朱建良

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一六大隊，江西 九江 332100）

鉆探工藝是一種直接的隱蔽致災(zāi)因素探查技術(shù)，通過獲取地下礦產(chǎn)資料、驗證礦產(chǎn)信息，從而計算礦產(chǎn)儲量的技術(shù)手段，具備高精度、高直觀性的優(yōu)點。在工業(yè)對金屬的需求日益增長的現(xiàn)代社會，礦產(chǎn)勘查已經(jīng)成為了一個經(jīng)久不衰的課題，地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作的活躍，正反映了社會工業(yè)環(huán)境對于礦產(chǎn)的渴望。我國的鉆探技術(shù)近年來發(fā)展得很快，已經(jīng)具備國際領(lǐng)先標準。為總結(jié)鉆探工藝的技術(shù)手段，本文以陽儲嶺鎢鉬礦為工程實例對其鉆探工藝的優(yōu)化選擇進行了分析和探究。首先簡要介紹陽儲嶺鎢鉬礦的工程和地層概況，然后對鉆探設(shè)備進行選擇。在鉆探工藝優(yōu)化的程序中，為了得到最安全高效的針對陽儲嶺鎢鉬礦的鉆探工藝，對孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計、鉆探工具組合設(shè)計、沖洗液、以及鉆探參數(shù)的設(shè)置進行了深入的探究[1]。

1 工程實例

本文所述的工程實例陽儲嶺鎢鉬礦位于江西省都昌縣江南造山帶東段，地處九嶺東西構(gòu)造帶與贛州、波陽新華夏系拗陷帶的交接部位。陽儲嶺鎢鉬礦的主要礦體位于斑巖體內(nèi)，礦內(nèi)的礦石大多呈細脈浸染狀和浸染狀。其蝕變的空間分帶程度較淺，主要為鉀硅化、綠泥石化和碳酸鹽化。該礦區(qū)屬于高度-中度濕熱液礦床，其中成礦以中型濕度為主。其成礦流體中富含CO2，成分來自于地下巖漿。

2 鉆探設(shè)備選擇

鉆探設(shè)備主要包括鉆機、泥漿泵、鉆塔等，在選擇鉆探設(shè)備時，應(yīng)根據(jù)工程礦區(qū)的實際情況進行選擇，對底層結(jié)構(gòu)、鉆探工藝以及鉆探工作人員的技術(shù)方法進行綜合考慮。依據(jù)本文所述的工程實例選擇的鉆探設(shè)備及所需組合道具如下表所示。

表1 鉆探設(shè)備及所需組合道具

如上表所示，本工程地理位置較為偏僻復(fù)雜，因此選用的設(shè)備在功能之外還需要考慮輕便安全，在數(shù)值上選擇系數(shù)較小的設(shè)備。

3 鉆探工藝優(yōu)化

針對陽儲嶺鎢鉬礦的實際情況，選擇最安全、最高效的鉆探工藝，包括孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計、鉆探工具組合設(shè)計、沖洗液、以及鉆探參數(shù)的設(shè)置[2]。

3.1 孔身結(jié)構(gòu)設(shè)計

孔身結(jié)構(gòu)一般指鉆探工具在開孔時切開鉆孔縱剖面的形狀，其基本指數(shù)包括孔身直徑、換徑次數(shù)、孔身各階段的具體數(shù)據(jù)。在這些數(shù)據(jù)中，換徑次數(shù)越多，孔身結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。因此，對于孔身結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要嚴格遵循陽儲嶺鎢鉬礦的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及具體的施工要求，盡最大能力提高鉆探效率。在設(shè)計孔身結(jié)構(gòu)時，需首先確定終孔直徑，并由上至下分層設(shè)計各階段的深度和直徑。將孔身結(jié)構(gòu)簡化到最大限度，并減少換徑次數(shù)，以控制施工成本和事故概率。為了預(yù)防孔身結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，需要在設(shè)計孔身結(jié)構(gòu)前就預(yù)留一個用來補充套管的孔徑，且在開孔時需盡量加大開口面積，以預(yù)留擴孔空間。如在開孔時出現(xiàn)地下孔洞不穩(wěn)等情況，需及時處理不穩(wěn)定的地層，必要時可以下水套管處理。根據(jù)陽儲嶺鎢鉬礦的具體情況，現(xiàn)多數(shù)采用全液壓鉆機（如圖1）。

圖1 EP600plus 英格爾便攜式全液壓鉆機施工圖

如上圖所示，根據(jù)陽儲嶺鎢鉬礦的地質(zhì)特點，將孔身結(jié)構(gòu)分為四個部分，第一部分是土壤及腐殖質(zhì)的覆蓋層，使用Φ127 套管，這一層的孔洞面積最大，也是位置最高的階段。第二層是碎石層，這一層土壤較少，幾乎都是破碎的小石塊，開孔面積相應(yīng)縮減，使用Φ108 套管。第三層是復(fù)雜地層，這一層物質(zhì)種類較多，開孔面積進一步縮小，使用備用套管。最后一層直到終點沒有套管，是孔洞面積最小的一個階段。陽儲嶺鎢鉬礦中孔洞各階段的實際結(jié)構(gòu)及孔深都不相同，下入套管的深度也需要根據(jù)實際情況決定。

