鞍山李三臺(tái)子鐵礦普查2500m鉆孔施工技術(shù)

劉錫金

摘 要：鞍山李三臺(tái)子鐵礦異常區(qū)，在70年代之前曾經(jīng)做過(guò)三次普查工作，通過(guò)磁法、重力、地震等綜合方法確認(rèn)該異常是由深部含鐵石英巖引起的，圈定了李三臺(tái)子磁異常的形態(tài)、走向和范圍。為了促進(jìn)遼寧礦業(yè)發(fā)展，增加鐵礦資源儲(chǔ)備，在進(jìn)行物探測(cè)量工作的基礎(chǔ)上，采用鉆探方法進(jìn)行深部驗(yàn)證，大致查明普查區(qū)內(nèi)鐵礦體的埋藏深度、規(guī)模、產(chǎn)狀等賦存要素及礦石質(zhì)量特征，探獲鐵礦資源量。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘查；李三臺(tái)子鐵礦；鉆孔施工

1 概況

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)2個(gè)鉆孔，單孔設(shè)計(jì)孔深1800m，設(shè)計(jì)傾角85°，方位245°。ZK1號(hào)鉆孔于2009年6月開工于2009年10月竣工，終孔深度1839.1m。ZK2號(hào)鉆孔于2009年6月開工，于2010年6月竣工，中間冬季停工4個(gè)月。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，經(jīng)井中三分量檢測(cè)，下部還有磁異常現(xiàn)象，加深鉆孔至2522.09m終孔。終孔直徑76mm，為東北地區(qū)小口徑巖心鉆探最深鉆孔。該鉆孔的施工為鞍本地區(qū)的深部找礦鉆探施工提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2 施工地層

巖層至上而下：第四系：厚度100米；灰?guī)r和石英砂巖交替互層：厚度1350米，以灰?guī)r為主；頁(yè)巖、石英砂巖交替互層：厚度300米，以頁(yè)巖為主；千枚巖、綠泥片巖、石英巖、磁鐵石英巖交替互層：厚度900米，以千枚巖為主。地表由新生界第四系覆蓋，第四系由東向西變厚，覆蓋層下地層為太古界鞍山群，下元古界遼河群，上元古界青白口系，震旦系及古生界寒武系和奧陶系。礦區(qū)內(nèi)沒有大規(guī)模的斷裂構(gòu)造，在千枚巖層局部小構(gòu)造比較發(fā)育。

3 施工設(shè)備及配套

選用XY-6B型鉆機(jī)及其配套設(shè)備，鉆機(jī)設(shè)計(jì)能力76mm直徑鉆孔鉆進(jìn)深度2000m。水泵BW320泥漿泵。

對(duì)鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)和泥漿泵的動(dòng)力及活塞缸徑進(jìn)行了改動(dòng)。將XY-6B鉆機(jī)的動(dòng)力由原來(lái)的75KW變成在0-1500m深度之內(nèi)采用50KW動(dòng)力，1500m至終孔采用75KW動(dòng)力。這樣在不影響鉆進(jìn)效率的情況下可以降低成本。BW-320泥漿泵的最小泵量為96L/min在76mm口徑鉆孔鉆探過(guò)程中需要的泵量在40-65L/min之間，過(guò)大泵量會(huì)帶來(lái)沖洗液上返速度過(guò)快和泵壓增高不利于孔壁穩(wěn)定，因此將缸徑由原來(lái)的80mm減小到60mm，最高工作泵壓維持在8MPa以內(nèi)，動(dòng)力由原來(lái)的30KW降低到22KW，既節(jié)省能源，又滿足施工要求。

4 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則

地層條件，地質(zhì)所要求的穿礦口徑和終孔直徑，鉆探能力，鉆孔深度和傾角以及鉆進(jìn)工藝方法。

地質(zhì)設(shè)計(jì)過(guò)程中按照相應(yīng)勘探和采礦規(guī)范要求，對(duì)穿礦口徑和終孔直徑都有最小下限要求。所以在設(shè)計(jì)鉆孔結(jié)構(gòu)時(shí)必須按地質(zhì)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的鉆孔直徑，然后采取倒推法依次向上設(shè)計(jì)鉆孔直徑。按照所使用的鉆機(jī)在不同直徑鉆孔中最大鉆進(jìn)能力為上限劃定各級(jí)鉆孔直徑所對(duì)應(yīng)的鉆進(jìn)深度范圍。使用各種漿液仍不能保證孔壁穩(wěn)定和嚴(yán)重涌水和漏水時(shí)，必須下套管隔離后換徑鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中一旦發(fā)生孔內(nèi)事故而無(wú)法在同徑進(jìn)行下一步鉆進(jìn)時(shí)必須換徑。

