夏建湘

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四〇八隊(duì)，湖南 郴州 423000)

0 概述

隨著我國(guó)加強(qiáng)深部地質(zhì)資源勘查工作不斷深化，開(kāi)展深部找礦工作已經(jīng)成為地質(zhì)找礦工作的重點(diǎn)。在深部找礦過(guò)程中，除了利用更成熟的地質(zhì)理論和更先進(jìn)的物化探方法、遙感技術(shù)等新探測(cè)技術(shù)外，最終還需要使用鉆探技術(shù)來(lái)取心取樣，證實(shí)推斷和探測(cè)的正確性。經(jīng)過(guò)近兩年的理論分析和工作實(shí)踐，現(xiàn)總結(jié)出了一套綜合的防斜糾斜措施，并通過(guò)采用繩索取心液動(dòng)錘技術(shù)在防斜糾斜方面得到成功應(yīng)用，突破了在軟硬互層及大傾角地層中深孔鉆探防斜糾斜工藝技術(shù)難題，為深部找礦及深孔勘察提供了技術(shù)支持。

1 鉆孔彎曲的危害

鉆孔彎曲度是衡量巖心鉆探鉆孔質(zhì)量六大指標(biāo)中關(guān)鍵控制指標(biāo)之一，鉆孔偏離設(shè)計(jì)軸線過(guò)大，可能造成各種危害。

1.1 影響地質(zhì)目的

鉆孔過(guò)大彎曲會(huì)歪曲礦層厚度、產(chǎn)狀及規(guī)模，甚至使鉆孔不能穿過(guò)礦體、構(gòu)造帶或打丟礦體，這些都嚴(yán)重地影響對(duì)地層的了解和對(duì)礦產(chǎn)資源的正確評(píng)價(jià)。鉆孔穿礦點(diǎn)位置的偏移還會(huì)使相鄰鉆孔達(dá)不到對(duì)礦體控制的要求，造成鉆孔報(bào)廢或后期補(bǔ)加工作量。

1.2 影響鉆探施工

(1)增大與孔壁的摩擦，因而升降及回轉(zhuǎn)鉆具的阻力增大。

(2)鉆具摩損嚴(yán)重，易發(fā)生斷脫孔內(nèi)事故，發(fā)生事故后處理的難度增大。

(3)引起孔壁失穩(wěn)、垮塌。

(4)消耗鉆壓、降低鉆速。

(5)防斜、糾斜、增加測(cè)斜次數(shù)等，甚至造成鉆孔報(bào)廢影響施工進(jìn)度。

2 深孔鉆探防斜綜合技術(shù)措施

2.1 鉆孔設(shè)計(jì)

(1)松軟、松散、溶洞及構(gòu)造發(fā)育地層中一般不設(shè)計(jì)施工斜孔。

(2)軟硬不均、層理發(fā)育的巖層中鉆進(jìn)，鉆孔設(shè)計(jì)軸線盡可能垂直于層面。

(3)陡傾產(chǎn)狀和薄層狀地層等易斜地層中鉆進(jìn)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)定向孔，盡量滿(mǎn)足沿巖層垂直方向施工鉆孔。

2.2 把好設(shè)備安裝關(guān)

設(shè)備狀況良好，不使用立軸曠動(dòng)的鉆機(jī)，主動(dòng)鉆桿回轉(zhuǎn)穩(wěn)定，上下卡盤(pán)定心良好，設(shè)備安裝周正穩(wěn)固，天車(chē)、立軸、孔位三點(diǎn)共線。

2.3 抓好開(kāi)孔、換徑、擴(kuò)孔工作

(1)開(kāi)孔時(shí)要選用鋒利的鉆頭，加壓要均勻，操作要領(lǐng)是：

上余不要長(zhǎng)，機(jī)上不可彎；上下都卡緊，導(dǎo)管不能曠；鉆具要對(duì)中，粗徑漸加長(zhǎng)；慢轉(zhuǎn)多提動(dòng)，輕壓是關(guān)犍。

(2)換徑要帶外導(dǎo)正器，用綜臺(tái)式異徑接頭連結(jié)，中心線必須一致。導(dǎo)正管要長(zhǎng)于4 m，第一回次小徑巖心管長(zhǎng)度要短于1 m。操作要領(lǐng)為：鉆具分上下，上部是導(dǎo)正；上部逐減短，下部漸增長(zhǎng)；上下要同心，參數(shù)要控制。

