高飛，徐柳，楊芝廣，羅思賢，李龍，張開林

紅格、蘭尖、朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX繩索取心式液動錘生產試驗及推廣應用

高飛，徐柳，楊芝廣，羅思賢，李龍，張開林

（四川省地質礦產開發(fā)局106地質隊，四川 溫江 611130）

攀西釩鈦磁鐵礦區(qū)深部及外圍普查項目實施中，在破碎、堅硬、打滑地層鉆進及大斷層、斷層破碎帶穿越，使用普通繩索取心鉆進，施工周期、效率、效益都受到嚴重影響。項目組嘗試多種新型鉆進技術工藝及技術關鍵，2013年優(yōu)選國土資源部勘探技術研究所研制的SYZX96和SYZX75繩索取心式液動錘，集繩索取芯與液動沖擊回轉鉆進為一體，在堅硬“打滑”地層和破碎地層中具有鉆進效率高、鉆孔質量好、巖芯采取率高、鉆探成本低，鉆進技術工藝等方面取得了突破性進展，達到了預期目的，值得推廣。

整裝勘查；破碎、堅硬、打滑地層；繩索取心式液動錘；

1 概述

攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦為我國特大型礦床，上世紀70年代和80年代就進行過勘查，取得了攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦的重大突破。為探明深部及外圍礦產儲量，從2010年8月起至2014年10月，實施了攀西釩鈦磁鐵礦區(qū)深部及外圍普查項目。

四年整裝勘查實施期間，實施鉆孔中對破碎、堅硬、打滑地層的鉆進，及大斷層、斷層破碎帶的穿越，使用普通繩索取心鉆進時，施工周期、效率、效益都受到嚴重影響。我隊探礦技術組探尋、嘗試各種新型鉆進技術工藝。在總結以往技術方法，圍繞技術關鍵，發(fā)揮我隊在金剛石沖擊回轉鉆進技術方面的優(yōu)勢；并在2013年優(yōu)選國土資源部勘探技術研究所研制的SYZX96和SYZX75繩索取心式液動錘，在四川省鹽邊縣、會理縣紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)深部及外圍普查和四川省攀枝花市攀鋼蘭尖、朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)延伸勘探項目中，進行生產試驗及推廣應用，施工鉆孔20個，累計完成工作量8 224.70m。生產試驗及推廣應用數據反應，在鉆孔質量、鉆探效率取得突破性進展。效果明顯、經濟效益良好，達到了預期目的。

通過生產試驗及推廣應用工作，SYZX96和SYZX75繩索取心式液動錘在兩礦區(qū)完成的鉆探主要工作量及技術經濟指標見表1。

表1 SYZX系列繩取液動錘兩礦區(qū)完成工作量情況

2 礦區(qū)地質條件

2.1 紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)

位于鹽邊縣城南西225°方向，平距約13km。地理坐標：東徑101°59′25″，北緯26°37′37″，面積13.63km2。

詳查工作針對紅格釩鈦磁鐵礦深部及近其外圍，分布于紅格基性—超基性賦礦巖體中南段。

區(qū)內出露地層主要有：

第四系（Q）：河流沖積、重力堆積、坡洪積、殘坡積等。堆積層為粘土、砂、礫石等；厚度幾米至數十米。

第三系昔格達組（N2X）：為湖相及小型盆地沉積?；疑?、灰白色粘土巖、砂質頁巖、粉砂質巖互層。中部夾炭質頁巖，底部具一至數米厚雜性礫巖組成。與下伏巖層呈角度不整合接觸，厚度數米到226m。

二疊系峨眉山玄武巖（P2）：為一套暗綠色、灰綠色熔巖，凝灰?guī)r及火山角礫巖組成。具斑狀、塊狀、氣孔狀構造?？拷V巖體處常有含礦巖體的俘虜體，具輝綠結構的玄武巖（輝綠輝長巖）呈巖枝、巖脈貫入含礦巖體之中。

震旦系燈影組（Zbdn）：上部為灰白色、灰色薄至中厚層大理巖夾長巖砂巖，下部為灰至灰白色白云質灰?guī)r、結晶灰?guī)r夾大理巖、石英砂巖，多構成含礦巖體底板或含礦巖體侵入于大理巖之中，厚度415～804m。

