陡峭地形
——地盤多孔大角度斜孔鉆探技術

改造者：蘇 琳

陡峭地形
——地盤多孔大角度斜孔鉆探技術

改造者：蘇 琳

根據地質勘查設計和地形地貌，在保證質量的前提下在一個地盤施工多個大角度斜孔，為加快勘查進度、降低成本、保護地質環境、形成一套自主知識產權的鉆探技術研究。

研究任務

1.設備選型。在現有x y系列鉆機中選擇開孔頂角大于60°的鉆機、鉆塔、水泵。采用塔機一體式。選擇適應的鉆桿、鉆具。

2.開展一地盤多孔鉆孔軌跡設計、研究，對國內連續造斜鉆具實踐研究，確保鉆孔軌跡處于受控狀態，穿礦段在預想靶區。

3.大頂角鉆孔回轉阻力大，潤滑減阻問題研究。

4.金剛石繩索取芯鉆具投放及打撈技術研究。

目前現狀

國內繩索取芯鉆進工藝的普及和受控定向鉆進連續造斜器、孔套工具已形成系列產品為開展大角度斜孔鉆進提供了技術支撐。目前我們已零星取得一定成效。2012年在洛寧沙溝銀多金屬礦區預查中已完成了頂角25°、孔深1558.70m的大角度鉆孔，在坑道同一硐室內完成了10個鉆孔，其中最小頂孔10°，孔深330m，最大頂角 45°，孔深470m，在馬達加斯加完成了57個頂角30°～40°的斜孔的鐵礦勘查。在洛寧蒿坪溝金研鉆探中剝用成都地研所Lz—54型連續造斜器進行了成功的糾斜。這些經驗為研究打下了基礎。

研究工作

以《河南省洛寧縣下蒿坪金鉛鋅勘查項目》為依據，選擇了適宜的設備，確定采用金剛石繩索取芯、加液動潛孔錘鉆進技術，和其它護壁工藝進行了野外實驗、數據收集，總結出一套適合于陡峭地形——地盤多孔鉆進技術方法。

該礦區地層為厚～巨厚的流紋斑巖、另有安山巖、流紋質火山集塊巖、英安質流紋巖、流紋斑巖及大理巖。第四系為含礫質黏土、亞砂土局部夾流沙層。圍巖為蝕變較強構造角礫巖及條帶狀大理巖，主要有硅化、綠泥石化、碳酸巖化和高嶺土化石變。

試驗在同一地盤上布置了a、b、c三點共7個孔。頂角22～40°鉆孔4個，完成1169.47m，頂角大于45°鉆孔三個計1008.73m。共完成2678.20m。a、b、c三點距離為40cm。

設備及工器具選型

1.鉆機采用xy—44型塔機一體型，配備自主研發的直斜兩用塔、Hxy—44T塔機一體鉆機，泥漿泵為BW—250型三缸泵。

2.鉆桿中71高強度重索鉆桿，材質30CMnSiA，鉆桿經過熱處理，兩端墩粗加厚。

3.液動潛孔錘為SyZX—75系列產品。

表1　鉆孔數據明細表

4.選用LZ連續造斜器。

技術措施

有效防斜糾斜措施。為防鉆孔偏斜，試驗選用剛性好鉆具進行滿眼鉆進，即盡量減少鉆具與孔壁間隙，提高底部鉆具抗彎曲能力，最大限度減少鉆具彎曲引起的鉆頭傾角而導致的橫向偏斜力。盡量使用雙層套管。

為有效防斜、糾斜采用LZ型連續造斜器控制頂角、方位走向鉆進，具體操作不贅述。

使用繩索取芯加液動潛孔錘鉆進，提高效率。形成新的鉆探技術工藝、繩索取芯液動潛孔錘鉆具分為雙管和打撈兩部分。打撈器與同規格的繩索鉆具通用。雙管部分為加了承重環接頭的外管總成和加了沖擊器的內管總成。

潤滑減阻與護壁。大頂角鉆孔施工中，摩擦阻力明顯加大，轉速開不起來，且易造成脫扣斷鉆桿事故，且孔內事故不易處理。減阻是關鍵問題。實驗中采用無固相泥漿潤滑減阻。配方：

在水中加入0.1%～0.2%皂化油

在水中加入0.1%十二烷基苯磺酸鈉PHP0.02%

高粘CMC0.1%、制成粘度18～21S部分漏失

孔段在鉆具上凃潤滑酯。

繩索鉆具的投放和打撈

鉆孔失水情況下

由此得出頂角等于或大于81.47度時就無法靠自垂下放到位。

此時頂角大于74.18度繩索取芯鉆具及打撈器無法靠自垂下放到位。

本次試驗鉆孔頂角22～55°，可靠自垂下放到位。

鉆具投放

我們采用繩索取芯液動錘二合一鉆具投放時，收主動鉆桿對上。通水，在泵壓作用下鉆具會很快到底且液動錘開始工作，振動感知操作手開機工作，效果很好。

打撈器的投放

在22°～28°頂角范圍施工中，打撈器可順利投放，當頂角在40°～55°范圍內施工時，到位時間長，明顯影響工作效率，為此我們通過計算，認為打撈器在孔內下行時，自重與鉆桿內壁摩擦產生阻力是主要因素。

由此可見在頂角確定的情況下，必須加大打撈器的重量來加大下降速度，為此我們在打撈器中間加了一個80cm長的重錘，但隨角頂角增大效果，并不理想。為此我們又在打撈器外側加裝12盤向心球軸承，改滑動摩擦為滾動摩擦。情況較好，達到預期目的。

實驗結果。通過礦區試驗的7個鉆孔看一地盤上施工多個鉆孔，降低了修路搬遷費用，減輕了地質環境破壞，同時使用液動潛孔錘技術提高了小時效率，年度臺月效率提高了20%～30%。

圖1　改造后打撈器示意圖

表2　鉆孔效率數據對比明細表

研究取得的主要技術成果

優選了一套適合在復雜陡峭地形進行一地盤多孔大角度斜孔鉆探的設備、機具。

①塔機一體Hxy—44型液壓立軸鉆機、可隨意調整角度，搬遷方便。

②BW—250型泥漿泵，具有多級變速、輕便、額定壓力高，該機能滿足液動潛孔錘和繩索取芯兩種工藝需要。

③30GMnSiA和XJy850型材質，經熱處理，兩端加厚的CNH與CNH（T）高強度系列繩索鉆桿可滿足工藝需要。

④通過試驗，該礦區的金剛石繩索取芯液動潛孔錘鉆進技術經濟效益明顯，值得推廣。

選擇發現探索一套適合于硬巖復雜地層的液動潛孔錘+金剛石繩索取芯“二合一”鉆進工藝。

深山密林陡峭地形能明顯降低成本，加快進度。

蘇 琳

河南省有色地礦局第六地質大隊

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.18.029