廣西南丹大廠礦區(qū)1800米深孔鉆探設(shè)備及技術(shù)措施

吳年超

（廣西二一五地質(zhì)隊有限公司廣西柳州545006）

廣西南丹大廠礦區(qū)1800米深孔鉆探設(shè)備及技術(shù)措施

吳年超

（廣西二一五地質(zhì)隊有限公司廣西柳州545006）

廣西大規(guī)模地質(zhì)礦產(chǎn)勘查項目大廠礦田更莊-龍神坳鋅銅礦普查，設(shè)計鉆孔孔深1800 m，詳細介紹鉆探設(shè)備材料選擇，主要鉆探技術(shù)措施，鉆進體會。

鉆探深孔鉆探設(shè)備技術(shù)措施繩索取心鉆進

0　前言

廣西南丹大廠錫礦田是世界上最大的錫多金屬礦之一，其錫、鉛、銻等儲量在全國占有重要的地位。

但隨著近半個世紀以來礦山的不斷開采，礦區(qū)保有儲量日益減少，嚴重影響到礦山的持續(xù)發(fā)展。

為了增加礦山儲量，延長礦山服務年限，近年來廣西二一五地質(zhì)隊有限公司在老礦區(qū)外圍開展了大量“探邊摸底”的找礦工作，在老礦區(qū)的深部和邊部相繼發(fā)現(xiàn)了黑水溝-大樹腳、羊角尖等多個大中型矽卡巖型鋅銅礦床，潛在價值大于500億元。礦體埋藏深，礦床邊界尚未控制，展示了深部良好的找礦前景。

根據(jù)大廠錫礦田找礦工作需要，2010年3月我公司立項了廣西自治區(qū)大規(guī)模地質(zhì)礦產(chǎn)勘查項目——“廣西南丹縣大廠礦田更莊～龍神坳鋅銅礦普查”，設(shè)計了ZK101-1號鉆孔、設(shè)計孔深1800米，設(shè)計方位225°、傾角90°。該鉆孔于2011年3月17日開孔，2011年10月7日終孔，歷經(jīng)199天，終孔孔深1800.51米，臺月數(shù)6.6個，臺月效為272米。

1　礦區(qū)主要地層情況

大廠礦田出露的地層為泥盆系～三疊系一套碎屑巖—碳酸鹽巖—硅質(zhì)巖組合，泥盆系為主要賦礦層位。

該區(qū)巖漿巖主要巖石類型為黑云母花崗巖和斑狀黑云母花崗巖組成。礦田位于NW向丹－池褶皺斷裂帶的中段，區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育、以NW、NNW方向為主的不對稱線形褶皺和逆沖斷層，組成了區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格架，是大廠礦田內(nèi)主要的控巖、控礦構(gòu)造，被多組NE、NNE斷層切割，形成復雜的構(gòu)造帶，礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育。

2　鉆探設(shè)備及主要材料的選擇

2.1鉆機的選擇

根據(jù)以往我們施工情況經(jīng)驗分析，施工深孔主要是考慮鉆機鉆進能力、扭矩力、升降起重力。

經(jīng)過市場考查對比，我們選用了連云港黃海探礦機械廠生產(chǎn)的HXY-6B型鉆機，該鉆機的主要技術(shù)參數(shù)為：鉆進能力800～2200米（鉆桿114～50mm）；75KW電動機（100KW柴油機）；鉆孔角度75～90°；轉(zhuǎn)速81～1037r/min（8擋）；立軸最大矩7800N.M、立軸行程600 mm、立軸最大起重重力200KN、立軸最大加壓壓力150KN、立軸內(nèi)徑118 mm；卷揚機單繩最大提升力85KN、鋼絲繩直徑21.5mm、最大卷繩量為120 m；外形尺寸（長×寬×高）3200 mm×1300 mm×2200 mm；鉆機質(zhì)量（不含動力機）3800kg。

