何 文，張 航

（云南省有色地質(zhì)局三0八隊(duì)，云南 個舊 661000）

1 工程概況

2018年8月，云南省香格里拉紅牛銅礦為探明銅礦資源儲量，同時為指導(dǎo)礦山開采，委托筆者單位--云南省有色地質(zhì)局三0八隊(duì)進(jìn)行坑內(nèi)鉆探施工工作。本次工程設(shè)計坑內(nèi)鉆探6293m/99孔，平均設(shè)計孔深63.56m；該批鉆孔主要以0°水平孔為主，有少部分下斜孔和上斜孔，最大角度分別為-42°和+55°，最深設(shè)計鉆孔180m，施工地點(diǎn)均位于巷道中。

2 鉆探設(shè)備和器具的選擇

由于本次工程設(shè)計鉆孔多數(shù)為深度較淺的水平孔和上斜孔，結(jié)合筆者單位多年坑內(nèi)鉆施工經(jīng)驗(yàn)，配套的主要設(shè)備有KD-300型全液壓坑道鉆機(jī)，NQ（75mm）水平孔繩索取心鉆具及附屬裝置，1.5mNQ繩索鉆桿，BW－250型泥漿泵，金剛石繩索取心鉆頭和擴(kuò)孔器。

2.1 KD-300型全液壓坑道鉆機(jī)

KD-300型全液壓坑道鉆機(jī)是一臺能施工300m（φ75mm）以內(nèi)鉆孔的設(shè)備，可滿足多角度鉆孔施工，主要特點(diǎn)有：

（1）采用全液壓動力頭頂驅(qū)動結(jié)構(gòu)，動力頭的通孔直徑大，適用于各種鉆進(jìn)方法。

（2）鉆機(jī)可分為主機(jī)，泵站，操縱臺三部分，分體性好，搬運(yùn)方便。

（3）鉆機(jī)具有較高轉(zhuǎn)速和合理的轉(zhuǎn)速范圍，能滿足小口徑金剛石鉆進(jìn)，繩索取芯鉆進(jìn)，大口徑硬質(zhì)合鉆進(jìn)及其他工程孔鉆進(jìn)。

（4）液壓系統(tǒng)采用雙泵供油系統(tǒng)，效率高，功率損失小。

（5）給進(jìn)系統(tǒng)中，液壓缸直接給進(jìn)與起拔鉆具，給進(jìn)起拔能力大。可調(diào)節(jié)給進(jìn)壓力給進(jìn)速度，以適應(yīng)各不同地層鉆進(jìn)需要。

（6）鉆進(jìn)，拉送鉆具及接卸鉆具由卡盤，夾持器，液壓給進(jìn)缸聯(lián)動實(shí)現(xiàn)，操縱簡便，機(jī)械化程度高。

（7）操縱臺集中控制，操縱簡便，人員遠(yuǎn)離孔口，有利于人身安全。

2.2 NQ （75mm）水平孔繩索取心鉆具

坑內(nèi)水平孔或上斜孔鉆進(jìn)若想采用繩索取芯工藝，最大的難點(diǎn)在于如何下放內(nèi)管總成和打撈器。正常的下斜孔鉆進(jìn)中，內(nèi)管總成和打撈器可以通過重力自由下放，而水平孔鉆進(jìn)則無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。NQ（75mm）水平孔繩索取心鉆具（如圖1）則通過水力（泵壓）輸送內(nèi)管及打撈器，完美解決了上述難點(diǎn)。另外水平孔鉆進(jìn)鉆具的軸線與重力方向垂直，受力情況明顯較差，易出現(xiàn)彈卡定位不可靠、撈矛頭偏移致使打撈失敗等問題，因此該鉆具設(shè)計了撈矛頭持心裝置及復(fù)合彈卡定位結(jié)構(gòu)來解決此問題。

圖1 NQ（75mm）水平孔繩索取心鉆具

2.3 鉆具附屬裝置

鉆具附屬裝置設(shè)計了水力輸送打撈器(如圖2)和通纜式水接頭(如圖3)，采用高壓泥漿來泵送和打撈內(nèi)管總成。首先將鋼絲繩穿過通纜式水接頭，連接在水力輸送打撈器的繩卡套上，然后將打撈器放入鉆桿內(nèi)，接好水接頭，開動泥漿泵實(shí)現(xiàn)輸送。通纜式水接頭對鋼絲繩的通過起密封作用，密封件為橡膠墊，壓塊起到定位和保護(hù)橡膠墊的作用。

圖2 水力輸送打撈器

圖3 通纜式水接頭

2.4 BW-250型泥漿泵

此次工程中配備了BW-250型泥漿泵，是地質(zhì)巖心鉆探施工中較為常用的設(shè)備。該泵為臥式三缸往復(fù)單作用活塞泵，有兩種缸徑和四檔速度。具有壓力高、泵量大、操作靈活、便于搬遷的特點(diǎn)，能夠完全滿足此次水平孔、上斜孔施工中輸送內(nèi)管及正常鉆進(jìn)的要求。