5 鉆探施工技術(shù)

5.1 鉆進(jìn)工藝及鉆桿的選擇

鉆孔在150-110mm口徑選擇雙管雙動(dòng)取芯鉆進(jìn)工藝，96-76mm口徑選擇繩索取芯鉆進(jìn)工藝。孔深0-2000m采用無(wú)錫鉆探工具廠生產(chǎn)的S95A（89mm）、CNH（71mm）鉆桿及配套鉆具，2000m至終孔采用CNH（T）（71mm）鉆桿及配套鉆具。

5.2 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇

本礦區(qū)主要以灰?guī)r、頁(yè)巖和千枚巖為主，可鉆性在4-6級(jí)，在1500m以后有較硬的石英巖和磁鐵石英巖可鉆性可達(dá)到8級(jí)。鉆進(jìn)參數(shù)選擇如表1。

表1 鉆進(jìn)參數(shù)一覽表

鉆頭規(guī)格

（mm） 150 130 110 96 76

鉆進(jìn)壓力

（KN） 16-20 14-18 12-16 12-14 10-12

轉(zhuǎn)速

（轉(zhuǎn)/min） 150-300 200-400 200-400 300-700 300-700

泵量

（L/ min） 100-130 90-110 80-100 60-90 40-70

注：遇到可鉆性達(dá)到8級(jí)的巖石，其鉆壓可在最高鉆壓的基礎(chǔ)上增加20%，其他參數(shù)不變。

5.3 鉆頭及擴(kuò)孔器選擇

該孔施工選用人造金剛石孕鑲平底鉆頭，具體參數(shù)如表2：

表2 人造金剛石孕鑲鉆頭參數(shù)

鉆頭直徑（mm） 金剛石品種 目數(shù) 胎體硬度 濃度 胎體高度（mm） 保徑

76/96 SMD 40-60 35-40 75% 10 聚晶

在確定鉆頭參數(shù)時(shí)一定要選擇較高強(qiáng)度的聚晶保徑，否則高胎體將無(wú)意義，發(fā)揮不了深孔超長(zhǎng)壽命少提鉆的優(yōu)點(diǎn)。擴(kuò)孔器在施工過(guò)程中往往被現(xiàn)場(chǎng)施工所忽視。擴(kuò)孔器起到兩大作用在深孔鉆進(jìn)時(shí)必須要重視。一是保徑功能。當(dāng)我們?cè)谏羁足@進(jìn)時(shí)要提高工作效率，要求增加鉆頭壽命的同時(shí)，也要相應(yīng)的提高擴(kuò)孔器的工作壽命即保徑功能的壽命，保徑材料的選擇要好，不能造成二次擴(kuò)孔。二是擴(kuò)孔器的磨削功能。這一功能往往不被現(xiàn)場(chǎng)所注意到，磨削功能不好大大降低鉆進(jìn)效率。所以，擴(kuò)孔器的金剛石選擇在品質(zhì)上要等于或優(yōu)于鉆頭所用金剛石。本孔施工所用鉆頭平均進(jìn)尺145.60m，單只鉆頭最高進(jìn)尺243.5m。

6 鉆孔質(zhì)量評(píng)述

ZK2號(hào)鉆孔設(shè)計(jì)鉆孔深度1800m，實(shí)際終孔深度2522.09m，主要質(zhì)量指標(biāo)如下：

（1）巖礦心采取率：巖心采取率91.2%，礦心采取率98.6%，符合要求。

（2）鉆孔彎曲度：設(shè)計(jì)傾角85°方位245°；終孔傾角87.2°方位250°，鉆孔彎曲符合地質(zhì)設(shè)計(jì)及規(guī)程要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

該孔是我隊(duì)施工的首個(gè)超過(guò)2000m以上鉆孔，鉆孔各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到要求。通過(guò)這一鉆孔的施工，在設(shè)備選型、鉆桿使用、鉆進(jìn)參數(shù)選擇、孔內(nèi)潤(rùn)滑和護(hù)壁堵漏、孔內(nèi)事故防治等方面取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為后期鞍本地區(qū)鐵礦深部勘探鉆探施工具有非常重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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