SYZX75型繩索取心液動錘在肅北德勒諾爾鐵礦區的應用

羅冠平

（福建省121地質大隊，福建龍巖 364021）

SYZX75型繩索取心液動錘在肅北德勒諾爾鐵礦區的應用

羅冠平

（福建省121地質大隊，福建龍巖 364021）

介紹了SYZX75型繩索取心液動錘在甘肅省肅北縣德勒諾爾鐵礦區堅硬、破碎地層中的應用情況，總結了該鉆具在斜孔施工中的經驗。實踐表明，使用SYZX75型繩索取心液動錘，大幅度提高了回次進尺和鉆進效率;有效克服了破碎地層的巖心堵塞，提高了破碎地層巖心采取率;有助于斜孔施工中的孔斜度控制。

SYZX75型繩索取心液動錘;破碎地層;斜孔;回次進尺;鉆進效率;巖心采取率

1 礦區概況

德勒諾爾-石板墩鐵礦區位于中祁連西段肅北縣境內野馬山一帶，平均海拔為4000 m，寒冷時間長，可施工時間短，自然條件極其惡劣。我隊自2009年6月起在該礦區施工，合計已完成鉆探工作量2.5萬m，探明該礦區含鐵礦石資源量達2億t以上。礦區巖層主要為千枚巖，其次為結晶石英巖、細砂巖等。上部60～80 m為風化凍土層。其地質構造發育，破碎帶地層復雜，巖石破碎、易坍塌，板巖破碎成泥狀，砂巖破碎成砂糖狀，巖（礦）心采取困難。礦區鉆孔設計深度300～1200 m，開孔傾角在60°～85°，要求巖石內鉆進巖（礦）心采取率≮75%，礦化帶、礦層與礦層頂底板5 m內巖心采取率≮85%。鉆孔終孔孔徑≮75 mm。要求斜孔每100 m鉆孔傾角≯2°。

2 施工難點

礦區地層破碎，取心困難，巖（礦）心堵塞內管，回次進尺少，打撈、下放內管成功率低，嚴重影響鉆進效率;礦層硬而碎，時效低，巖心采取率低，多次出現因巖（礦）心采取不足而補心;鉆孔設計傾角較大，孔斜度要求高，稍有不慎，就將造成孔斜，多個鉆孔因孔斜而降級，甚至報廢。

針對上述難題，通過調研，了解到SYZX系列繩索取心液動錘是在回轉鉆進的基礎上，通過對破碎巖石的鉆頭施加一定頻率的沖擊能量，來加速碎巖，提高鉆效。同時這一沖擊功還能很好地解決繩索取心鉆進破碎巖層中巖（礦）心堵塞問題，因而決定在該礦區試驗使用SYZX型繩索取心液動錘。

3 SYZX系列繩索取心液動錘

3.1 結構特點

SYZX系列繩索取心液動錘鉆具是由雙噴嘴復合式液動錘與繩索取心鉆具結合而成。液動錘采用了容積式工作原理，大幅度減小沖程阻力，從而使沖擊功較傳統的液動錘大幅度的提高。其結構特點主要有:

（1）雙噴嘴復合式結構減少密封副數量，運動件均采用金屬機械式密封，且錘內無易損壞的彈簧零件，提高了鉆具壽命;

（2）適應性強、穩定性好，密封接頭、閥、錘上的螺旋槽具有排沙及液壓定心作用，提高了液動錘對沖洗液的適應性，減輕摩擦阻力，整體工作更穩定;

（3）鉆進能力強，取消固定式節流環，采用容積式沖擊，擊砧水墊影響小，大幅度減小沖程阻力，有利于深孔鉆進作業。

3.2 工作原理

采用容積式沖擊工作原理，實現過程為內管到位于傳功環處定位，沖洗液流到承沖環時因密封受阻，被迫進入液動錘內，由于高壓驅動的沖洗液攜帶了強的液壓能，其通過液動錘的轉化能量機構驅動沖錘產生一定頻率的向下沖擊運動，迫使孔底的鉆頭實施沖擊碎巖，從而提高碎巖及鉆進效率。