(3)擴(kuò)孔時(shí)必須要帶內(nèi)導(dǎo)正器，內(nèi)導(dǎo)正器要上緊。

2.4 合理的工藝技術(shù)措施

(1)鉆進(jìn)方法。①推廣以繩索取心鉆進(jìn)為主體的金剛石鉆進(jìn)；②沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及孔底動(dòng)力機(jī)鉆進(jìn)有利于防止鉆孔彎曲。

(2)鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)。①鉆壓：保證體積破碎即可，不宜盲目加大，必要時(shí)還應(yīng)適當(dāng)控制；②轉(zhuǎn)速：破碎、松軟、松散地層及換層換徑時(shí)要降低轉(zhuǎn)速；③沖洗液量：不宜過(guò)大，防止擴(kuò)大孔壁間隙。

2.5 合理的鉆具結(jié)構(gòu)

(1)縮小鉆具與孔壁的間隙。①粗徑鉆具加扶正器或帶上擴(kuò)孔器；②鉆桿上加扶正器、穩(wěn)定器、膠箍等。

(2)增強(qiáng)鉆具的剛性和抗磨能力。①改善鉆具材質(zhì)、增加壁厚或表面熱處理；②雙層巖心管能提高粗徑鉆具剛性； ③深孔鉆進(jìn)盡量采用鉆鋌加壓。

(3)巖心管長(zhǎng)度適當(dāng)。巖心管愈長(zhǎng)，傾倒后形成的角度(導(dǎo)斜角)愈小，有利于防止鉆孔彎曲。但巖心管愈長(zhǎng)．本身愈不穩(wěn)定(易彎曲)，所以應(yīng)有合適長(zhǎng)度。硬質(zhì)合金鉆具長(zhǎng)度7～9 m，金剛石小口徑鉆具3～4 m比較適宜。

綜合上述，防斜鉆具應(yīng)具有鋒利的鉆頭和長(zhǎng)、直、重、厚、剛的結(jié)構(gòu)。

3 SYZX75型繩索取心液動(dòng)錘在深孔鉆探防斜技術(shù)中的實(shí)踐應(yīng)用

2013年初，我隊(duì)購(gòu)入了中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探技術(shù)研究所生產(chǎn)的SYZX75型繩索取心液動(dòng)錘鉆具。繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)是在回轉(zhuǎn)和沖擊的聯(lián)合作用下碎巖，給鉆頭施加的是高頻脈動(dòng)載荷，應(yīng)力集中，瞬間可達(dá)極高值，易使巖石產(chǎn)生體積破碎，可大幅提高鉆進(jìn)效率。而且沖擊回轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用使鉆孔不易偏斜，對(duì)深孔及易斜地層鉆進(jìn)有顯著的控斜防斜效果。2014年我隊(duì)承接了“貴州興仁縣野貓紅金礦礦區(qū)”項(xiàng)目，在6個(gè)深孔施工過(guò)程中推廣采用SYZX75繩索取心液動(dòng)錘防斜等技術(shù)工藝措施, 解決了在深孔破碎地層施工中鉆進(jìn)效率低、孔斜難控制及鉆孔孔斜易突變等技術(shù)難題。所完成的鉆孔均為優(yōu)質(zhì)孔，平均終孔頂角偏斜僅6.5°，最大頂角偏斜為9°。鉆進(jìn)效率高，成孔質(zhì)量好，完全滿(mǎn)足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，而且防斜效果明顯優(yōu)于其他礦區(qū)，進(jìn)一步彰顯繩索取心液動(dòng)錘的先進(jìn)性和優(yōu)越性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。主要特點(diǎn)如下：

