楊 郭

（煙臺(tái)金曼投資有限公司，山東 煙臺(tái) 265300）

鉆探方法是運(yùn)用一些機(jī)械設(shè)備和鉆探工具進(jìn)行鉆孔取樣，被廣泛應(yīng)用在金屬資源的地質(zhì)工程勘察中。隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)金屬資源地質(zhì)工程勘察中鉆探要求的提高，傳統(tǒng)的鉆探方法僅能在一些地質(zhì)條件較為優(yōu)越的礦區(qū)進(jìn)行勘探，地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜的金屬礦區(qū)鉆探勘察已經(jīng)成為一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。棲霞市金礦礦體大多在1500m以下的地層中，其鉆探難度極大，為此提出對(duì)鉆探方法進(jìn)行改進(jìn)，以提高鉆探效率，保證棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探能順利進(jìn)行。

1 棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探中鉆探方法改進(jìn)

1.1 鉆桿材質(zhì)改進(jìn)

在棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探過程中，由于棲霞市金礦的地質(zhì)構(gòu)造及其復(fù)雜，需要進(jìn)行孔深超過1500m的鉆孔。傳統(tǒng)的金礦地質(zhì)工程勘查鉆探方法中所用到的鉆桿大多是由中低碳鉻錳鋁合金材質(zhì)構(gòu)成的，其鉆桿的螺紋接頭則是選取比中低碳鉻錳鋁合金材質(zhì)硬度高的54號(hào)優(yōu)質(zhì)鋼材質(zhì)[1]。這種材質(zhì)的鉆桿重量較輕，能滿足大多數(shù)金礦的地質(zhì)工程勘查要求，但是用于棲霞市金礦地質(zhì)工程勘查1500m深的鉆孔，其強(qiáng)度要求并不能滿足要求。由于鉆桿在地質(zhì)工程勘探的鉆孔過程中，除了要受到其自身重量所產(chǎn)生的拉扭負(fù)荷力，還要受到由鉆頭摩擦、巖石摩擦以及鉆頭削切所產(chǎn)生的附加負(fù)荷力，這些負(fù)荷力的大小會(huì)受到鉆桿的強(qiáng)度影響，當(dāng)鉆桿的理論計(jì)算強(qiáng)度小于鉆機(jī)最大的拉扭負(fù)荷力與鉆頭的附加負(fù)荷力的總合時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致在金礦地質(zhì)工程勘探卡鉆或其他鉆孔事故發(fā)生[2]。根據(jù)棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探中的鉆探要求，對(duì)原有的中低碳鉻錳鋁合金材質(zhì)鉆桿改為中高碳鉻錳鋼材質(zhì)，對(duì)54號(hào)優(yōu)質(zhì)鋼鉆桿螺紋接頭材質(zhì)的改為經(jīng)過調(diào)制處理的三零鉻錳硅材質(zhì)。

1.2 鉆桿螺紋改進(jìn)

據(jù)調(diào)查，在棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探的鉆探過程中90以上的孔內(nèi)事故是由鉆桿接頭失效導(dǎo)致的，所以若要保證棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探順利進(jìn)行，需要對(duì)鉆探方法中鉆桿螺紋進(jìn)行改進(jìn)[3]。在鉆探過程中，螺紋連接處是鉆桿整個(gè)結(jié)果最脆弱的部位，所以通過改進(jìn)螺紋形狀和鉆探方法參數(shù)來提高螺紋連接處的強(qiáng)度。

傳統(tǒng)的金礦地質(zhì)工程勘探的鉆探方法選用矩形螺紋和鋸齒形狀的螺紋。在大量的金礦地質(zhì)工程勘探經(jīng)驗(yàn)中證明，這兩種形狀的螺紋間隙大、受力不均勻，導(dǎo)致其鉆探效率差。

根據(jù)棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探的鉆探要求，運(yùn)用有限元方法設(shè)計(jì)鉆桿桿體和接頭螺紋的參數(shù)計(jì)算模型。根據(jù)該模型的分析結(jié)果，在鉆探過程中螺紋連接處的強(qiáng)度主要受螺紋間的距離和螺紋總長(zhǎng)度影響最大，表1為鉆桿桿體和接頭螺紋參數(shù)計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果。

表1 螺紋螺距與螺紋總長(zhǎng)度改進(jìn)結(jié)果

根據(jù)鉆桿桿體和接頭螺紋參數(shù)計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果顯示，其螺紋距離和螺紋總長(zhǎng)度在10mm、56mm為最佳改進(jìn)參數(shù)并且以此為依據(jù)，將原來的接頭螺紋形狀矩形螺紋和鋸齒形狀的螺紋進(jìn)行結(jié)合，改為圓錐梯形螺紋。