礦區(qū)位于川滇南北向構造之昔格達與安寧河兩大斷裂帶間的“地塊”，分布在米易至紅格地段。含礦體受昔格達斷裂的控制。南北向壓扭性斷裂多次活動的區(qū)域構造背景，反咉本區(qū)經受了不同時期、不同性質、不同規(guī)模的復雜的構造運動及相關構造形跡廣泛發(fā)育，形成斷層多、長，斷裂破碎帶寬的特征。主干斷裂自東向西由密變稀，呈舒緩波狀南北向展布，斷裂結構面力學性質較為復雜，一般傾向東、陡傾角，多呈現壓扭性跡象。強裂的地質構造運動，造成了破碎地層、漏水、涌水、斷層等的鉆探技術需解決的難題。

礦區(qū)巖漿巖主要有輝綠輝長巖（具輝綠輝長巖結構的玄武巖）、輝綠巖、正長巖、花崗巖，峨眉山玄武巖、花崗閃長巖、石英二長巖等。

2.2 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)

位于攀枝花市北東33°方向東區(qū)銀江鎮(zhèn)境內，直距約11km。中心地理坐標：東徑101°41′00″～101°46′30″，北緯26°35′00″～26°39′30″。

礦區(qū)地質構造極其復雜，東部及中部位于揚子陸塊西南緣，包括鹽源-麗江前陸逆沖-推覆帶（龍門山-錦屏山陸內造山帶）、康滇地塊、上揚子地塊三部分。中部的康滇地塊（康滇地軸）演化歷史長，構造最為復雜，由磨盤山、安寧河、小江等南北向斷裂帶與其間的基底和蓋層組成，由結晶基底、褶皺基底和蓋層構成三層結構。主構造線分別為近東西向（卵形）和近南北向，分別定型于印支期和晉寧期；蓋層構造以南北向較寬緩褶皺和斷裂為主，定型于喜馬拉雅期。

區(qū)內以南北向構造占主導地位，其次為東西向構造。南北向構造在區(qū)內為一系列南北向或近于南北向斷裂或斷裂帶及南北向褶皺組成，同時發(fā)育一系列北北東向、北北西向剪切斷裂，構成南北構造帶。這個構造帶發(fā)生于晉寧期，經歷了澄江期、加里東期、華力西期、印支期和燕山期等，形成以褶皺及沖斷裂為主的南北向先張后壓構造帶。構造帶斷裂主要有金河—箐河斷裂、攀枝花斷裂、昔格達斷裂、安寧河斷裂等。

攀枝花釩鈦磁鐵礦賦存于華里西期攀枝花層狀輝長巖體中，受斷裂控制。走向為北東（NE30°），傾向北西，傾角一般40°～60°，巖體長約19km，出露寬度2～3km，面積約40km2。含礦巖體規(guī)模較大，釩鈦磁鐵礦規(guī)模巨大，呈似層狀礦體，層位穩(wěn)定，自東北向西南可分為朱家包包、蘭家火山、尖包包、倒馬坎、公山、納拉箐等六個礦段，其中朱家包包、蘭家火山、尖包包三個礦段礦層厚、質量好，占全區(qū)儲量95%，是主要開采對象。

3 SYXZ液動錘沖擊回轉鉆進技術條件與技術措施

3.1 鉆探設備

鉆機：HXY-6、HXY-5、XY-44、XY-4

鉆塔：SGZ18、SGZ13

泥漿泵：BW300、BW250

繩取絞車：1000m、1500m、2000m絞車

繩取夾持器：自重式、木馬式

動力：6108型、295型、1115型

鉆桿：SA75ZD、SA95

表2 SYZX繩索取心式液動錘鉆具主要技術性能參數

3.2 繩索取心金剛石液動沖擊回轉鉆進技術

繩索取心鉆探以其少提大鉆增加純鉆進時間，提高臺月效率，減輕勞動強度等優(yōu)勢獲得廣泛的應用。存在破碎巖層巖心易堵塞，回次進尺短，打撈頻繁，純鉆進時間少，臺月效率低等問題；繩索取心鉆探用鉆頭因底唇面較厚，刻取巖石面積較大，尤其鉆進堅硬打滑巖層，效率低下。是待解決的突出問題。

