雞籠山礦區(qū)深孔巖心鉆探技術(shù)應(yīng)用探討

郭孟林

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三八隊(duì)，廣東 惠州 516023）

1 概況

1.1 工程概況

由于新一輪找礦的需要，2011年我隊(duì)受探礦權(quán)人的委托，對(duì)紫金縣鳳安鎮(zhèn)雞籠山鎢礦區(qū)進(jìn)行普查工作，主要的勘查工作是探邊摸底，攻深找盲，使危機(jī)礦山獲得新生[1]。

雞籠山鎢礦區(qū)是座開采超過百年歷史的老礦山，20世紀(jì)曾有多支地質(zhì)隊(duì)在這開展過普查、詳查工作，定為小型鎢礦山。

經(jīng)二年多的勘查工作，其中主要為鉆探工程，累計(jì)施工鉆孔29個(gè)，大部分鉆孔施工孔深為300m～700m，累計(jì)進(jìn)尺17099m。實(shí)現(xiàn)了對(duì)本區(qū)段的探邊摸底、攻深找盲，新發(fā)現(xiàn)花崗巖型、云英巖型鎢礦，兩種鎢礦化均達(dá)到了工業(yè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的要求，為礦區(qū)下一步的地質(zhì)找礦工作提供了新線索。

為加深對(duì)礦區(qū)的認(rèn)知，隊(duì)地質(zhì)部門設(shè)計(jì)了ZK406鉆孔，直孔、孔深1300M，進(jìn)行深部鉆進(jìn)和摸索[2]。

1.2 地層概況

地層主要的巖性上部為灰黑色泥碳質(zhì)斑點(diǎn)板巖，局部夾硅化板巖及變質(zhì)石英粉砂巖條帶，中部為灰黑色絹云母化泥碳質(zhì)斑點(diǎn)板巖與石英二云母化巖相間出現(xiàn)，下部為灰白色弱云英巖化黑云母花崗巖，局部夾高嶺石化黑云母花崗巖，地層上下含有5條破碎帶[3]。

2 設(shè)備、機(jī)具

2.1 設(shè)備

鉆機(jī)：鉆孔地層、巖石力學(xué)、口徑、傾角因素的影響，對(duì)鉆機(jī)性能提出了較高的要求，選用變速范圍較寬、立軸行程較大的油壓鉆機(jī)HXY-5A型1臺(tái)，電動(dòng)機(jī)功率55（kw），最大鉆深1500m，能滿足1300M的勘探技術(shù)參數(shù)要求。

水泵：衡陽BW300型/12型1臺(tái)，泵壓、泵量可調(diào)范圍大、適應(yīng)中、深孔地層復(fù)雜的巖心鉆探施工。

鉆塔：用18 m直斜兩用四角塔，該塔具有性能穩(wěn)定、拆卸方便、安全度高、適用范圍廣、強(qiáng)度大等特點(diǎn)。

用380V做動(dòng)力電源，總箱電源控制箱分配，設(shè)置漏電保護(hù)器，做到一機(jī)一漏電保護(hù)，繩索卷揚(yáng)機(jī)1臺(tái)，用于提升1300M內(nèi)管。

管材：備用S75繩索鉆桿1500M，S75金剛石繩索取心雙管鉆具三套。

選用質(zhì)量好的唐山金石鉆頭：工作層高的鉆頭、尖齒型鉆頭、大粒度金剛石。

2.2 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

ZK406鉆進(jìn)參數(shù)見表：

表1 ZK406鉆進(jìn)參數(shù)

2.3 鉆孔結(jié)構(gòu)

四級(jí)結(jié)構(gòu)：開孔使用φ130mm硬質(zhì)合金鉆頭單管鉆進(jìn)，鉆進(jìn)砂巖風(fēng)化層內(nèi)4.8m，下入φ127mm套管到位，用水泥混泥土灌注填實(shí)，用鋼夾板夾φ127mm套管固定，防止套管跑位。二開換φ110mm硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)到19m，下φ108mm套管到位，三開用φ91mm硬質(zhì)合金鉆頭單管鉆進(jìn)，鉆到26m深，下入φ91mm套管，然后用S75金剛石繩索取心雙管鉆具進(jìn)入正常鉆進(jìn)。

