河南省多金屬礦區復雜地層鉆探施工方法研究

范崇滿，張遠峰

（1.河南省地礦局第二地質勘查院，河南 鄭州 450000；2.中鐵十二局集團第七工程有限公司，湖南 長沙 410000）

鉆探工藝是大型金屬礦開采最重要的技術手段之一，也是礦產資源開發效率的主要保證。相比較一般的金屬礦區，多金屬礦區地層大多更為堅硬且礦區開采環境復雜，制約因素較多，施工隊地層進行鉆探工作也具有更高難度。必須設計一種多金屬礦區復雜地層鉆探施工方法，應對多金屬復雜地區地層鉆探工作。

對此以河南省某多金屬施工礦區為研究對象，設計多金屬礦區復雜地形施工鉆探方法。首先對研究礦區進行實際綜合性分析，獲取主要開采問題。針對獲取的分析結果，對施工隊所用的鉆探設備和鉆孔結構進行重新設計，提高鉆探設備對堅硬地層的掘進效率[1]。

1 多金屬礦區鉆探問題分析

經過探究可以確定，該礦區地層褶皺及斷裂構造發育較為完全，地層褶皺構造對礦體控制作用明顯，內部斷裂層結構對目標研究礦區具有一定的破壞作用。

因為礦區整體處于傾斜構造帶中，所以內部地質起伏波動較大。經過實際勘測，礦區軸面略向西部傾斜，傾斜角度大約在48°左右。

礦區整體呈內部斷裂發育，綜合走向為NEE、NW、NNE三組。其中NNW方向最為明顯，主要露出兩條斷裂層，對礦區影響挫動較大。利用三維影像儀，對礦區各層結構進行三維掃描，其主要問題分析如下：礦區表層第四系和表面強風化巖層整體膠結性較差，因為礦體種類較多所以全區結構分散。

在實際鉆進操作中很容易發生垮塌、掩埋以及擠鉆事件；礦區褶皺和斷裂層發育完善，礦區碎裂帶較多，巖石層破碎狀態明顯，裂隙發育較差，很容易發生垮塌、掉塊、漏水包括憋水等現象。礦層上部普遍存在堅硬的表皮結構，表面硅化強烈，硬度較大，鉆進較為困難，整體屬于最典型的的硬、脆、碎地形。對此，必須合理開發鉆探技術。

2 多金屬礦區復雜地層鉆探方法設計

2.1 鉆探設備及鉆孔結構設計

為了應對復雜地形，設備整體選用XY-57型和XY-15型軸立礦區巖芯鉆機。泥漿泵選擇為SG-15型四角直角塔裝結構。電機功率為15kw左右。

繩索轎車選擇JSJ-1500絞索車結構，繩索取心鉆桿。由于目標研究礦區巖石層破碎狀態明顯，裂隙發育較差，很容易發生垮塌、掉塊且礦層堅硬打滑等問題。為了解決這一問題，保證鉆探設備正常運行，決定使用下屬鉆孔結構，具體參數下：

180毫米口徑作為開孔口，鉆頭覆蓋層下入距離為145毫米，外部包裹孔口套管。利用110毫米口徑鉆頭直接開孔，鉆入覆蓋層下方108毫米處，進行套管。中間包口為130毫米口徑，為鉆進過程中出現的特殊情況保留控制空間。利用95毫米口徑的繩索鉆直接鉆入到礦區200米后，入89毫米套管，最后用77毫米繩索鉆一直鉆到終孔，其結構如圖1所示。

圖1 鉆孔結構示意圖

2.2 鉆進工藝程序設計

在實際操作時，開工采用180毫米合金制或者復合片空心鉆頭，鉆進距離為0到20m，下入145毫米套管為孔口管。為了避免硬質的核心鉆頭與套管產生劇烈摩擦而導致鉆頭損壞，可以采用胎式復合片進行鉆頭隔離，等到鉆頭穿過礦床風化層后，再進行套管操作。根據該礦區傳統地層資料，其200米以下的礦層裂隙破碎帶發育完善，且伴有極強的掉塊現象，危險性較高，所以為了保證鉆進效率，直接選用95毫米繩索取芯工藝鉆，取250米左右距離，隔離上部破碎帶，減少礦區掉塊發生。研究發現，該礦區表面第四系露出面積較大，礦層堆積物結構及其松散，覆蓋層膠結性極差，礦層取芯困難。

但是我國地質技術要求施工隊取芯率必須小于65%，所以需要采用150毫米硬質核心復合片進行低速滿轉，通知鉆取壓力采用泥漿鉆進。泥漿混合材料選用膨潤土水和火堿的混合物，采用比例結構為75:20：5.當鉆進設備鉆進到礦區砂礫巖層時，如果出現泥漿側漏包括坍塌現象，可以在孔內添加泥球，提高泥漿性能，保證孔壁的穩定性[2]。

3 結語

以河南某多金屬礦區為研究對象，設計了地層鉆探施工方法，先對礦區復雜地形進行實際考量分析，明確目標礦層主要開采問題。根據開采問題，對鉆探施工隊所用鉆探設備和鉆孔結構進行重新設計。

針對覆蓋層鉆進、風化層鉆進的鉆探施工方法進行設計研究，并通過使用廣譜護爐劑、低粘增效粉以及改性瀝青制備低相泥漿提高鉆進效率。通過實際考量可以確定，設計的施工方法具有實際推廣價值。