經(jīng)過深孔占進使用情況看，該鉆機能夠滿足鉆進1800米鉆孔的要求（終孔直徑為75 mm）。

深孔鉆進中一直用電機55KW，動力能滿足施工需要。到終孔時，在使用中除立軸頭卡盤部位的大軸承損壞一次，鉆機其他部位一切正常。

2.2鉆塔選擇及安裝

根據(jù)以往鉆探施工經(jīng)驗及施工區(qū)域搬遷條件、后續(xù)繼續(xù)使用情況分析，施工深孔首先是考慮鉆塔負荷能力是否能滿足鉆孔如果繼續(xù)加深后的負荷能力，這是最主要、最關(guān)鍵問題；其次鉆塔高度，考慮升降鉆桿立根時升降時間、鉆桿立根是否能滿足擺放；再三考慮鉆塔搬遷條件、后續(xù)繼續(xù)使用、節(jié)約成本。

我們選用了連云港黃海機械廠生產(chǎn)的SGZ23-50型四角鐵鉆塔，該塔主要配XY-5型1500米巖心鉆機使用，也可配用于孔深1800米以內(nèi)且負荷符合鉆塔規(guī)定的其他型號鉆機。該塔總重量輕，單件重量小，適合經(jīng)常折遷和高空安裝的要求。其主要技術(shù)參數(shù)為：天車正常負荷230KN，最大負荷300KN，鉆塔高度23m，塔底尺寸5.5×5.5M2塔頂尺寸1.2×1.2M2，移擺立根長18-19米。ZK101-1孔終孔深度1800米，訪鉆塔穩(wěn)定好，完全滿足施工要求。

鉆塔安裝處理方法，由于考慮到到鉆孔深度大，鉆桿重量大，鉆塔負荷重，地盤要求保證平整完工。

在地盤平盤時用水泥加石碴拌成混凝土硬化成厚20cm的硬底，保證施工時地盤完全達到要求。鉆塔安裝時按操作規(guī)程進行進行安裝。

2.3水泵的選擇

經(jīng)過鉆探設(shè)備市場調(diào)查和對比，選用衡陽探礦機械廠生產(chǎn)的BW-320型泥漿泵，該泵性能可靠、質(zhì)量好、易損件壽命長，但重量較大、動力要求大，從使用情況來非常好、沒有出現(xiàn)損壞情況。

2.4擰管機選擇

選用北京中地裝備機械儀器有限公司生產(chǎn)的SQ114/8型繩索取心鉆桿動力鉗，該動力鉗適用繩索取心鉆桿快速上卸扣的一種開口動力鉗，特點：動力鉗由主鉗和背鉗組成，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕、效率高、高檔速度快、低檔扭矩大、動作靈活可靠，安裝、調(diào)整、使用、維修方便，也易分離使用、搬遷。

使用動力鉗大大減輕勞動強度、提高升降鉆桿速度，效果非常顯著。

2.5鉆桿選擇

市場上繩索取心鉆桿材料主要有三種：

（1）普通繩索取心鉆桿；

（2）鉆桿體加厚公母接手帶切口的繩索取心鉆桿；

（3）兩端經(jīng)鐓粗加厚的繩索取心鉆桿。

在實際鉆探施工中，鉆桿易斷折部位絕大部分是絲扣位置，在鉆桿中間發(fā)生折斷現(xiàn)象情況極少。鉆桿兩端經(jīng)鐓粗加厚，在鉆桿絲扣處強度增加，能保證鉆桿增加質(zhì)量。

經(jīng)過鉆探材料市場調(diào)查、研究和對比、以前工作經(jīng)驗和比較，我們選用唐山市金石超硬材料有限公司生產(chǎn)的兩端經(jīng)鐓粗加厚的繩索取心鉆桿（ZXJS75）為主要鉆桿和普通繩索取心鉆桿（SW95），SW95鉆桿可作套管使用，這兩種繩索鉆桿級差匹配；SW95鉆桿能和φ108mm套管匹配使用。