3 凈化系統(tǒng)及沖洗液

（1）從孔口挖一條槽溝和巖粉沉淀坑，循環(huán)的槽溝長度要求15M，連接2個(gè)～3個(gè)巖粉沉淀池、水池、形成一個(gè)完整的排水、巖粉沉淀池循環(huán)系統(tǒng)，鉆進(jìn)時(shí)要加強(qiáng)沖洗液循環(huán)，經(jīng)常清除槽溝、沉淀坑內(nèi)的巖粉、砂子，保證泥漿性能的穩(wěn)定。

（2）沖洗液的配制：①深孔鉆進(jìn)要認(rèn)識(shí)到“泥漿是鉆井的血液”“主要在于泥漿”的思想，對(duì)地層遇水溶解而渣多、吸水膨脹而縮徑、坍塌掉塊而超徑、裂隙發(fā)育而漏水、漏水嚴(yán)重至不返水等各種情況，采取不同性能、不同配方的泥漿技術(shù)措施，充分發(fā)揮泥漿冷卻鉆頭、潤滑鉆具、攜帶巖粉、止水堵漏、維護(hù)孔壁穩(wěn)定的重要作用，確保深孔鉆進(jìn)順利進(jìn)行。②開孔單管合金鉆進(jìn)地表土層時(shí)，粘土和火堿的配制成的泥漿乳狀液具有良好的潤滑性，泥漿用于松散、破碎及坍塌等不穩(wěn)定地層中，護(hù)壁好攜帶巖粉能力強(qiáng)，能有效地清除孔底巖粉。③繩索鉆具正常鉆進(jìn)時(shí)，釆用水解PHP聚丙烯酰胺沖洗液，水解度30%左右的無固相沖洗液，具有粘度低、相對(duì)密度小、流動(dòng)性好及有防坍性能等特性，利于內(nèi)巖心管在鉆桿內(nèi)的升降，使鉆桿的旋轉(zhuǎn)阻力減低。每臺(tái)班泥漿性能要保持一致，上下鉆要慢，減少對(duì)鉆孔的抽吸和激動(dòng)壓力，鉆進(jìn)一個(gè)回次后，升鉆時(shí)，泥漿要回灌好；為了加強(qiáng)排出巖粉，較大地冷卻鉆頭，減少重復(fù)破碎，沖洗液要適中。

（3）潤滑劑：釆用含基礎(chǔ)油的乳化油類潤滑劑：一般用量為0.3%～0.5%。

4 深孔鉆探的施工重點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)

（1）地層堅(jiān)硬致密“打滑”，鉆進(jìn)效率低，需優(yōu)選高質(zhì)量的金剛石鉆頭或孔內(nèi)投磨料對(duì)金剛石鉆頭進(jìn)行研磨出刃，最好采用液動(dòng)錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

（2）回次進(jìn)尺短、采取率不高，常規(guī)單動(dòng)雙管鉆進(jìn)效率低，采用液動(dòng)錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)亦是很好的辦法。

（3）鉆進(jìn)破碎帶，松散、酥脆、破碎、怕水地層，采取率低，采用底噴鉆頭、半合管取芯工具；保證了巖礦心的采取率達(dá)到85%的地質(zhì)要求。

（4）復(fù)雜地層鉆進(jìn)應(yīng)注意的幾點(diǎn)：

①孔內(nèi)異常不進(jìn)尺，巖芯堵塞，泵壓升高，此種情況必須提鉆，以防止巖芯自磨消耗，甚至提不起內(nèi)管。②縮水、遇水膨脹的較破損地層，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)小間隙、低泵量、低或適中轉(zhuǎn)速、慢進(jìn)尺，以提高采取率，保護(hù)孔壁，讓漿液在孔壁成膜，以達(dá)到護(hù)壁效果，待穿過破碎地層后應(yīng)恢復(fù)正常操作。③對(duì)沖洗液每班要進(jìn)行多次檢查，如有發(fā)現(xiàn)變稀，要及時(shí)進(jìn)行高濃度補(bǔ)加。要事先浸泡好預(yù)制液。

（5）機(jī)械式連續(xù)造斜器和孔底螺桿馬達(dá)定向造斜，可以滿足鉆孔頂角和方位角糾偏的需要。

5 深孔鉆進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)操作

（1）孔深超過1000m，升降機(jī)要安裝使用水剎車；金剛石鉆頭外徑要加大1.5mm；提鉆時(shí)，堅(jiān)持沖洗液的回灌；先加鉆桿后取芯；在復(fù)雜地層不準(zhǔn)帶內(nèi)管上下鉆具。

