鉆探設備在天臺一帶工作區的應用分析

胡志濤

（河北省煤田地質局第二地質隊，河北 邢臺 054000）

淺鉆、鉆探是固體礦產勘查工作的兩種勘查技術方法及手段，完成淺鉆、鉆探的施工任務需要鉆探設備。隨著科學技術的不斷發展，鉆井技術和裝備也得到了快速發展。如何選用鉆探設備去高效地完成施工任務至關重要，只有根據工程實際情況選用合理的鉆探設備才能取得較好的鉆探效果。

1 工程概況

1.1 工作區位置及交通概況

工作區位于邢臺市內丘縣南賽鄉一帶，區內臨近有太行山高速、328省道，321省道，各村之間水泥路相通，交通便利。

1.2 工作區自然地理概況

本區地處太行山東麓，河北省中南部，邢臺市西部。地勢西高東低，主要為低山區、丘陵區。本區屬暖溫帶半干旱大陸性季風性氣候，四季分明。

1.3 工作區地質概況

1.3.1 地層

工作區出露地層由老至新依次為新太古代贊皇巖群及第四系松散堆積物。

（1）新太古代贊皇巖群。為一套變質表殼巖組合，總體上呈北東向展布，該巖群進一步劃分為大和莊巖組、立羊河巖組和寧家莊巖組。大和莊巖組主要巖石類型為（石榴）黑云斜長變粒巖、（石榴）斜長角閃巖，夾少量二云母片巖薄層或透鏡體。立洋河巖組主要巖石類型為大理巖、石英巖、（石榴）斜長角閃巖、（石榴）黑云斜長變粒巖、含礦二云母片巖、（石榴）二云母片巖、二云母石英片巖。本區的礦化體主要賦存在該巖組中。寧家莊巖組主要巖石類型為黑云二長片麻巖。

（2）第四系松散堆積物。位于現代較大沖溝中，由砂礫石、粉砂、粉砂質黏土組成，現多為耕地，種有果樹及莊稼。

1.3.2 變質深成巖

預查區內可見與新太古代變質地層相匹配的新太古代變質深成侵入巖。由早至晚依次為豐來峪片麻巖及李家莊片麻巖。豐來峪片麻巖巖石類型為含角閃黑云斜長片麻巖，豐來峪片麻巖巖石類型為黑云二長片麻巖。

1.3.3 脈巖

區內脈巖不發育，脈巖類型為花崗偉晶巖脈及石英脈。

1.3.4 構造

區內主要構造形態為褶皺構造及斷裂構造。褶皺為神頭-西莊同斜倒轉背斜、小和莊-寧家莊同斜倒轉向斜；構造為邢家峪斷裂、神頭斷裂、?溝斷裂、小和莊斷裂。

1.4 工作區鉆孔布置情況

本次工作區內設計淺鉆156m，深鉆600m，淺鉆用于揭露淺部礦化體，深鉆用于控制深部礦化體。對本區礦化較好的含礦層體按400m工程間距布設淺鉆，其余含礦層根據露頭情況大致以800m布設，共布設鉆孔15個，均為直孔。根據前期地質成果，對礦化較好的礦化體按400m工程間距布設深鉆，設計鉆孔控制礦化體傾向延伸200m，終孔層位為礦化層底板下20m，共布設鉆孔5個，均為直孔。

2 鉆探設備在工作區的應用分析

2.1 鉆機的選用

根據勘查區的鉆探施工條件以及礦化體的賦存狀態，本次淺鉆采用XY-1型鉆機、HW-B30背包鉆機，深鉆采用XY-2型鉆機、XY-1型鉆機。

2.2 鉆機的特點

HW-B30背包鉆機是一種主要適用于山區、交通和能源不便地區的小型輕便化取樣鉆孔設備，具有攜帶簡便、操作靈活、高效耐用等特點。本鉆機全部重量僅為25kg，且易拆易裝，快速取心，該套設備在山區礦產勘查時具有無可比擬的優勢。

XY-1型鉆機具有油壓自動給進機構、鉆進效率高；鉆機手柄集中、操作方便、安全可靠；鉆機結構緊湊，鉆機、水泵及柴油機可安裝在同一個底架上，占用面積??；重量輕、分解性強，便于搬遷，適于平原和山區工作。

XY-2鉆機是一種體積小、輕便的中淺鉆孔巖心鉆機，用于金剛石、合金進行大小口徑巖心鉆探，也用于工程地質勘探、水文及大口徑工程施工，具有重量輕、裝機功率大、性能廣泛、通用性強等優點。

2.3 鉆機的技術參數

HW-B30背包鉆機鉆進最大深度30m，鉆桿直徑42mm，鉆桿長度72cm，驅動功率4.8Kw，最大取心直徑110mm,取心長度48cm。

XY-1型鉆機鉆進最大深度100m，鉆桿直徑71mm，立軸正轉級數4～6級，鉆進行程400mm，單繩額定起重量25KN，驅動功率20Kw。

XY-2鉆機鉆進最大深度200m，鉆桿直徑71mm，立軸正轉級數6～8級，鉆進行程600mm，單繩額定起重量40KN，驅動功率35Kw。

2.4 鉆孔的施工結構

HW-B30背包鉆機共施工淺鉆7個，孔深5～11m，完成工作量53.70m。施工的鉆孔開孔、終孔孔徑均為56mm，采取的巖心直徑為46mm。

XY-1型鉆機共施工淺鉆8個，孔深10.4～20.8m，完成工作量102.4m；施工深鉆1個，孔深98.5m。施工的淺鉆開孔、終孔孔徑均為75mm，巖心直徑均為46mm；施工的深鉆開孔孔徑為94mm，巖心直徑為89mm，終孔孔徑為75mm，巖心直徑為49mm。