經(jīng)過鉆進1800米施工鉆孔，繩索取心鉆桿在正常鉆進過程中沒有發(fā)生鉆桿折斷現(xiàn)象；只是在處理井故時發(fā)生六根鉆桿在接手處折斷六次現(xiàn)象，根據(jù)分析原因是鉆桿接手磨得過薄受力而造成的后果。在處理井故完畢后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有些接手變薄更換了些鉆桿接手，再沒有發(fā)生鉆桿折斷情況，鉆孔很順利完成施工。

2.6主動鉆桿選

主動鉆桿選擇主要考慮鉆孔深度和重量、扭矩力的傳動等；主動鉆桿有圓型和六方型兩種，圓型主動桿受力太大情況易打滑、對提升力有影響。

深孔施工受力重，六方型更適合深孔施工，所以選用唐山市金石超硬材料有限公司生產(chǎn)的59 mm六方機上鉆桿，機上鉆桿配套高速輕便的水接頭、五層高壓水管。在施工完鉆孔，機上鉆桿一直很正常、只是換了幾次水接頭小軸承。

經(jīng)過施工證明59 mm六方機上鉆桿質(zhì)量是符合要求。

3　鉆探技術(shù)措施

3.1鉆孔結(jié)構(gòu)

由于本工作區(qū)為老礦區(qū)，地層巖石受后期坑道開采原因改變了原有的巖石結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，漏失嚴重，易發(fā)生孔內(nèi)事故，同時地下有許多不明民窿的巷道甚至于空采場，給鉆探施工帶來很大的影響。考慮到不可遇見因素。一開采用φ171 mm合金鉆進，鉆進超過第四紀地層到6米深，下φ168mm套管；然后換φ151mm金剛石鉆頭鉆進15米，下φ146mm套管；換φ131mm金剛石鉆頭鉆進35米，下φ127mm套管；換φ110mm金剛石鉆頭鉆進60米，下φ108mm套管；換徑φ95mm、要求φ95mm口徑施工到450米。用φ95mm繩索取心鉆進這深度的目是預防遇到嚴重失水和漏漿、破碎等不可預見因素影響的地層、避免必須采用多次擴孔變徑下多套套管的施工方法；在φ95mm繩索取心鉆進時，遇嚴重漏失地層基本采用頂漏鉆進到設(shè)計深度、必要時可采用水泥護壁或提前換徑。然后換用φ75mm繩索取心金剛石鉆進至終孔。

3.2鉆進工藝參數(shù)選擇

3.2.1轉(zhuǎn)速的選擇：

轉(zhuǎn)速的選擇是鉆探各參數(shù)選擇的關(guān)鍵，本孔在金剛石鉆進參數(shù)的選擇，主要考慮設(shè)備機具能力和巖層的變化情況，在能力允許的情況下，盡量采用高參數(shù)（見表1）；450米以前淺鉆采用四檔轉(zhuǎn)速（225r/min）為主鉆進；在450米～1200米中深鉆采用六檔轉(zhuǎn)速（389r/ min）為主鉆進；在1200米以下深度采用四檔轉(zhuǎn)速（225r/min）為主鉆進，在鉆進過程中根據(jù)巖石的可鉆性和研磨性.完整程度等實際情況適當調(diào)整鉆進參數(shù)。

表1　

3.2.2壓力的選擇

淺孔時遇預漂斜嚴得采用輕壓、低轉(zhuǎn)速、適當水量鉆進。450米以前淺鉆采用輕壓4-8KN；在450米～1200米中深采用在大鉆壓10-15K為主鉆進；在1200米以下深度后適當減壓鉆進、采用8-12K為主鉆進，

3.2.3沖洗液選擇

450米以前，泥漿漏失非常嚴重、采用清水中加入聚丙烯酰胺+皂化油作鉆進沖洗液，并在井口從鉆桿旁在鉆進中加沖洗液，就可以保證金剛石繩索取芯鉆進的正常需要；450-1000米以灰?guī)r為主，巖性膠結(jié)性差，松散破碎、漏失、掉塊嚴重，并會有輕微坍塌，采用SD-KP低固相沖洗液+隨鉆型多效堵漏劑，能保障施工的順利進行。