我隊“七五”期間完成地礦部重點科研項目“液動沖擊回轉鉆進配套工藝研究及大規(guī)模推廣使用”和“八五”期間完成四川地礦局“四川巖金礦鉆探取心配套技術的研究與應用”項目。先后在釩鈦磁鐵礦、錳礦、銅鎳礦、鋁土礦、石墨礦、富鐵礦、巖金礦大小11個礦區(qū)應用，累計完成鉆探工作量152 258m，鉆孔367個。鉆孔質量及鉆進效率得到大幅度提高，普通金剛石液動沖擊回轉鉆探技術是我隊的主要優(yōu)勢與強項。本項目研究應用是將這一先進鉆探技術，擴大應用到繩索取心鉆探技術上;使繩索取心技術與液動沖擊回轉技術有機相結合，進一步提升鉆孔質量及鉆進效率，使鉆探技術再上臺階。

首先，對我隊原使用的傳統(tǒng)ZF-56型正作用、SX-56型雙作用、SX-75型雙作用、YZ-75單作用沖擊器進行分選。我隊技術人員、現場員工對其使用調試、操作比較熟練;但只能適用于普通金剛石鉆探技術，不能用于繩索取心技術;限制其作用發(fā)揮。因而，我隊2013年引進國土資源部勘探技術研究所采用、取得兩項專利并經科鉆1號井5000m深度3000余米鉆探進尺檢驗的YZX系列液動錘與繩索取心相結合，研制出SYZX96和SYZX75繩索取心液動錘技術。其主要技術性能參數如表2。

SYZK75和SYZX96繩索取心液動錘的基本結構和工作原理相同，只是尺寸有所不同。整套鉆具分為雙管和打撈器兩部分。

1）雙管包括外管總成和內管總成。外管總成含彈卡擋頭、彈卡室、上擴孔器（內裝上扶正環(huán)）、上外管、承沖環(huán)接頭（內裝承沖環(huán)）、下外管、下擴孔器（內裝下扶正環(huán)）和鉆頭；內管總成包括打撈、彈卡、沖擊（YZX液動錘）、傳功和到位報信、緩沖、單動、上下分離、調節(jié)、巖心容納及卡取巖心等機構組成。各機構的工作原理詳見“SYZX系列繩索取心式液動錘使用指南”。

2）打撈器部分，打撈器與同規(guī)格繩索取心用打撈器相同。

SYZX繩索取心液動錘鉆具的使用方法跟同規(guī)格繩索取心鉆進基本相同，只是在鉆進參數的選擇上略有不同：

1）為使打撈工作能順利進行，打撈開始前應開泵循環(huán)。防止巖粉沉在承沖環(huán)和傳功環(huán)之間，致使兩者無法分開，導致打撈失敗。

2）當打撈器接近內管總成時，要適當減速，以防撈矛頭和打撈鉤受到過大的沖擊力而損壞。當打撈器落在內管總成上端時，孔口能聽到輕微撞擊聲，即可開始緩慢提升。在內管總成提動后，再按正常速度提升。此時，如果鉆桿內有大量的沖洗液流出，說明已打撈成功，否則應停止提升，重新打撈。

3）從內管取出巖心時，可從卡簧座或調節(jié)接頭卸開，用橡膠錘或木錘輕敲內管，切勿用鐵器敲打，以免內管產生凹坑，在鉆進時影響巖心進入；取出巖心后，要清洗和檢查內管總成，然后重新組裝、備用。

4）在正?？讜r，可以將內管總成從孔口處往鉆桿里投放，然后接機上鉆桿，開大泵量用沖洗液往下壓送，當泵壓突然升高—液動錘正常工作，表明內管總成已經到位，可以開始正常鉆進。

5）在漏失地層鉆進時，應先往孔內注入沖洗液，等液面升到正常位置時再投放。如鉆孔嚴重漏失，孔內無沖洗液（干孔）或液面很低（半干孔），應用打撈器將內管總成送入，以免撞壞鉆具和鉆頭，造成事故。

6）選擇鉆進參數時，繩索取心液動錘鉆進和普通的繩索取心鉆進，均為金剛石鉆進，故所用鉆壓、轉速基本相同或略低于普通繩索取心鉆進。一般鉆壓為8～12KN，最大鉆壓不超過15KN。嚴禁為了增加機械鉆速而一味加大鉆壓。

