 地層因素

（1）破碎漏失：由于該礦區(qū)巖漿巖侵入，使該巖漿巖與地層的接觸部位極有可能呈現(xiàn)破碎狀態(tài)，而地層中存在著的泥質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂礫巖、砂泥巖等具有較好的透水性，使巖芯鉆探施工中的沖洗液將出現(xiàn)漏失現(xiàn)象。

（2）裂隙發(fā)育：由于礦區(qū)內(nèi)存在褶皺構(gòu)造及多組斷裂構(gòu)造，使得巖芯鉆探施工中有可能鉆遇多條裂隙，將造成巖芯鉆探施工受阻等情況。

（3）巖石堅(jiān)硬：由于礦區(qū)內(nèi)存在硅化現(xiàn)象，硅化后的巖石其巖石硬度一般到達(dá)8級(jí)以上，將使巖芯鉆探施工出現(xiàn)進(jìn)尺慢、鉆頭擴(kuò)孔器消耗快及鉆頭不出刃等現(xiàn)象。

3.2 地下空洞因素

ZK301作為該項(xiàng)工程施工的第二個(gè)鉆孔，設(shè)計(jì)深度為500m，當(dāng)施工鉆進(jìn)至164.6m時(shí)鉆遇深度達(dá)到4m以上的盜采地下空洞（老硐）（見圖1），通過(guò)了解當(dāng)?shù)卦擃愋偷谋I采地下空洞（老硐）較多，且屬于盜采狀態(tài)，無(wú)法提前預(yù)知所施工的區(qū)域是否存在盜采地下空洞（老硐），給巖芯鉆探施工帶來(lái)了不確定性。

3.3 材料因素

圖1 盜采地下空洞（老硐）示意圖

由于存在4m以上的盜采地下空洞（老硐），使得常規(guī)采購(gòu)的管材（套管）的管體及絲扣連接部分，在其回轉(zhuǎn)過(guò)程中極易出現(xiàn)折斷現(xiàn)象，使巖芯鉆探施工受阻，從而影響施工效率。

4 提高施工效率的措施

4.1 選用合理的鉆進(jìn)工藝

全孔采用金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝，開孔以?122mm口徑穿過(guò)第四系覆蓋層后下入?114mm作為井口管；第二口徑以?95mm鉆穿可能存在的老硐巷道、采空區(qū)后下入?89mm套管；最后以?75mm口徑鉆至設(shè)計(jì)孔深；鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

4.2 選用有效的鉆進(jìn)參數(shù)及鉆具

圖2 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

鉆頭及鉆具的選用對(duì)地層的適應(yīng)性是提高施工效率的關(guān)鍵因素之一，在選用鉆頭時(shí)盡量選用胎體硬度在HRC15～25之間、粒度100目左右的金剛石鉆頭，同時(shí)可考慮改變鉆頭唇面形狀（如鋸齒狀、階梯狀）及增加鉆頭水口數(shù)量，來(lái)實(shí)現(xiàn)減少鉆頭唇面與巖石的接觸面積，增大壓入巖石的單位壓力，達(dá)到提高鉆進(jìn)效率的目的；鉆具選取參數(shù)詳見表2。

鉆進(jìn)參數(shù)的有效選擇也是提高施工效率的重要因素之一，鉆進(jìn)參數(shù)包括鉆壓、轉(zhuǎn)速和沖洗液量3個(gè)參數(shù)。對(duì)巖石進(jìn)行刻取的直接對(duì)象為孕鑲金剛石鉆頭，其特點(diǎn)決定了通常采用以高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)壓及大泵量的鉆進(jìn)參數(shù)體系，這既要考慮到刻取巖石的速度，同時(shí)又要考慮到金剛石本身存在較脆和不耐高溫的等特點(diǎn)，因此必須采用適當(dāng)較低的鉆壓和足夠的沖洗液量，使鉆頭既不過(guò)分損耗又得到充分冷卻。通過(guò)三者相互融合，實(shí)現(xiàn)施工效率的提升；鉆進(jìn)參數(shù)表詳見表3。

表2 鉆具選取參數(shù)表

表3 鉆進(jìn)參數(shù)表

4.3 選用高效的沖洗液（泥漿）配方

選用聚合物配以降濾失劑、防塌劑組成的不分散低固相沖洗液（泥漿）體系，添加并調(diào)節(jié)聚丙烯酰胺、纖維素、腐植酸鉀等添加劑的配比，使得沖洗液（泥漿）體系能滿足破碎漏失、裂隙發(fā)育等不同形式的地層，同時(shí)監(jiān)控并利用燒堿（或純堿）調(diào)節(jié)該沖洗液（泥漿）體系pH值。該沖洗液（泥漿）體系應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）固相含量低，用以提高鉆進(jìn)速度及效率。

（2）具有良好的流變性，較強(qiáng)的剪切稀釋性和適宜的流型，沖洗液（泥漿）體系中分子間的橋聯(lián)作用使得具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不易被破壞。

