張靖超

（甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局白銀礦產(chǎn)勘查院，甘肅 白銀 730900）

近年來，在經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展背景下，我國的地質(zhì)行業(yè)也呈現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭，與此同時，隨著科學(xué)技術(shù)的快速推進(jìn)，深部找礦與合理鉆探對我國深孔鉆探技術(shù)普及應(yīng)用起到了重要的推動作用。當(dāng)前，深部地質(zhì)巖心鉆探也面臨著空

前的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，現(xiàn)如今，在我國地質(zhì)科研項目當(dāng)中，地表以下5000m智能地質(zhì)鉆探技術(shù)裝備應(yīng)用成為當(dāng)前的研發(fā)重點。而開展深部鉆探施工過程當(dāng)中，科學(xué)合理的設(shè)計探探鉆孔結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，同時，此項工作對于孔內(nèi)鉆探情況正確判斷與鉆孔結(jié)構(gòu)合理調(diào)整，增加經(jīng)濟(jì)效益也有著非常重要的現(xiàn)實意義?；诖?，在工作實踐當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合以往深部鉆探施工工作經(jīng)驗，對深部地質(zhì)鉆探鉆孔設(shè)計和施工進(jìn)行詳細(xì)分析和研究[1]。下文當(dāng)中結(jié)合長期以來礦山深部鉆探施工工作經(jīng)驗，詳細(xì)分析了礦山深部地質(zhì)鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工，認(rèn)真歸納總結(jié)了廣泛應(yīng)用的幾種鉆孔結(jié)構(gòu)開展程序，主要包括下面幾種類型：在進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測和具體差異性

較小的工區(qū)，結(jié)合工作經(jīng)驗與施工方法，提高施工針對性；在沒有對深部地層復(fù)雜情況有效預(yù)測的情況下，運用探索、擴(kuò)孔，并結(jié)合實際情況，合理調(diào)整鉆孔結(jié)構(gòu)的施工方法；運用大口徑進(jìn)行鉆進(jìn)的施工方法。希望通過本文對礦山深部地質(zhì)鉆探鉆孔設(shè)計與施工分析和研究，能夠為礦山深部地質(zhì)鉆探施工提供借鑒和參考。

1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)對以下原則認(rèn)真遵守，這樣才能確保設(shè)計更加的科學(xué)與合理，具體的原則包括下面幾點：①控制長孔斷的復(fù)雜地形，使孔壁孔內(nèi)安全性和穩(wěn)定性得到有效保障；②一般而言，鉆柱組成、施工設(shè)計能力需求應(yīng)當(dāng)?shù)玫綐O大程度的滿足；③設(shè)計過程當(dāng)中還應(yīng)當(dāng)控制和減少施工成本投入，保證施工安全穩(wěn)定，確保施工效率和施工水平；④有效簡化施工過程當(dāng)中的鉆孔設(shè)備，使其級數(shù)得到有效縮減，使鉆孔結(jié)構(gòu)更加的簡化；⑤確保地址設(shè)計要求，穿礦口徑、終孔直徑可以達(dá)到相應(yīng)水平，確保礦山深部鉆探施工要求。

2 深孔鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要依據(jù)

在具體進(jìn)行鉆探施工時，常常遇到十分復(fù)雜而又多樣性的低層，極大的增加了施工難度，延長施工時間，成本也不斷加大，所以對于鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，必須要充分遵循安全性的原則，首先應(yīng)當(dāng)全面考慮以下幾個方面。

（1）地層情況。設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)的最重要的目的，是確保過程當(dāng)中上方孔段穩(wěn)定而又安全，確保鉆探施工順利開展，保證鉆探施工和預(yù)期設(shè)計相符。而地層情況直接影響著孔壁穩(wěn)定性，所以在對礦山深部地質(zhì)鉆探施工進(jìn)行設(shè)計過程當(dāng)中，必須要充分的考慮地質(zhì)構(gòu)造特點，同時分析地層結(jié)構(gòu)特點，分析巖石物理性質(zhì)，工作全面的參考這些信息資料，之后再開展科學(xué)合理的設(shè)計工作[2]。通過對地質(zhì)報告展開全面的分析和研究，針對一些鉆探施工過程當(dāng)中具有較高難度系數(shù)，施工過程當(dāng)中容易發(fā)生遺漏、粘附、坍塌等不良施工地質(zhì)問題時，應(yīng)當(dāng)運用套管進(jìn)行隔離，確保施工順利開展，保證安全性。特別是地質(zhì)構(gòu)造層、軟巖層、一些松散的地層、覆蓋層等地段，必須要下套管進(jìn)行隔離。如果鉆探施工過程當(dāng)中上方孔段安全性不高并且存在較大厚度的，便可以下入下層套管，設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)過程當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)對級數(shù)充分明確，有的巖石具有非常大的強(qiáng)度，同時具有很好的地層狀態(tài)，保護(hù)鉆孔孔壁難度較低時，則不需要運用套管進(jìn)行護(hù)壁，所以所以鉆探施工過程當(dāng)中，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要全面綜合的考慮。