泵量與泵壓：繩索取心液動錘鉆進中的液動錘靠泥漿泵輸出的高壓液流驅動，在其工作范圍內泵量越大，沖擊頻率、沖擊功也越高，所以在泥漿泵及鉆孔條件允許情況下，最好選用較大的泵量。隨著鉆孔深度的增加，鉆孔環(huán)狀空間產生的壓力降增大，為保證液動錘正常工作，可適當降低泵量。泵壓的適用范圍為0.5～4.5MPa。但是，在適應孔內其他鉆進因素要求的情況下，隨著孔深的增加，同樣的地層鉆進所需的沖擊功也會增加，因此在深部孔段施工中應盡量使液動錘的泵壓保持在工作范圍的較高值。

SYZX繩索取心液動錘對沖洗液的要求：沖洗液以清水+潤滑劑（無固相泥漿）為佳，低固相泥漿次之，即沖洗液中的固相含量越低，液動錘中的運動副磨損越慢，壽命越長，因此現場最好配備泥漿凈化設備。沒有，則應盡可能增加泥漿沉淀回路長度，同時使泥漿泵進水的蓮蓬頭靠近泥漿液面。如果泥漿中需加入膨潤土等或高分子材料，則必須將泥漿攪拌均勻后才可使用。特別注意：因液動錘中運動副配合間隙很小，因此泥漿中禁止加入鋸末、錦籽殼、堵漏王等堵漏材料，同時注意泥漿的維護，及時將樹葉、塑料碎片、線頭等砸不斷、擠不爛的物質清理干凈。

4 SYZX繩索取心液動錘生產試驗情況及技術經濟效果

按照項目實施的安排，2013年下半年首先在紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)ZK13202鉆孔和ZK11424鉆孔采用SYZX96繩索取心液動錘進行小規(guī)模的生產試驗，現場試驗記錄的數據來看，使用效果非常好。通過研究分析，總結完善，2014年在紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)和攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)同時進行大規(guī)模生產應用試驗，通過進一步的檢驗應用，證明其先進性、優(yōu)越性，同時也獲得良好的技術經濟效果。

4.1 SYZX繩索取心液動錘單孔試驗鉆進與普通繩索取心單孔鉆進各項技術指標綜合對比見表3、表4:

表3 紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)不同鉆進方法試驗對比

表4 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)不同鉆進方法的生產應用對比

4.2 SYZX96和SYZX75繩索取心液動錘在兩礦區(qū)純沖擊回轉鉆進各項技術指標

表5、表6、表7反映紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)、攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)、攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)試驗完成情況:

表5 紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)試驗完成情況

表6 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX96生產應用完成情況

表7 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX75生產應用完成情況

4.3 取得綜合技術效果

在兩大釩鈦磁鐵礦區(qū)巖心鉆探中，應用SYZX系列繩索取心式液動錘回轉鉆進技術，對解決鉆探技術存在問題，取得明顯的綜合技術效果。

1）由于繩索取心沖擊回轉鉆進，其沖擊力量始終保持沿鉆孔軸線作功，能減小巖石各向異性造成的鉆孔彎曲機率，對各向異性的地層，有效地降低鉆孔彎曲，因此，在兩礦區(qū)施工的鉆孔中，均設有出現鉆孔彎曲超差的問題。

2）由于繩索取心沖擊回轉基本上消除了巖心堵塞，特別是破碎地層，避免了因堵塞造成的磨損，增加了回次進尺長度，提高了時間有效利用率；再配合優(yōu)質沖洗液形成的吸附膠膜與隔水護壁作用，能起到良好的護心作用，合理的鉆具結構，避免沖蝕，也不改選形成的巖礦心的分選，采取率都能達到90%以上，且品質高、代表性強。

3）較高的能量利用率。由硬度較高的礦物和膠結物質組成的8~9級以上的巖石，它的物理力度性質而言，抗壓強度高脆性大，在沖擊荷載作用下，受較小的沖擊功即可破碎。因此，巖石的動硬度變比靜應變更大，而沖擊荷載可以以較小的沖擊功產生很大的破碎力，這就是SYZX系列繩索取心液動沖擊器在高硬度地層中鉆進的突出優(yōu)點。