經(jīng)過改進(jìn)設(shè)計(jì)后，鉆桿和螺紋接頭的強(qiáng)度大幅增強(qiáng)。關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比見表2。

表2 鉆桿參數(shù)對(duì)比表

通過棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探鉆探作用到的鉆桿改良前與改良后的對(duì)比，可以看出，改良后的鉆桿和螺紋接頭在屈服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、延伸率、硬度以及鉆孔最大深度幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)上均不同程度優(yōu)于傳統(tǒng)鉆桿和螺紋接頭。

1.3 鉆桿結(jié)構(gòu)改進(jìn)

傳統(tǒng)的鉆桿結(jié)構(gòu)是將鉆桿和螺紋接頭采取粘接的方式連接在一起，這種粘接的方法是采用專門的粘接劑進(jìn)行粘接，雖然具有較高的抗扭矩強(qiáng)度，但是由于粘接方式，使整個(gè)鉆桿結(jié)構(gòu)抗沖擊性較差，導(dǎo)致在鉆探過程中極易發(fā)生鉆桿彎曲現(xiàn)象，為了避免棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探過程中出現(xiàn)類似情況，對(duì)鉆桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。根據(jù)前文對(duì)鉆桿材質(zhì)和螺紋的改進(jìn)，選擇最先進(jìn)的焊接方法將鉆桿的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼接，增加鉆桿的整體強(qiáng)度，同時(shí)根據(jù)棲霞市金礦的鉆孔要求，將鉆桿長(zhǎng)度由原來的3.5m改為4.5m，并且其內(nèi)徑長(zhǎng)度由原來的28mm改為32mm，使鉆桿在進(jìn)行1500m深的鉆孔工作時(shí)，其鉆桿仍能保持不變，保證棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探的鉆探效率。

2 棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探中改進(jìn)后的鉆探方法試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)棲霞市該金礦的地質(zhì)條件，此次鉆探施工8條線，總計(jì)共32個(gè)鉆孔，其中1000m深的鉆孔12個(gè)，1200米深的鉆孔10個(gè)，1500m深的鉆孔10個(gè)。并且根據(jù)該礦區(qū)圍巖的物理特性，此次鉆孔角度選取斜孔鉆進(jìn)。整個(gè)鉆探過程中礦心采取率不得低于75%，并且金礦礦體致頂?shù)装?m~7m內(nèi)的巖石采取率不得低于85%。此次鉆探過程中選用RT-8巖心鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，鉆桿的最高轉(zhuǎn)速不得超過1500r/min，最低轉(zhuǎn)速不得低于1400r/min，正反轉(zhuǎn)等級(jí)分別為7級(jí)和3級(jí)，鉆孔的開孔直徑最大不得高于98mm，最小不得低于85mm,且終孔直徑最大不得高于74mm，最小不得低于62mm。在鉆探過程中，鉆探設(shè)備的使用及安裝嚴(yán)格遵循《鉆探方法規(guī)程》進(jìn)行，地質(zhì)勘查人員對(duì)鉆孔情況進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。此次試驗(yàn)為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，與改進(jìn)前的鉆探方法進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)此次改進(jìn)的鉆探方法的鉆探效率。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表3為此次改進(jìn)后與原有鉆探方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3 兩種鉆探方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以明顯的看出，此次改進(jìn)后的鉆探方法具有良好的實(shí)用性。在此次棲霞市金礦鉆探過程中，改進(jìn)后的鉆探方法能滿足所有鉆探深度要求，而傳統(tǒng)的鉆探方法僅在1000m深的鉆孔成果率最高，而在1500m深的鉆孔根本無法進(jìn)行，其鉆孔效率以及鉆孔成功率最低。通過改進(jìn)后鉆探方法的應(yīng)用，使棲霞市金礦實(shí)現(xiàn)鉆孔深度最高達(dá)到1500m，鉆探效率達(dá)到了每小時(shí)1.65m，使整個(gè)棲霞市金礦地質(zhì)工程勘察工作效率大大提高，證明了此次改進(jìn)的鉆探方法對(duì)棲霞市金礦地質(zhì)工程勘察具有較高的鉆探效率。

3 結(jié)語

此次僅從鉆桿的角度對(duì)棲霞市金礦地質(zhì)工程勘探中鉆探方法進(jìn)行了改進(jìn)，除了鉆桿對(duì)鉆探方法的鉆探效率影響較大以外，還有鉆機(jī)、鉆頭等其它因素會(huì)對(duì)鉆探方法的鉆探效率起到影響，為了提高鉆探方法在礦產(chǎn)地質(zhì)工程勘探中的應(yīng)用效率，鉆探技術(shù)人員要在使用過程中不斷的進(jìn)行改良，保證地質(zhì)工程勘察工作順利進(jìn)行。