投放液動錘內管總成到位后，送水即啟動液動錘，開始正常作業程序鉆進。采心時，當內管總成的下分離接頭打撈到孔口后，用墊叉將下分離頭叉住，擋環上移，將上、下分離接頭拆開，此時內管總成分成兩段，即可方便和安全地提出地表。當鉆具處于懸吊狀態時，沖洗液與鉆頭中心孔直接相通，此時送入小量沖洗液時液動錘以低頻小功率工作，可實現沖孔的目的。

3.3 性能參數

SYZX系列繩索取心液動錘鉆具的技術性能及與之配套的繩索取心鉆具型號如表1所列。

表1 SYZX繩索取心液動錘鉆具主要性能參數

4 SYZX75型繩索取心液動錘的應用

4.1 鉆孔結構

考慮到風化凍土層遇水便松散，為了防止孔斜，確保后續施工順利，開孔采用130 mm或110 mm單管干抓鉆進，穿過凍土層后下入127 mm或108 mm套管隔離，然后采用S95繩索取心鉆進穿過上部破碎、漏失層，下入89 mm套管隔離護壁，最后采用SYZX75型繩索取心液動錘配S75A鉆具鉆進至終孔。鉆孔結構如圖1所示。

圖1 ZK4005號鉆孔結構示意圖

4.2 設備和鉆具選型

為了滿足斜孔施工要求，施工鉆機主要選用全液壓動力頭式鉆機，其中進口的 Atlas Copco CS1000P6型全液壓鉆機1臺、山東探礦機械廠生產的XDF系列全液壓鉆機5臺。動力選型主要為上海強輝生產的 GFZ-100、GFZ-120、GFZ-150等型號柴油發電機組。泥漿泵和供水泵選用BW-250型。

繩索取心鉆桿主要選用普通型S95、S75及加強型S75A等。

4.3 主要護壁措施

上部凍土層、松散、破碎漏失層采用套管隔離，中部較完整孔段采用PHP-潤滑性型無固相沖洗液，下部礦層及其頂、底板采用植物膠無固相沖洗液護壁，坍塌、縮徑嚴重孔段采用低固相沖洗液護壁。

4.4 鉆進規程參數

為防止斜孔施工孔斜，要求鉆壓不能太大，一般控制在8～12 kN;斜孔施工中，為了減少鉆具磨損，要求沖洗液潤滑性能好，潤滑系數＜0.5，含砂量＜1%，同時轉速控制在250～600 r/min;繩索取心沖擊回轉鉆進中，液動錘靠泥漿泵產生的高壓液流驅動，在其工作范圍內泵量越大，沖擊頻率、沖擊功也越高，所以使用液動錘正常鉆進時，要求采用二擋泵量或三擋泵量（90～150 L/min），泵壓在4 MPa以上。

4.5 鉆孔防斜技術措施

（1）在安裝時，應嚴格按照設計方位角、頂角安裝，設備應安裝穩固，可靠，并保證鉆孔軸線、動力頭和主動鉆桿中心線在一條直線上;在施工中，要經常檢查主動鉆桿與孔口中心線是否一致。

（2）開孔干抓穿過凍土層時，應輕壓慢轉，并將回次進尺控制在0.5 m以內。

（3）換徑時應先打小眼，即采用變徑接頭連接同級鉆桿和小一級短管（0.5 m）及鉆頭，小眼形成后再下入技術套管。

（4）鉆進過程中換層時，均應減壓、減速鉆進。特別是在巖層傾角較大的情況下，要適當把鉆頭提起一定高度，反復鉆掃，通過上部孔徑的導正，使鉆頭在進入新的巖層界面時，保持鉆孔中心線不發生變化。

