貴州紫金簸箕田2金礦主及副井工程地質(zhì)水文地質(zhì)鉆孔施工技術(shù)

李武勝，王 虎，李 勇*，蘭永飛

（1.貴州紫金礦業(yè)股份有限公司，貴州 貞豐 562205；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111地質(zhì)大隊，貴州 貴陽 550081）

1 工程概況

為對貴州省貞豐縣簸箕田2金礦進(jìn)行開發(fā)，擬在礦區(qū)內(nèi)新建主井及副井各一口，為查明擬建豎井區(qū)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件，保證井巷工程設(shè)計施工所需工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，施工了主井工程勘察鉆孔（ZK-BJT2G2）及副井勘察鉆孔（ZKBJT2G1）各一口工程地質(zhì)水文地質(zhì)鉆孔。施工鉆孔兼顧水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘察，孔徑大、取芯率要求高、地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。為完成任務(wù)，采用S91金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝和擴(kuò)孔鉆進(jìn)工藝復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，順利完成了兩口井得施工[1-3]。

2 地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)要求及施工難點

2.1 地層結(jié)構(gòu)特征

鉆孔地層自上而下為第四系、三疊系下統(tǒng)夜郎組、二疊系樂平統(tǒng)大龍組、長興組、龍?zhí)督M、蝕變體、二疊系陽新統(tǒng)茅口組。碳酸鹽巖地層巖溶裂隙發(fā)育、富水性好；粘土巖地層水敏性強、易縮徑；蝕變體局部硅化嚴(yán)重、可鉆性較低。鉆探揭露地層結(jié)構(gòu)及特征見表1。

表1 鉆探揭露地層結(jié)構(gòu)及特征表

2.2 鉆孔技術(shù)要求及指標(biāo)

按相關(guān)規(guī)范要求加強對鉆孔施工質(zhì)量的監(jiān)控，特別在巖礦心采取率、鉆孔彎曲度測量、孔深誤差測量與校正、簡易水文觀測、原始報表記錄和封孔等6個方面的質(zhì)量要求。具體要求如下。

（1）豎井工程地質(zhì)勘察鉆孔應(yīng)布置距井筒中心10m～25m范圍內(nèi)，可根據(jù)現(xiàn)場條件經(jīng)設(shè)計單位同意后適當(dāng)調(diào)整。

（2）勘察鉆孔深度應(yīng)大于設(shè)計井深5m～10m，終孔直徑不小于91mm。鉆孔在井底附近已揭露影響豎井建設(shè)的不良地質(zhì)體時，應(yīng)穿透該不良地質(zhì)體。

（3）勘察鉆孔每鉆進(jìn)20m～30m應(yīng)測斜一次，測出鉆孔傾角、方位角、鉆孔偏斜率，偏斜率應(yīng)控制 在1.5%以內(nèi)。

（4）勘察鉆孔應(yīng)釆用全孔取芯，巖芯釆取率：在基巖和黏性土中不應(yīng)低于80%,在破碎帶、軟弱 夾層和粗顆粒土層不應(yīng)低于65%。

（5）鉆孔應(yīng)做好水文觀測，對各主要含水層（組）應(yīng)分層封堵進(jìn)行抽水試驗。

（6）鉆進(jìn)結(jié)束后使用強度等級不低于M10的水泥砂漿嚴(yán)密封堵全鉆孔，并作出明顯標(biāo)志。當(dāng)?shù)叵滤|(zhì)具腐蝕性時，封孔材料尚應(yīng)釆取防腐措施。

（7）鉆孔施工前，應(yīng)先在井位周邊進(jìn)行地表工程地質(zhì)和水文地質(zhì)測繪及輔助物探剖面測量。

（8）在鉆孔中應(yīng)同時配合進(jìn)行工程物探和原位測試。豎井鉆孔內(nèi)應(yīng)全孔進(jìn)行聲波測試，豎向測點 間距不宜大于5m，在復(fù)雜孔段宜為1m～2m。

2.3 施工難點

（1）地質(zhì)條件復(fù)雜、地質(zhì)要求高、鉆孔深度大[4-6]。

（2）同一鉆孔實施水文勘查和地質(zhì)勘查，鉆孔結(jié)構(gòu)需多級變徑。

（3）水文勘查及以上段孔徑及深度大，地質(zhì)勘查段取心率要求高。

（4）需對各主要含水層（組）分層封堵進(jìn)行抽水試驗。

3 鉆探設(shè)備

鉆探設(shè)備根據(jù)鉆探目的任務(wù)、鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)工藝、地層條件、設(shè)備性能和能力、環(huán)保等要求，使用“XY-44鉆機(jī)”組合滿足上部復(fù)雜地層及大孔徑井段鉆進(jìn)和含礦層繩索取心鉆進(jìn)要求，主要鉆探設(shè)備見表2。

4 施工工藝技術(shù)

4.1 施工工藝

為達(dá)成任務(wù)目的，鉆孔總體采用S91金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝和擴(kuò)孔鉆進(jìn)工藝的復(fù)合鉆進(jìn)工藝。

4.2 鉆具組合及搭配

（1）Ф91繩索鉆具組合及搭配：Φ91mm取心鉆頭+Φ91mm上擴(kuò)孔器+HQ繩索取心鉆具總成+Φ91mm下擴(kuò)孔器+Φ89mm繩索取心鉆桿。

表2 主要鉆探設(shè)備表

（2）擴(kuò)孔鉆進(jìn)鉆具組合及搭配：擴(kuò)孔鉆具+Φ89mm鉆桿。

4.3 鉆進(jìn)參數(shù)