XY-2型鉆機共施工深鉆4個，孔深50.3～188.9m，完成工作量511.2m；鉆孔開孔孔徑均為94mm，巖心直徑為89mm，終孔孔徑均為75mm，巖心直徑為49mm。

根據淺鉆和深鉆施工結果，綜合分析認為XY-2型鉆機和XY-1型鉆機施工的鉆孔結構較為合理，所采巖心的尺寸規格能較好地滿足設計和化驗測試的要求。HW-B30背包鉆機所采巖心的尺寸規格基本滿足設計和化驗測試的要求，但所采取巖心尺寸及采樣效果不及XY-2型鉆機和XY-1型鉆機。

2.5 鉆孔的施工效率

HW-B30背包鉆機所施工的淺鉆均較淺，且鉆孔位于植被茂盛、地勢陡峭、其他鉆探設備無法到達的位置。鉆機完成一個鉆孔只需1天，所需人員3～4人，施工速度快，所需人員少。

XY-1型鉆機所施工的淺鉆位于交通條件相對較好，設備通過搬運能夠到達的位置，鉆機完成一個淺鉆只需1天，鉆機純鉆機時間較短，搬運設備、安裝設備需要花費一定時間。XY-1型鉆機施工的一個深鉆由于取心工藝采用升管取心、夜班無法施工，所用工期10天，施工速度較慢，所需人員4～5人。

XY-2型鉆機本次采用繩索取心，在繩索取心鉆具結構中，其內管總成本身設計有扶正裝置，內管底部裝有卡簧和卡簧座，對巖礦心采取質量提供了有效的技術保證。該工藝不用升管取心，節省了上下鉆具的取心時間，施工時兩班交替進行，完成一個鉆孔僅需3～4天，施工速度快，所需人員6～7人。

2.6 鉆孔巖心的采取率

根據各鉆孔的巖心采取情況，3種施工設備取心效果最佳的是XY-2型鉆機（見圖1），鉆孔總巖心采取率96%～100%，其次為XY-1型鉆機，最后為HW-B30背包鉆機（見圖2）。由于地表巖石風化較嚴重，且含礦層為云母片巖，淺鉆所采巖心部分較破碎。HW-B30背包鉆機鉆采用清水鉆進，巖心管較短，動力不足，巖心采取率不及XY-1型鉆機、XY-2型鉆機。

圖1 XY-2型鉆機所采巖心

圖2 背包鉆機所采巖心

2.7 鉆孔的綠色勘查

HW-B30背包鉆機搬運拆裝方便，占地面積較小，屬于點狀掘進；鉆探施工中清水鉆進，不產生廢漿廢液，施工過程中對鉆孔周圍環境基本無影響；設備搬運過程中不用動用車輛，人力搬運即可，對工作區的植被基本不產生破壞影響。

XY-1型鉆機占地約20m2，施工面積較小，所施工的淺鉆和深鉆交通條件較好，均有道路通往鉆孔附近，對鉆孔周圍進行了簡單的平整后安裝設備進行施工。XY-2型鉆機占地約80m2，施工面積相對較大，設備搬運過程中采用車輛運輸，在施工場地的平整過程中對地表的植被會產生了一定的破壞影響。兩臺設備在鉆進過程中均采用泥漿鉆進，沖洗液配方：1.0m3水+0.4%純堿+3%腐植酸鉀+0.3%聚丙烯酸鉀+4%高效潤滑劑。施工過程中對泥漿每班有專人管理，布置了固定的泥漿罐，嚴禁泥漿隨意排放，隨時進行場地清潔。施工結束后，按設計要求做好了封孔工作，及時拆除了現場施工設備，清除了現場各類雜物、垃圾及污染物。結合當地要求和原貌情況對鉆孔周圍土地進行地貌及植被恢復。

3 經驗體會

綠色勘查工作貫穿于鉆探施工的整個過程，綠色勘查記錄要按規范合理記錄并形成資料，留足實際記錄及影像資料，綠色勘查原始資料的形成不能與鉆探施工脫節。

本次預查工作前期設計工作量中有槽探施工，后來考慮到探槽施工難以在本區進行，進行了設計變更，最終用淺鉆施工代替了探槽施工。因本次施工沒有施工探槽，無法了解刻槽樣的固定碳和小體重，無法進行刻槽樣和淺鉆巖心樣品的對比和分析。

4 小結

HW-B30背包鉆機在山高林密，交通條件不便的地區施工具有無可比擬的優越性，但由于設備自身鉆進工藝原因巖心采取率比其他兩種設備偏低；XY-2型鉆機采用繩索取心技術，鉆探施工效率較高，巖心采取率較高，但設備占地面積較大，施工場地恢復占用時間長；XY-1型鉆機占地面積較小，巖心采取率介于背包鉆機和XY-2型鉆機之間，施工場地恢復占用時間較短。每種鉆探設備都有其自身的優點和缺點，應根據工作區的交通、地形地貌、地質等情況進行綜合分析后選擇最合適的施工設備才能取得最好的鉆探效果。