（2）三清：孔內(nèi)情況要清；機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)、電器運(yùn)行及附件情況要清；班報(bào)表填寫、材料消耗、巖芯采取率、泥漿的使用、泵壓泵量要清。

升降鉆具要求小心、仔細(xì)，做到操作以穩(wěn)重為主，穩(wěn)中有快，下鉆不能太快，易使金剛石鉆頭受到?jīng)_擊而損壞，越深鉆具重量就越重，鉆桿與接手處壁薄易受拉力、或沖擊力過大，造成鉆桿折斷、拉斷。鉆具下到位，開泵送水沖巖粉。提鉆前要送大水量，沖孔時(shí)間要足夠，使孔底的巖粉沖出，提鉆時(shí)盡量低速均勻提出，避免巖心脫落和抽吸。

6 制定深孔施工技術(shù)方案、選擇施工技術(shù)高的施工隊(duì)

（1）制定好深孔鉆探施工技術(shù)方案，鉆進(jìn)技術(shù)措施要細(xì)致，針對(duì)性強(qiáng)，可操作性。施工前進(jìn)行深孔鉆探施工技術(shù)方案交底，技術(shù)人員和機(jī)臺(tái)生產(chǎn)骨干人員要按設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格執(zhí)行施工。

（2）深孔鉆探施工裝備解決之后，選擇組織良好的施工隊(duì)伍，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高施工隊(duì)伍素質(zhì)，尤其是項(xiàng)目經(jīng)理、機(jī)班長必須要德、才兼?zhèn)洌拍鼙ＷC深孔鉆探項(xiàng)目的完成。

7 事故的預(yù)防和處理

繩索鉆桿，特點(diǎn)是壁薄。接頭釆用高強(qiáng)度低合金鋼制作，要預(yù)防升降過程中跑管事故，跑管可造成鉆桿接頭處形成向上的喇叭口，使鉆桿與井壁的摩擦力加大，造成轉(zhuǎn)動(dòng)不了，也拉不動(dòng)，造成鉆孔事故。鉆進(jìn)中要預(yù)防燒鉆事故，要采用無固相沖洗液，低黏度、低失水的泥漿，減小流動(dòng)阻力，在破碎層，松散層要強(qiáng)化除砂除泥措施，防止繩索鉆桿內(nèi)壁結(jié)垢形成泥皮，造成內(nèi)管升降不了，遇到這種情況，在鉆桿加入柴油與機(jī)油混合油，阻止泥粉吸附在鉆桿內(nèi)壁形成泥皮，鉆進(jìn)過程中，難免鉆桿或接手折斷，可用絲錐處理掉。遇到卡鉆，要慎重，不可強(qiáng)拉，要上下竄動(dòng)，慢速轉(zhuǎn)動(dòng)磨耗掉塊。鉆進(jìn)時(shí)，孔壁間隙小，上下鉆要輕提慢下，由其帶動(dòng)內(nèi)管提鉆時(shí)要邊提邊進(jìn)行回灌，因?yàn)殂@具在孔內(nèi)像活塞一樣在做功，抽吸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中會(huì)不斷地施壓和放壓，造成孔壁坍塌，破壞井壁，甚至?xí)斐蛇B環(huán)事故。

8 結(jié)論

經(jīng)過ZK406鉆孔從2012.9.14開孔，到2013.1.27終孔，孔深1008.41m，歷經(jīng)4個(gè)多月，沒達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)目的，但也是礦區(qū)鉆孔最深的一個(gè)，取得了深孔鉆進(jìn)的一些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為下一步礦產(chǎn)資源深部找礦探索到一些經(jīng)驗(yàn)，主要是鉆探設(shè)備無法滿足深部鉆探工程施工的要求，地質(zhì)巖心鉆探的從業(yè)人員多數(shù)是民工，缺乏巖心鉆探的施工經(jīng)驗(yàn)，更缺乏深孔鉆探經(jīng)驗(yàn)，缺少深孔鉆探施工技術(shù)，這些問題都要求我們?nèi)ソ鉀Q，探索深孔的施工技術(shù)，為今后深部鉆探取得更好的成果。