SD-KP低固相泥漿配置方案:清水+1%膨潤土+0.4%SD-2+ 0.5%純堿+0.5%CMC+0.02%PAm+0.4%KP共聚物，沖洗液性能指標為:密度1、02-1、05kg/l,失水量9-10ml/30min,PH值9-10,漏斗粘度20-24s。

該泥漿具有低失水、低粘度、低固相、造漿性能好等特性,有較強的水化分散和防塌護壁作用。

在使用過程中還要根據(jù)井內(nèi)返漿的情況及時調(diào)整泥漿的濃度；1000米以下硅化灰?guī)r、砂巖為主，我們采用LBM沖洗液,其配方為: NV-12%-5%,GSA0、1%-0、3%,GPA0、1%；沖洗液的性能指標為:密度1、02-1、05kg/l,失水量9-10ml/30min,PH值8-9,漏斗粘度18-24s。

4　鉆探成果及工作中出現(xiàn)問題

（1）該鉆孔于2011年3月17日開孔，2011年10月7日終孔，歷經(jīng)199天，終孔孔深1800.51米，臺月數(shù)6.6個，臺月效為272米。通過該深孔的施工實踐，我們不僅在鉆探工藝方面學習了施工經(jīng)驗，也為今后深孔施工奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（2）根據(jù)地層及老礦區(qū)工作施工設(shè)計要求，φ95mm口徑施工最少要到達井深450米。實際施工中到達37米、巖性較完整，為了追求施工進度和現(xiàn)場施工技術(shù)人員深孔施工經(jīng)驗不足原因，未按設(shè)計要求提前換徑用φ75mm鉆進，造成在270米發(fā)生偏斜超差，最終重新用φ95mm擴孔到470米，既報廢了進尺又浪費了15天時間。

（3）在施工912米時，由于地層遇破碎帶變化大、當班班長施工經(jīng)驗不足及操作失誤，造成糊鉆井故。糊鉆后，鉆具總承及內(nèi)管利用強拉取上，鉆桿動用反絲處理，最后井內(nèi)剩余鉆具無法處理，采用加工合金鉆頭消滅方法處理鉆具，前后共處理了33天才把糊鉆事故處理好。

5　經(jīng)驗和體會

（1）HXY-6B型巖心鉆機，滿足1800米孔深施工，動力還十分充足。

（2）HXY-6B型巖心鉆機，動力設(shè)計為75kw電動機，考慮到降低成本問題，從開孔我們先用55 kw電動機施工，施工中動力滿足工作需要，最終到終孔我們一直采用55 kw電動機施工。既節(jié)約能源又節(jié)約了成本。

（3）選用唐山市金石超硬材料有限公司生產(chǎn)的兩端經(jīng)鐓粗加厚的繩索取心鉆桿。其各項技術(shù)指標滿足1800米深孔設(shè)計施工需要。

（4）老礦區(qū)由于開采原因及坑道影響，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理選擇，并預留必要的技術(shù)口徑套管。要適當考慮套管護壁這施工方案，能少走些施工彎路。

（5）繩索取心鉆桿動力鉗使用既降低勞動強度又提高工作效率、節(jié)約成本。

[1]盧飛，李華，趙振峰，王占芳.2010m斜孔鉆探設(shè)備選擇及技術(shù)措施[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36(3)：1-3.

[2]劉廣志.金剛石鉆探手冊[M].北京:地質(zhì)出版社，1991.

[3]烏效鳴，胡郁樂，賀冰新等，鉆井液與巖土工程漿液[M].湖北武漢:中國地質(zhì)大學出版社，2002.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-480-2

吳年超（1970～），男，本科，地質(zhì)勘查工程專業(yè)，高級工程師，研究方向為鉆探施工技術(shù)及管理工作。