2.5 NQ （1.5m）繩索鉆桿

水平孔鉆進(jìn)時，由于鉆桿軸線與重力方向垂直，鉆桿緊貼下孔壁回轉(zhuǎn)，摩擦阻力較大，與垂直孔相比，所承受的扭矩要大得多，鉆桿磨損也較嚴(yán)重。同時由于受坑道尺寸限制，傳統(tǒng)的3m長繩索鉆桿無法滿足施工條件，因此在該工程中我們采用了金石鉆探（唐山）股份有限公司生產(chǎn)的1.5m繩索加強(qiáng)鉆桿，該鉆桿比普通的繩索取心鉆桿壁厚，有更高的強(qiáng)度和耐磨性。

2.6 鉆頭與擴(kuò)孔器

由于常規(guī)的NQ鉆桿外徑為70mm，鉆頭方面選擇了配套的NQ金剛石鉆頭和NQ金剛石擴(kuò)孔器，鉆頭外徑為75mm，擴(kuò)孔器外徑為77.7mm，保證合理的孔徑?？紤]到鉆進(jìn)地層以灰?guī)r為主，巖石硬度為中硬，因此鉆頭胎體硬度以HRC20-25為主。

3 施工工藝參數(shù)

3.1 沖洗液（泥漿）選擇

由于紅牛礦區(qū)施工的巖石以灰?guī)r為主，地層較完整穩(wěn)定，因此選擇聚丙烯酰胺+高效潤滑劑作為沖洗介質(zhì)。一是能更好的冷卻鉆頭、排除孔內(nèi)巖粉；二是能有效潤滑鉆具與鉆桿，改善鉆桿與孔壁的摩擦作用，延長鉆頭、鉆桿壽命，提高施工效率；三是與傳統(tǒng)的膨潤土粉+植物膠配置的泥漿相比，用量少、成本低。

3.2 鉆壓、轉(zhuǎn)速及泵量的選擇

在合理范圍內(nèi)，鉆壓越大，鉆進(jìn)速度越快；但過大的鉆壓易使金剛石鉆頭消耗加劇，甚至產(chǎn)生金剛砂脫落及胎體崩壞等情況，反而影響施工效率。所以在該工程中，鉆壓在易鉆地層中基本選擇在9-12KN，在個別堅硬地層時12-18KN。

通常情況下，繩索取心鉆進(jìn)需要通過高轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)高效率鉆進(jìn)的目的，但與下斜孔鉆進(jìn)不同的是，水平孔鉆進(jìn)過程中由于鉆桿與孔壁產(chǎn)生的摩擦較大，過高的轉(zhuǎn)速會加劇鉆桿磨損，導(dǎo)致斷鉆事故的發(fā)生。所以在該工程中，轉(zhuǎn)速一般控制在267-574 r/min，并且隨孔深增加而降低。

在該工程中，由于鉆孔孔深不大，泥漿泵的泵量選擇一般為52L/min或90L/min，泵送和打撈內(nèi)管總成時，為了提高效率，泵量適當(dāng)調(diào)大。

3.3 其他工藝參數(shù)選擇

鉆孔開孔時，由于受巷道尺寸的限制，一般采用普通金剛石單管短鉆具進(jìn)行開孔鉆進(jìn)，鉆至5m左右換用NQ（75mm）水平孔繩索取心鉆具一鉆到底。

4 施工情況小結(jié)

該工程于2018年11月20日開鉆，2019年5月21日竣工，共計完成鉆孔66個（其中水平孔51個，上斜孔10個，下斜孔5個），鉆探進(jìn)尺合計4049.53m（平均孔深61.36m），鉆孔平均取芯率達(dá)到90%以上。同時，施工進(jìn)度比預(yù)期提前1個月完成任務(wù)，獲得了業(yè)主方的較高評價。

通過該工程的實(shí)施，得出以下幾點(diǎn)小結(jié)：

（1）此次工程采用KD-300型全液壓坑道鉆機(jī)、NQ（75mm）水平孔繩索鉆具鉆桿以及BW-250型泥漿泵等設(shè)備，同時選擇合理的施工工藝，能較好的適應(yīng)云南香格里拉紅牛礦區(qū)的坑道內(nèi)鉆探工作。

（2）用坑道鉆探代替地表鉆探對礦區(qū)進(jìn)行勘探，可以避免破壞地表覆蓋層和避開淺部采空區(qū)，既節(jié)省鉆探工程量，又可簡化鉆探工藝，加快工作進(jìn)度，降低成本。

（3）水平孔繩索取心鉆探工藝與傳統(tǒng)的普鉆工藝相比，省去了起下鉆打撈巖心的工序，不僅能減輕勞動強(qiáng)度，還能減少鉆進(jìn)輔助時間，極大的提高了施工效率。

（4）隨著鉆探技術(shù)的不斷進(jìn)步，水平孔繩索取心鉆探工藝將會有更好的改善，并在今后的坑道勘探工作中應(yīng)用越來越廣。