（2）終孔口徑和孔深。對于終孔口徑而言，主要是指能夠確保地質(zhì)要求的最小口徑，在對套管級數(shù)充分明確的前提下，地質(zhì)條件以及終孔孔徑面對鉆頭與各級套管起著決定性的作用，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當(dāng)中[3]?？咨钆c其有著非常密切的聯(lián)系，鉆孔深度和鉆探狀態(tài)彼此呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)聯(lián)性，鉆孔深度越大鉆探施工過程當(dāng)中就會面臨更加復(fù)雜的情況，導(dǎo)致施工過程具有較長的耗時時間，而且孔壁也很難得到有效保護(hù)，極易發(fā)生損壞，為了避免孔壁穩(wěn)定性出現(xiàn)降低或者發(fā)生異常，影響后續(xù)施工工作的高效開展，當(dāng)鉆探到相應(yīng)深度時，合理的應(yīng)用套管就顯得越發(fā)重要起來，可以大幅提高隔離作用，保證孔壁安全性。

（3）礦區(qū)施工經(jīng)驗。和地質(zhì)設(shè)計不同的是，鉆探施工過程當(dāng)中，巖石工程力學(xué)是決定地層地質(zhì)情況的最主要的要素，這就是指工程力學(xué)的安全性與可靠性，正是受這些因素影響，在設(shè)計地質(zhì)報告過程當(dāng)中，有的預(yù)測可能不符合鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，面對這種情況，具有豐富的施工經(jīng)驗，將對鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量和效率起到關(guān)鍵性的影響，如有一個新的礦區(qū)需要多鉆孔施工，鄭孔，施工過程當(dāng)中面臨的復(fù)雜程度非常的高，此時便可對施工情況充分的進(jìn)行結(jié)合，展開全面的分析和研究，有效簡化轉(zhuǎn)孔結(jié)構(gòu)，如有的礦區(qū)在鉆探施工過程當(dāng)中有一個深度較深的狀況，便可將以往的鉆探施工資料充分分析和研究，對預(yù)導(dǎo)孔進(jìn)行設(shè)計[4,5]。

（4）設(shè)備和鉆具水平。為了保證鉆探施工效率和質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理的選擇孔深于終孔孔徑，而且鉆探施工過程當(dāng)中，口徑越大，越會使鉆探施工的難度進(jìn)一步增大，同時會影響鉆進(jìn)質(zhì)量和深度，對某個口徑轉(zhuǎn)進(jìn)深度也會帶來不利影響。而應(yīng)用具有較大設(shè)計深度設(shè)備進(jìn)行鉆探施工時，會影響鉆孔的結(jié)構(gòu)比較小。然而就目前來講，3km深鉆孔機(jī)目前應(yīng)用方面還不是非常的普遍，很多施工單位不具備相應(yīng)的條件。

選擇的鉆具組合與鉆孔結(jié)構(gòu)關(guān)系存在非常緊密的關(guān)聯(lián)性，首先就是鉆桿強(qiáng)度，針對某些深孔鉆探來講，倘若終孔直徑設(shè)置的較小，會造成鉆桿強(qiáng)度很難確保深孔扭距傳送要求，對其正常應(yīng)用也會造成不利影響，口徑與鉆桿彼此應(yīng)當(dāng)保證正相關(guān)的關(guān)系，定的鉆桿直徑也應(yīng)當(dāng)小，強(qiáng)度也應(yīng)適當(dāng)降低。和過去地質(zhì)鉆探類似，56mm口徑的鉆探工具應(yīng)用較為普遍。如果鉆孔深度較深，可以應(yīng)用75mm口徑的鉆探，口徑較大的繩索取芯，鉆探應(yīng)用不是非常的普遍。設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真檢查繩索，鉆具應(yīng)用的規(guī)格，如某孔徑鉆探施工可以通過繩索取芯鉆探進(jìn)行施工便能大幅提高鉆探深度，還能使提鉆取心工作量大幅減少。