4）經過生產試驗應用綜合數據對比，SYZX系列繩索取心液動錘相比普通繩索取心鉆進，純鉆進時效提高35%以上，最高班進尺達到67.20m，回次進尺增加30%以上，成本降低15%以上，臺月效率提高30%以上，鉆頭使用壽命提高25%以上。

5）通過現場使用情況來看，該系列繩索取心沖擊器地層適應性強，對沖洗液的適應性也較強，工作穩(wěn)定性可靠性較高，易損件較少，能夠更好的適應野外環(huán)境。

4.4 結論

1）繩索取芯液動錘是集繩索取芯與液動沖擊回轉鉆進為一體的較新鉆探技術，在堅硬“打滑”地層和破碎地層中具有鉆進效率高、鉆孔質量好、巖芯采取率高、鉆探成本低等優(yōu)點，是值得推廣的高效鉆進新技術。

2）繩索取芯液動錘結構簡單，工作穩(wěn)定可靠，使用維修方便，易于推廣。

3）繩索取芯液動錘的推廣應用，優(yōu)質孔率增加，能取得良好的經濟和社會效益。

[1] 中華人民共和國地質礦產部．巖芯鉆探規(guī)程[M]．1982．

[2] 黃漢仁，楊坤鵬，羅平亞．泥漿工藝原理[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1981．

[3] 耿瑞倫，馮國強．液動錘技術及其應用前景[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2001(01)：32-33．

[4] 郭天齡，郭珺．全自動液動衍架密閉裝車鶴管的應用[J]．甘肅科技，2008(18)：13-14.

[5] 幸福安．地礦部液動沖擊回轉鉆探推廣近況[J]．探礦工程．1992(02)：1-2.

[6] 幸福安．我國液動沖擊回轉鉆探技術發(fā)展綜述[J]．探礦工程．1991(02)：25-28.

[7] 殷琨，菅志軍，蔣榮慶．大沖擊功液動錘的研究及其應用[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)，1996(04)：8-10.

[8] 朱同．液動沖擊回轉鉆探新技術[J]．勘察科學技術．1992(05)：22.

[9] 陳協(xié)理．液動沖擊回轉鉆探技術在紫金山礦區(qū)的應用[J]．探礦工程．1992(03)：36-38.

[10] 高興華．鉆探技術在深部礦產勘查的應用分析[J]．科技創(chuàng)業(yè)家．2013(13)：144.

[11] 趙煒．鉆探技術在深部礦產勘查的應用[J]．中國新技術新產品．2011(04)：127-128.

[12] 賴慧明．深部礦產勘查中鉆探技術的應用分析[J]．建材與裝飾．2016(30)：217-218.

[13] 推廣液動沖擊回轉鉆探的幾個主要問題及對策[J]．王人杰．探礦工程．1987(01)：9-13+8.

[14] 液動沖擊回轉鉆探設備與工藝[J]．王人杰，幸福安，楊大根，劉瑋．探礦工程．1985(05)：37-39.

[15] 王人杰，蘇長壽．我國液動沖擊回轉鉆探的回顧與展望[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)．1999(S1)：140-145.

[16] 單玉清．基巖回轉鉆探中巖層富水性的判斷[J]．工程勘察．1980(06)：23-24.

[17] И.А.特魯索夫，A.M.科帕契夫，劉彥德．沖擊回轉鉆探用БУК-75型新式鉆機[J]．探礦工程．1958(01)：32-34.

Production Test and Application of SYXZ Wire-Line Coring Hydro-Hammer in Hongge, Lanjian and Zhujiabaobao Ore Districts

GAO Fei XU Liu YANG Zhi-guang LUO Si-xian LI Long ZHANG Kai-lin

(No.106 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611130)

Production Test of SYXZ wire-line coring hydro-hammer carried in Yanbian, Hongge, Lanjian and Zhujiabaobao ore districts and so on in 2013 has achieved good results. Integrating the wire-line coring with the hydraulic impact rotary drilling, The SYXZ wire-line coring hydro-hammer is characterized by high drilling efficiency, good drilling quality, high core recovery rate and low drilling cost in drilling in hard -"slip" formation and fractured formation.

hard -"slip" and fractured formation; wire-line coring hydro-hammer; production test

2018-12-31

高飛（1984—），男，江蘇淮安人，工程師，研究方向：巖心鉆探施工

P642

A

1006-0995（2020）01-0068-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.015