(1)為充分應(yīng)用金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝能基本實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)眼鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)，我隊(duì)使用了Ф122 mm規(guī)格的較大直徑金剛石繩索取心鉆具，即鉆具規(guī)格為Ф122、95、75 mm，鉆桿規(guī)格為Ф114、89、71 mm。大直徑金剛石鉆具具有的剛、厚、重的特點(diǎn)，有很好的控斜防斜功能，而且在生產(chǎn)實(shí)踐中要求依據(jù)鉆探設(shè)備的施工能力，在大口徑金剛石繩索取心鉆進(jìn)時(shí)，盡可能地施工至最大孔深，充分利用大口徑鉆具剛性好、易控斜的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆孔防斜目的。(2)重視“初級(jí)定向”，做好基礎(chǔ)研究工作，通過(guò)研究盡可能多的礦區(qū)地質(zhì)資料，結(jié)合以往鉆孔孔斜規(guī)律的數(shù)據(jù)，再結(jié)合實(shí)際施工能力、技術(shù)水平，對(duì)施工鉆孔的孔斜數(shù)據(jù)進(jìn)行不同孔段、不同口徑的預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)數(shù)值在地質(zhì)剖面圖作出施工鉆孔的預(yù)測(cè)軌跡圖，然后依據(jù)靶點(diǎn)坐標(biāo)確定施工鉆孔的開(kāi)孔位置坐標(biāo)，確保鉆機(jī)立軸朝向地質(zhì)要求的鉆孔終孔方位。(3)把好鉆探設(shè)備安裝關(guān)：機(jī)臺(tái)地基四角都打好水泥墩，確保地基水平、穩(wěn)固，鉆機(jī)安裝也必須做好穩(wěn)固、周正、水平，確保天車(chē)、立軸、孔位三點(diǎn)共線，中心線偏差不大于10 mm，嚴(yán)格施工，認(rèn)真檢查，不合格不開(kāi)鉆。(4)嚴(yán)格檢查鉆桿、鉆具，確保鉆具同心度，彎曲的鉆具不得下入孔內(nèi)，堅(jiān)持使用垂直的鉆桿和防斜鉆桿，增加粗徑鉆具的長(zhǎng)度，嚴(yán)格按照規(guī)程操作。擴(kuò)孔時(shí)必須要帶內(nèi)導(dǎo)正器，內(nèi)導(dǎo)正器要上緊。(5)各班鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)保持一致，不得隨意增大鉆進(jìn)參數(shù)，嚴(yán)禁盲目追求進(jìn)尺而加大鉆壓。根據(jù)不同地層、不同巖石特性、不同口徑，及時(shí)科學(xué)合理地調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，控制鉆進(jìn)速度，達(dá)到防斜、控斜的目的。鉆進(jìn)復(fù)雜地層和易促斜地層時(shí)，更要注意合理調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)控斜，主要以減輕鉆壓，中等轉(zhuǎn)速，適當(dāng)泵量為主。鉆進(jìn)參數(shù)的選擇見(jiàn)表1。

表1 深孔鉆探防斜糾斜技術(shù)的探索

(6)鉆進(jìn)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)鉆桿抖動(dòng)厲害或周期性帶鉆現(xiàn)象，說(shuō)明可能鉆遇斷裂破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化層、節(jié)理裂隙發(fā)育等復(fù)雜地層，應(yīng)降低鉆壓，放慢鉆速，上下反復(fù)竄動(dòng)鉆具修復(fù)孔壁，加強(qiáng)沖洗液循環(huán)效果，保持孔底清潔，防止發(fā)生鉆桿折斷、孔斜，確保鉆孔垂直度。

(7)為保證測(cè)斜數(shù)據(jù)的正確性，我隊(duì)各項(xiàng)目部都配備了上海地學(xué)儀器所生產(chǎn)的KXP—2D數(shù)字羅盤(pán)測(cè)斜儀，這種測(cè)斜儀價(jià)格相對(duì)便宜，操作簡(jiǎn)便，頂角方位角讀數(shù)數(shù)字化顯示，普通鉆工可熟悉掌握。堅(jiān)持50～100 m測(cè)斜一次，隨時(shí)監(jiān)控鉆孔偏斜情況。

經(jīng)過(guò)在這個(gè)礦區(qū)多個(gè)深孔施工實(shí)踐證明，SYZX75型繩索取心液動(dòng)錘在深孔復(fù)雜地層施工能夠在提高了鉆進(jìn)效率的同時(shí)，有效地解決了巖心采取率低、打滑、跑斜現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

深孔鉆探防斜應(yīng)針對(duì)不同地層條件和偏斜規(guī)律，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)預(yù)案和金剛石繩索取心鉆進(jìn)工藝要求施工，才能取得好的效果。SYZX75型繩索取心液動(dòng)錘在深孔鉆探施工中防斜效果顯著，繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)工藝方法在深孔鉆探防斜應(yīng)用中有廣泛的推廣使用前景。