（5）鉆桿直徑和套管內(nèi)外直徑的配合。由于鉆頭、套管在地質(zhì)巖心鉆探施工過程當(dāng)中，存在很小的配合間隙，而且目前廠家生產(chǎn)這些鉆頭過程當(dāng)中，缺少比較統(tǒng)一而又明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用的管材壁厚、管徑的外徑都有一定差異性存在，在計算過程當(dāng)中考慮鉆頭套管，然而卻不能通過，所以對設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)造成了很大的影響。

（6）要保留下方施工。在深孔鉆探施工過程當(dāng)中，多數(shù)問題沒有得到充分的分析和預(yù)測，有的時候需要調(diào)節(jié)鉆孔深度，根據(jù)終孔直徑大小，來對鉆孔結(jié)構(gòu)孔徑科學(xué)合理的設(shè)計，倘若有這些問題發(fā)生時，必須要及時的進(jìn)行應(yīng)對，為了使下方施工得到充分保留，可以將一些一級套管結(jié)構(gòu)增加啟動，運用較大一級的口徑完成終孔，還可以使成本大幅降低，避免發(fā)生浪費情況。

（7）與孔內(nèi)試驗測試儀器配合。深孔鉆探施工過程當(dāng)中，孔內(nèi)試驗機(jī)會非常多，所以應(yīng)當(dāng)詳細(xì)的分析測試儀器外徑以及選取的測試要求，如果觀測儀器能夠長期的進(jìn)行觀測，還應(yīng)當(dāng)對儀器在孔內(nèi)的安裝情況充分的考慮和分析。

（8）鉆探技術(shù)的方法和開展?？茖W(xué)合理的安排和利用套管，對于鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)揮著非常重要的作用，然而在實際施工過程當(dāng)中，不可以對套管兒完全的依賴，如果過分依賴，還可以引發(fā)鉆孔結(jié)構(gòu)更加的復(fù)雜化。所以必須要充分考慮地層條件，對于相應(yīng)的技術(shù)對策科學(xué)制定，如有的區(qū)域不適宜應(yīng)用繩索取芯鉆探，就必須要充分考慮下選擇其他的鉆進(jìn)對策。面對漏失地層，便可應(yīng)用套管隔離、水泥封孔、惰性材料堵漏等進(jìn)行應(yīng)對。

3 鉆孔結(jié)構(gòu)施工方法

（1）按設(shè)計施工法。這一方法應(yīng)用過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)充分了解地形特點，有的礦區(qū)工作人員經(jīng)驗比較充分，進(jìn)行地質(zhì)預(yù)測和具體情況差異性不大，在設(shè)計結(jié)構(gòu)過程當(dāng)中，也可以作為重要的參考，這種施工方法應(yīng)用也更加的廣泛，可以對鉆孔的信息資料全面的進(jìn)行收集，保證鉆孔施工達(dá)到相應(yīng)的質(zhì)量。

（2）探索施工法。在難以對底層復(fù)雜情況充分預(yù)測的時候，便可選擇探索施工法進(jìn)行鉆探，首先完成取心工作，然后結(jié)合復(fù)雜的地形情況進(jìn)行擴(kuò)孔，科學(xué)合理的調(diào)整孔內(nèi)結(jié)構(gòu)，和模糊認(rèn)識下層地層，大口徑取心效率，以及相同級別口徑效率有著非常大的差異性，倘若下級鉆進(jìn)遭遇問題之后，則具體情況必須要對以上一級口徑套管開展擴(kuò)孔工作，鉆進(jìn)到復(fù)雜孔段的底板，然后將套管下入其中。

（3）充分施工法。施施工過程當(dāng)中如果設(shè)備具有較高的能力，便可選擇大口徑方法向下進(jìn)行鉆進(jìn)，該方法稱之為充分施工法，有的施工區(qū)便可以充分考慮地質(zhì)情況的前提下，將其作為設(shè)計鉆孔結(jié)構(gòu)的重要參考。保證下部施工換徑空間非常充分，通過大口徑鉆進(jìn)應(yīng)用，提高鉆探深度達(dá)到終孔。