棲霞市金礦地質工程勘探中鉆探方法改進研究

楊 郭

（煙臺金曼投資有限公司，山東 煙臺 265300）

鉆探方法是運用一些機械設備和鉆探工具進行鉆孔取樣，被廣泛應用在金屬資源的地質工程勘察中。隨著工業經濟的快速發展，對金屬資源地質工程勘察中鉆探要求的提高，傳統的鉆探方法僅能在一些地質條件較為優越的礦區進行勘探，地質條件相對復雜的金屬礦區鉆探勘察已經成為一個技術難點。棲霞市金礦礦體大多在1500m以下的地層中，其鉆探難度極大，為此提出對鉆探方法進行改進，以提高鉆探效率，保證棲霞市金礦地質工程勘探能順利進行。

1 棲霞市金礦地質工程勘探中鉆探方法改進

1.1 鉆桿材質改進

在棲霞市金礦地質工程勘探過程中，由于棲霞市金礦的地質構造及其復雜，需要進行孔深超過1500m的鉆孔。傳統的金礦地質工程勘查鉆探方法中所用到的鉆桿大多是由中低碳鉻錳鋁合金材質構成的，其鉆桿的螺紋接頭則是選取比中低碳鉻錳鋁合金材質硬度高的54號優質鋼材質[1]。這種材質的鉆桿重量較輕，能滿足大多數金礦的地質工程勘查要求，但是用于棲霞市金礦地質工程勘查1500m深的鉆孔，其強度要求并不能滿足要求。由于鉆桿在地質工程勘探的鉆孔過程中，除了要受到其自身重量所產生的拉扭負荷力，還要受到由鉆頭摩擦、巖石摩擦以及鉆頭削切所產生的附加負荷力，這些負荷力的大小會受到鉆桿的強度影響，當鉆桿的理論計算強度小于鉆機最大的拉扭負荷力與鉆頭的附加負荷力的總合時，將會導致在金礦地質工程勘探卡鉆或其他鉆孔事故發生[2]。根據棲霞市金礦地質工程勘探中的鉆探要求，對原有的中低碳鉻錳鋁合金材質鉆桿改為中高碳鉻錳鋼材質，對54號優質鋼鉆桿螺紋接頭材質的改為經過調制處理的三零鉻錳硅材質。

1.2 鉆桿螺紋改進

據調查，在棲霞市金礦地質工程勘探的鉆探過程中90以上的孔內事故是由鉆桿接頭失效導致的，所以若要保證棲霞市金礦地質工程勘探順利進行，需要對鉆探方法中鉆桿螺紋進行改進[3]。在鉆探過程中，螺紋連接處是鉆桿整個結果最脆弱的部位，所以通過改進螺紋形狀和鉆探方法參數來提高螺紋連接處的強度。

傳統的金礦地質工程勘探的鉆探方法選用矩形螺紋和鋸齒形狀的螺紋。在大量的金礦地質工程勘探經驗中證明，這兩種形狀的螺紋間隙大、受力不均勻，導致其鉆探效率差。

根據棲霞市金礦地質工程勘探的鉆探要求，運用有限元方法設計鉆桿桿體和接頭螺紋的參數計算模型。根據該模型的分析結果，在鉆探過程中螺紋連接處的強度主要受螺紋間的距離和螺紋總長度影響最大，表1為鉆桿桿體和接頭螺紋參數計算模型的計算結果。

表1 螺紋螺距與螺紋總長度改進結果

根據鉆桿桿體和接頭螺紋參數計算模型的計算結果顯示，其螺紋距離和螺紋總長度在10mm、56mm為最佳改進參數并且以此為依據，將原來的接頭螺紋形狀矩形螺紋和鋸齒形狀的螺紋進行結合，改為圓錐梯形螺紋。

經過改進設計后，鉆桿和螺紋接頭的強度大幅增強。關鍵參數對比見表2。

表2 鉆桿參數對比表

通過棲霞市金礦地質工程勘探鉆探作用到的鉆桿改良前與改良后的對比，可以看出，改良后的鉆桿和螺紋接頭在屈服強度、抗張強度、延伸率、硬度以及鉆孔最大深度幾項關鍵指標上均不同程度優于傳統鉆桿和螺紋接頭。

1.3 鉆桿結構改進

傳統的鉆桿結構是將鉆桿和螺紋接頭采取粘接的方式連接在一起，這種粘接的方法是采用專門的粘接劑進行粘接，雖然具有較高的抗扭矩強度，但是由于粘接方式，使整個鉆桿結構抗沖擊性較差，導致在鉆探過程中極易發生鉆桿彎曲現象，為了避免棲霞市金礦地質工程勘探過程中出現類似情況，對鉆桿結構進行了改進。根據前文對鉆桿材質和螺紋的改進，選擇最先進的焊接方法將鉆桿的整體結構進行拼接，增加鉆桿的整體強度，同時根據棲霞市金礦的鉆孔要求，將鉆桿長度由原來的3.5m改為4.5m，并且其內徑長度由原來的28mm改為32mm，使鉆桿在進行1500m深的鉆孔工作時，其鉆桿仍能保持不變，保證棲霞市金礦地質工程勘探的鉆探效率。

2 棲霞市金礦地質工程勘探中改進后的鉆探方法試驗

2.1 實驗準備

根據棲霞市該金礦的地質條件，此次鉆探施工8條線，總計共32個鉆孔，其中1000m深的鉆孔12個，1200米深的鉆孔10個，1500m深的鉆孔10個。并且根據該礦區圍巖的物理特性，此次鉆孔角度選取斜孔鉆進。整個鉆探過程中礦心采取率不得低于75%，并且金礦礦體致頂底板6m~7m內的巖石采取率不得低于85%。此次鉆探過程中選用RT-8巖心鉆機進行鉆孔，鉆桿的最高轉速不得超過1500r/min，最低轉速不得低于1400r/min，正反轉等級分別為7級和3級，鉆孔的開孔直徑最大不得高于98mm，最小不得低于85mm,且終孔直徑最大不得高于74mm，最小不得低于62mm。在鉆探過程中，鉆探設備的使用及安裝嚴格遵循《鉆探方法規程》進行，地質勘查人員對鉆孔情況進行記錄，發現問題及時處理。此次試驗為對比實驗，與改進前的鉆探方法進行對比，檢驗此次改進的鉆探方法的鉆探效率。

2.2 實驗結果與分析

表3為此次改進后與原有鉆探方法的實驗結果。

表3 兩種鉆探方法的實驗結果

根據實驗結果可以明顯的看出，此次改進后的鉆探方法具有良好的實用性。在此次棲霞市金礦鉆探過程中，改進后的鉆探方法能滿足所有鉆探深度要求，而傳統的鉆探方法僅在1000m深的鉆孔成果率最高，而在1500m深的鉆孔根本無法進行，其鉆孔效率以及鉆孔成功率最低。通過改進后鉆探方法的應用，使棲霞市金礦實現鉆孔深度最高達到1500m，鉆探效率達到了每小時1.65m，使整個棲霞市金礦地質工程勘察工作效率大大提高，證明了此次改進的鉆探方法對棲霞市金礦地質工程勘察具有較高的鉆探效率。

3 結語

此次僅從鉆桿的角度對棲霞市金礦地質工程勘探中鉆探方法進行了改進，除了鉆桿對鉆探方法的鉆探效率影響較大以外，還有鉆機、鉆頭等其它因素會對鉆探方法的鉆探效率起到影響，為了提高鉆探方法在礦產地質工程勘探中的應用效率，鉆探技術人員要在使用過程中不斷的進行改良，保證地質工程勘察工作順利進行。