（3）具有較強(qiáng)的觸變性，沖洗液（泥漿）在循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，部分原有分子結(jié)構(gòu)被破壞，當(dāng)沖洗液（泥漿）停止循環(huán)后被破壞的分子能快速與機(jī)械破碎形成的巖石固相顆粒的分子間形成新的分子間結(jié)構(gòu)，使其懸浮在沖洗液（泥漿）中，從而不易出現(xiàn)巖石固相顆粒堆積孔底形成沉砂，產(chǎn)生卡鉆等孔內(nèi)事故隱患或下鉆不到底現(xiàn)象。

（4）具有較好的堵漏及穩(wěn)定孔壁作用，可利用不同的配方而產(chǎn)生抑制巖石的吸水分散作用，減少對(duì)孔壁的沖刷現(xiàn)象；同時(shí)可通過(guò)添加一定量的堵漏劑，達(dá)到減小漏失量或封堵漏失的效果。

4.4 選用準(zhǔn)確解決地下空洞（老硐）及材料方案

4.4.1 預(yù)防及處理措施

（1）準(zhǔn)確測(cè)定鉆孔坐標(biāo)和方位，以確保鉆孔施工軌跡避開已查明的地下空洞（老硐）位置。

（2）鉆進(jìn)過(guò)程中鉆進(jìn)至已查明的地下空洞（老硐）位置前，應(yīng)采用鉆孔測(cè)斜儀連續(xù)測(cè)斜的方法，加強(qiáng)鉆孔彎曲度的檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)鉆孔施工軌跡偏向已查明的地下空洞（老硐）位置的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行糾偏處理。

（3）如鉆孔施工過(guò)程中鉆入未知的地下空洞（老硐）區(qū)域時(shí)，則應(yīng)及時(shí)停止鉆進(jìn)施工，應(yīng)對(duì)如繼續(xù)施工將對(duì)鉆孔施工產(chǎn)生何種影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，如評(píng)價(jià)后認(rèn)為其影響較小或無(wú)影響的情況下，可考慮鉆穿該未知的地下空洞（老硐）區(qū)域，下入局部經(jīng)過(guò)加強(qiáng)處理后的套管后，換徑繼續(xù)進(jìn)行下一步的施工。

4.4.2 材料的準(zhǔn)備及焊接

（1）對(duì)于?95mm口徑的鉆頭與擴(kuò)孔器、擴(kuò)孔器與鉆具、鉆具與鉆桿以及第一與第二根鉆桿之間進(jìn)行焊接作業(yè)，并將連接處進(jìn)行同心打磨。

（2）對(duì)?89mm口徑套管的第一與第二根間進(jìn)行焊接作業(yè)，并焊接加強(qiáng)筋進(jìn)行加固，同時(shí)進(jìn)行同心打磨。

（3）準(zhǔn)備素混凝土原料，必要時(shí)使用素混凝土灌入未知的地下空洞（老硐）內(nèi)，降低未知的地下空洞（老硐）的垂直高度，加強(qiáng)下入的加強(qiáng)套管的穩(wěn)定性。

4.5 選用硬巖鉆進(jìn)的技術(shù)手段

（1）轉(zhuǎn)速：小口徑金剛石鉆進(jìn)主要采用高回轉(zhuǎn)的鉆進(jìn)方法，在施工時(shí)可通過(guò)采用調(diào)整泥漿液性能減小孔內(nèi)阻力等措施，實(shí)現(xiàn)在較高轉(zhuǎn)速下施工的目的。

（2）鉆壓：根據(jù)不同的鉆頭口徑調(diào)節(jié)施工鉆壓適當(dāng)高于正常鉆壓，使鉆頭金剛石能較好地出刃，提高刻取巖石的效率。

（3）沖洗液：在原有的沖洗液（泥漿）體系中適當(dāng)增加高效潤(rùn)滑劑等潤(rùn)滑材料，實(shí)現(xiàn)減阻增效的作用。

（4）鉆進(jìn)效率：在條件具備的情況下，試用“繩索取芯液動(dòng)潛孔錘鉆探工藝技術(shù)”，用以解決鉆進(jìn)效率不高等問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)施工效率的提升。

5 結(jié)論及建議

峰巖礦區(qū)巖芯鉆探項(xiàng)目共施工鉆孔16個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺7460m，巖芯鉆探施工質(zhì)量、安全、環(huán)保等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到相關(guān)要求，項(xiàng)目人員從礦區(qū)的地層、構(gòu)造及巖漿巖等地質(zhì)資料的收集，對(duì)該礦區(qū)前期的巖芯鉆探施工資料進(jìn)行梳理，通過(guò)分析、對(duì)比，尋找出影響該項(xiàng)目巖芯鉆探施工效率的主要因素，運(yùn)用有效的手段和方案，使得巖芯鉆探施工效率得到提高，項(xiàng)目及公司獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，為今后在該區(qū)域巖芯鉆探施工提供借鑒，同時(shí)提出以下建議供同行們共同探討：

（1）針對(duì)未知的地下空洞（老硐）施工，應(yīng)對(duì)施工人員進(jìn)行專門培訓(xùn)，選擇有類似經(jīng)驗(yàn)的施工人員進(jìn)行施工作業(yè)，盡可能地減小地下空洞（老硐）對(duì)施工效率的影響。

（2）考慮到地層的特點(diǎn)不同，在使用鉆進(jìn)參數(shù)時(shí)，應(yīng)協(xié)調(diào)好各個(gè)參數(shù)間的匹配關(guān)系，靈活加以應(yīng)用。