（5）應按要求50 m測斜一次，一經發現孔斜，及時糾正。

4.6 使用注意事項

（1）液動錘各部件制造精細，易磨損件多，因此要求泥漿含砂量低，施工中應加長泥漿循環槽，在循環槽中間多做幾個沉淀坑，勤撈砂，最好配備除砂器。

（2）每次提鉆一定要認真檢查液動錘各零部件，及時更換易損件。

（3）為了減少磨損，在投入內管總成前，應在上、下活塞密封處涂抹黃油。

（4）定期檢查傳功環外徑、承沖環內徑的磨損情況，比設計尺寸間隙（0.05～0.15 mm）大0.2～0.3 mm時應予以更換。

（5）應定期檢查下活塞沖擊面上的4個起振槽深度，若磨損變淺后，應用手砂輪加深加寬，否則會影響液動錘啟動。

5 應用效果分析

2010年6月起我隊開始在該礦區使用SYZX75型繩索取心液動錘，先后共進了4套，到10月，使用該型液動錘完成鉆探進尺近8000 m。表2為應用SYZX75型繩索取心液動錘效果統計數據表。

表2 甘肅德勒諾尓礦區應用SYZX75型繩索取心液動錘情況對比表

從表2中可以看出，使用繩索取心液動錘后，主要取得以下效果:

（1）回次進尺由原來的1 m左右提高到3 m，大幅度減少了單位進尺打撈和投放內管的操作次數。

（2）平均小時效率提高了46.6%，臺月效率提高了47.1%。由于繩索取心液動錘在繩索取心鉆具的基礎上增加了一定頻率的軸向沖擊作用，可減少巖心堵卡，使得鉆壓有效地作用在鉆頭上，同時還使金剛石回轉過程中產生了微沖擊體積破碎作用，增加了金剛石在同樣鉆壓情況下的壓入深度，提高了每轉的碎巖量，因而在提高機械鉆速方面表現明顯。

（3）巖（礦）心采取率有很大的提高，避免了因巖（礦）心采取率不足而造成補心。

（4）降低了鉆探成本，使用液動錘后，鉆孔單位成本降低了近30%。

（5）內管總成打撈成功率和投放到位率都達到了100%，很好地解決了破碎巖層中內管總成打撈、投放困難的問題。

6 存在問題及建議

（1）由于材質、淬火等因素影響，在高頻率、高泵壓的作用下，沖錘和砧子易損壞。

（2）在使用低固相泥漿時，由于其固相含量高，鉆具易損件磨損快，建議進一步提高易損件的耐磨強度，延長鉆具使用壽命。

（3）沖擊功未能充分發揮。由于護孔的需要工作泵量受到限制，如何更有效地提高液動錘的能量轉換，在小泵量條件下實現高沖擊功輸出還需要進一步研究。

7 結語

（1）繩索取心液動錘是集繩索取心與液動沖擊回轉鉆進為一體的國內最新鉆探技術，具有鉆進效率高、鉆孔質量好、巖心采取率高、鉆探成本低等諸多優點，不僅可以提高鉆進效率，還可以克服破碎地層的“堵心”和堅硬致密地層的打滑現象，同時可以有效防止孔斜。

（2）SYZX系列繩索取心液動錘具有結構簡單、啟動容易、工作穩定可靠、使用維修方便的特點，易于推廣應用。

（3）SYZX系列繩索取心液動錘適應性強，有利于深孔鉆進，是繩索取心鉆進技術向更高層次發展的必然趨勢，是一項值得推廣的高效新技術。

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Application of SYZX75 Wire-line Coring Hydro-hammer in Delenuoer Iron Deposit of Subei

LUO Guan-ping（No.121 Geological team of Fujian Province，Longyan Fujian 364021，China）

This paper describes the application of SYZX75 wire-line coring hydro-hammer in hard and broken formation of Delenuoer iron deposit in Subei County of Gansu Province and summarizes the experience of inclined hole drilling construction with the drill.The practice showed that by using SYZX75 wire-line coring hydro-hammer，the round trip meterage and drilling efficiency were greatly enhanced，core blockage in broken formation was effectively overcame and core recovery was improved in broken formation;all these contributed to control the inclination in inclined hole drilling construction.

SYZX75 wire-line coring hydro-hammer;broken formation;inclined borehole;round trip meterage;drilling efficiency;core recovery

P634.5

B

1672-7428（2012）01-0047-03

2011-08-11;

2011-11-15

羅冠平（1984-），男（漢族），福建人，福建省121地質大隊助理工程師，勘查技術與工程專業，主要從事鉆探施工技術與管理工作，福建省龍巖市新羅區曹溪鎮中粉路35號福建省121地質大隊總工辦，lgp121@139.com。