（1）鉆壓。選擇依據(jù)：取心鉆進(jìn)孕鑲鉆頭按單位底面積壓力為40～80kg/mm（直徑）計算。在鉆孔彎曲、超徑的情況下或鉆進(jìn)強研磨性、破碎巖層時，鉆壓應(yīng)適當(dāng)降低。鉆進(jìn)過程中鉆壓應(yīng)保持平穩(wěn)，不得用升降機(jī)進(jìn)行減壓，在鉆進(jìn)中鉆壓不應(yīng)太大，以免造成較大的孔斜。實際操作中鉆壓推薦如表3。

表3 鉆頭適用鉆壓推薦表

（2）轉(zhuǎn)速。根據(jù)該區(qū)的地層情況及所選設(shè)備配置情況，采用91mm金剛石繩索取心鉆進(jìn)時鉆機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)速推薦500～700r/min，擴(kuò)孔鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速推薦50～100r/min，在實際操作中還應(yīng)根據(jù)巖層的破碎、軟硬程度和鉆孔的穩(wěn)定性等情況確定轉(zhuǎn)速，若巖層破碎，軟硬不均勻，根據(jù)鉆進(jìn)過程實際情況作調(diào)整。

（3）泵量。在轉(zhuǎn)速較高、鉆進(jìn)速度較快、巖石研磨性較強、巖石顆粒較粗時，應(yīng)選用較大泵量，反之則泵量應(yīng)減少。鉆進(jìn)時必須隨時觀察泵壓變化，嚴(yán)防送水中斷和鉆具中途泄漏。不允許用三通水門調(diào)節(jié)泵量。具體參數(shù)如下表（表4）。

表4 金剛石鉆進(jìn)推薦泵量表

4.4 鉆井液配方

（1）低固相鉆井液配方。清水1m3+鈉土粉50kg+純堿2kg+水解聚丙烯腈胺鹽（NH4-HPAN）2.5kg（或腐植酸鉀KHm）+高粘羧甲基纖維素（HV-CMC）0.4kg+磺化瀝青防塌護(hù)壁劑2.5kg。性能指標(biāo)約為：密度1.03，漏斗粘度27～33s，失水量5ml～8ml/30min，PH值為8.5～10。

鉆進(jìn)不同的地層適當(dāng)調(diào)整添加劑和數(shù)量。

（2）無固相鉆井液配方。1m3清水+2kg聚丙烯酸鉀+5kg植物膠+1kg聚丙烯酰胺。

5 分層抽水試驗封堵設(shè)計

根據(jù)勘察鉆孔揭露地層層序結(jié)構(gòu)、巖性、地下水類型及旁邊鉆孔水位埋深及各套巖性組富水性情況，自上而下依次分層進(jìn)行抽水試驗。抽水試驗前，先采用活塞洗井工藝進(jìn)行洗井。抽水試驗時，使用止水器、止水托盤、“止水橡膠圈”、粘土球海帶包等止水工具或止水材料安置于預(yù)抽水含水層底部，封堵預(yù)抽水含水層以下的地下水，抽水完畢后，掃穿止水工具或止水材料，下套管對已進(jìn)行過抽水試驗的地層進(jìn)行止水，再進(jìn)行下一層含水層的抽水試驗。

6 現(xiàn)場應(yīng)用情況

6.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)水文地質(zhì)勘查、礦山地質(zhì)勘查施工工藝和規(guī)范及地質(zhì)設(shè)計要求和鉆進(jìn)揭露地層結(jié)構(gòu)，主井鉆孔（ZK-BJT2G2）及副井鉆孔（ZK-BJT2G1）結(jié)構(gòu)如下。

表5 主井、副井井身結(jié)構(gòu)

6.2 施工效率分析

主井工程勘察鉆孔終孔深度884.38m，施工周期46天，臺月效率576.77m/月。

副井勘察鉆孔終孔深度844.18m，施工周期42天，臺月效率602.99m/月。

6.3 施工質(zhì)量

（1）主井工程勘察鉆孔（ZK-BJT2G2）進(jìn)行了0m～536.17m和536.17m～884.38m兩個含水層的抽水試驗，副井勘察鉆孔（ZK-BJT2G1）進(jìn)行了0m～506.24m和506.24m～844.18m兩個含水層的抽水試驗，分層封堵效果良好，各含水層抽水試驗均獲取了真實準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)，各項指標(biāo)均滿足水文勘查要求。

（2）兩口井平均巖心采取率均超過了90%，滿足地質(zhì)勘查要求。

（3）鉆孔終孔孔斜滿足規(guī)范及設(shè)計要求[7-9]。

7 結(jié)論

（1）合理的鉆孔結(jié)構(gòu)和施工工藝技術(shù)是獲取準(zhǔn)確地質(zhì)資料及安全高效鉆進(jìn)的前提保障。

（2）采用金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝和擴(kuò)孔鉆進(jìn)工藝結(jié)合的復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，可以低成本、高效率的完成類似大口徑、多級變徑鉆孔施工任務(wù)。

（3）使用止水器、止水托盤、“止水橡膠圈”、粘土球海帶包等止水工具或止水材料安置于預(yù)抽水含水層底部，封堵預(yù)抽水含水層以下的地下水，可對含水層進(jìn)行分層抽水。

（4）孔壁穩(wěn)定巖層水文地質(zhì)勘查鉆探施工盡可能使用無固相鉆井液，以減少和避免污染和堵塞目的層來水通道、降低洗井難度獲取更準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)。