3.2 鉆探工具組合設(shè)計

鉆探工具包括開孔鉆具、一級鉆具、二級鉆具和備用孔具，是根據(jù)上文中的孔身結(jié)構(gòu)和陽儲嶺鎢鉬礦的具體地質(zhì)情況決定的。主動鉆桿是鉆具中必不可少的一項，一般使用108mm 的口徑。選擇鉆桿時，需要考慮施工孔深，不同階段的孔洞有不同的深度，需要選用不同的鉆桿，距離地面越遠的孔洞，使用的鉆桿就越粗。選取鉆頭的方法與鉆桿類似，但是還需要考慮地層特點和孔洞要求，礦區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)越向下，硬度就越大。因此在最上層的土壤覆蓋層，只需要選擇最小的口徑，深度越大鉆頭的口徑就越大。備用孔具因所處地層的礦石環(huán)境過于復(fù)雜，只能依據(jù)具體情況進行選擇，在本文陽儲嶺鎢鉬礦中，與開孔鉆具一樣選擇220mm 口徑。根據(jù)以上鉆具組合的選取方式，可以列出三種鉆具的組合情況如下表所示[3]。

表2 鉆具組合型號

如上表所示，將主動鉆桿、鉆桿、鉆頭組合起來，就能得到不同效果的鉆探工具，并分別應(yīng)用在不同階段的孔身鉆探中。

3.3 配置沖洗液

沖洗液在礦產(chǎn)鉆探工藝中十分重要，通常被稱為鉆探技術(shù)的血液。想要保證鉆探施工的完整性和安全性，提高鉆探效率，降低鉆探施工成本，就需要配置出適合當前情況的沖洗液。在施工過程中，通常會根據(jù)具體的施工要求，在兩種沖洗液的配置方案選取最合適的一種。

3.3.1 隨鉆無固型沖洗液

隨鉆無固型沖洗液一般具備良好的防坍塌功能，且擁有一定的排煙排塵功能，即使巖石粉末堆積得很厚，也能輕易清除。隨鉆無固型沖洗液的潤滑性能十分優(yōu)越，使得鉆桿表面幾乎看不見油污。伴隨深度的變化，可以適當在隨鉆無固型沖洗液中增添能夠調(diào)整沖洗液性能的材料。

3.3.2 堵漏正電膠型沖洗液

堵漏正電膠型沖洗液一般針對擁有較大裂縫且瀕臨破碎的礦井，直接在地層中填補漏縫。配置好堵漏正電膠型沖洗液后，應(yīng)在充分循環(huán)后直接排除空洞內(nèi)的原漿。組合鉆具之下需要反復(fù)清掃，防止工程開始后泥漿灌入。且在配置過程中，需要謹慎添加清水比例，嚴格按照配料表添加輔料，不能過多也不能過少，整個鉆探過程中要隨時維護泥漿的完好情況。

3.4 鉆探參數(shù)設(shè)置

鉆探參數(shù)主要包括鉆探壓力和鉆頭轉(zhuǎn)速。設(shè)置合適的鉆探參數(shù)能夠輔助增加鉆探工藝的效率并節(jié)約時間成本和人力物力成本。在依據(jù)實際情況設(shè)置鉆探參數(shù)時，需要同時考慮陽儲嶺鎢鉬礦不同層級的地質(zhì)情況、鉆探方式以及施工要求。在一定范圍內(nèi)提高鉆探速度能夠增加鉆探壓力，但是一旦鉆探壓力過高，很容易加快金剛石鉆頭的消耗速度，因此施工單位需要根據(jù)不同層級巖石的硬度、研磨性、金剛石鉆頭當前粒度、品級、底部面積等具體情況設(shè)置合理的鉆探壓力。鉆探壓力的計算公式如下所示：

其中，P表示當前鉆探壓力，F(xiàn)表示鉆頭面積，單位為cm2，Q表示該鉆頭面積下單位壓力值，單位為kg/cm2。

鉆頭轉(zhuǎn)速也是一個能夠影響鉆探效率和成本的參數(shù)。一般情況下，壓力越大，鉆頭轉(zhuǎn)速越快，但是過高的壓力也會影響金剛石鉆頭的壽命。因此一般會按照如下公式選擇一個合適的轉(zhuǎn)速最優(yōu)值。

其中，N表示轉(zhuǎn)速最優(yōu)值，Vk表示線速度，單位m/s，一般選取1.5～3.0之間的一個數(shù)值；D表示鉆頭底部直徑，單位為mm。

4 結(jié)束語

本文依托陽儲嶺鎢鉬礦作為工程實例，根據(jù)該礦區(qū)的地質(zhì)條件，探究總結(jié)鉆探工藝的優(yōu)化方法。通過對礦區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的勘查，提出了適合陽儲嶺鎢鉬礦的鉆探工藝技術(shù)方案。本文的研究為陽儲嶺鎢鉬礦的開采提供了切實可行的行動方案與理論保障，對日后開采其他地區(qū)礦產(chǎn)資源也具有一定的理論指導(dǎo)意義。