繩索取芯技術在滇中砂巖銅礦勘探的應用

張永光

摘要：淺部可采資源日益減少，老礦山進行深部和外圍資源勘探的模式逐步形成，結合滇中砂巖銅礦勘探的鉆探需要，采用繩索取心鉆進工藝，選用XY-44型鉆機、NQ鉆桿鉆具及輔助設備，圓滿完成了較深部勘探工作，為我院大規模采用繩索取心鉆進工藝提供參考。

關鍵詞：繩索取芯；滇中紅層；施工工藝

1 引言

所謂繩索取芯鉆探，是不提鉆而由鉆桿內撈取巖心的先進鉆進方法。具有結構簡單，鉆進效率高，巖芯質量好，巖芯浸泡時間最短，鉆頭壽命長，勞動強度低等特點。與普通鉆進方法相比，具有地質效果好，生產效率高，鉆進成本低等優點。不足的是對于地質構造多變、地層條件復雜的鉆孔，施工中常遇漏失、涌水、水敏性地層與礦層的坍塌等問題，嚴重影響繩索取芯鉆進工藝性能的發揮。

云南省牟定縣郝家河銅礦接替資源勘查項目是國家危機礦山接替資源找礦項目，由我院實施勘探工作。屬于典型的“滇中紅層”地層，地層簡單，非常適宜采用繩索取芯鉆探施工，我院在該項目中開始采用繩索取芯技術。

2 地層概述

礦區地層為“滇中紅層”，主要為白堊系中統馬頭山組清水河段（K2mc）和郝家河段（K2mx），為礦區的含礦地層，也是鉆探施工中相對較簡單地層。以暗紫色砂質泥巖為主，局部粉砂巖夾層，巖性單一，成份簡單多為砂、泥質，巖石膠結緊密，固結性好，巖石類別為較軟的，抗研磨性差，壓力硬度<100（9.8×105Pa），鉆進時效性在2.60（3×10-4m/s）。

3 配套設備

為了完成設計孔深410～790m鉆孔的任務，配套的主要設備有： XY-44型鉆機，進口繩索取心鉆桿，繩索取心鉆具，BW—250 型泥漿泵，金剛石繩索取心鉆頭和擴孔器。

3.1鉆機

鉆機為國產XY-44型鉆進深度為1000m的機械傳動液壓操作巖心鉆機。其特點及主要技術性能為立軸轉速高，最高轉速達1588r/min。調速范圍大，最高轉速與最低轉速之比為11.76。有正轉8級，反轉2級；鉆機重量輕，可拆性好，便于搬遷；卷揚機提升能力大，單繩一速時提升能力為33000N；操縱手柄集中，靈活可靠；動力機可配電動機或柴油機。

3.2鉆桿

選用進口寶長年Q系列鉆桿，具有較高的強度和耐磨性。其主要特點有：（1） 鉆桿采用公母接頭工藝，鉆桿疲勞強度高，密封性能好，公母接頭與鉆桿體連接強度高；（2）螺紋擰緊時接觸面積大，間隙小，螺紋受力均勻，傳遞扭矩大，密封性能好，而且具有自定心的特點，減少螺紋的擰卸磨損。

3.3繩索取心鉆具

繩索取心鉆具分為單動雙層巖心管和打撈器兩大部分。雙層巖心管部分由外管總成和內管總成組成。外管總成包括彈卡擋頭、彈卡室、穩定接頭（上擴孔器）、外管、下擴孔器和鉆頭組成；內管總成由撈矛頭、彈卡、懸掛環、到位報訊、巖心堵塞報警、單動、內管保護、調節、扶正、內管、巖心卡取等機構組成。

3.4鉆頭與擴孔器

金剛石雙管取心鉆頭采用進口4457-1-NQ6型及ALPh206型金鋼石鉆頭用于繩索取心雙管鉆進，由于鉆桿最大外徑約為71 mm（NQ），考慮合理的孔壁間隙，鉆頭的外徑設計為75 mm。

磨孔器為8588-6型；外徑選用75 mm，主要作用是修整孔壁，保持鉆孔直徑合乎標準尺寸； 其次起扶正和穩定鉆頭作用。

3.5 BW250泥漿泵

選用BW-250 型泥漿泵，該泵具有壓力高、泵量大的特點，可用于孔徑大于70 mm、孔深小于1000 m 的全面或取心鉆進，能夠完全滿足排粉和正常鉆進的要求。

4 施工工藝

4.1概述

開孔采用PQ鉆進至4-10 m，下套管處理孔口后，采用NQ繩索取心全孔鉆進至終孔。所有鉆孔滿足地質巖心鉆探規程地質技術質量要求六大指標。

4.2沖洗介質

沖洗液量是金剛石鉆進的另一重要規程參數，它除了冷卻鉆頭，排除巖粉外，還具有調節金剛石胎體正常磨損，即適時暴露金剛石的作用，還有軟化巖石、保護孔壁、潤滑減振作用。金剛石鉆進特點是巖粉細小，鉆具與孔壁、孔底的間隙都很小，沖洗液流經狹窄的通道，阻力很大，一般不需要大泵量。施工礦區巖石比較穩定，成孔容易，因此采用泥漿泵供應的聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素及鈉土調制的化學漿液及清水作為沖洗介質就可滿足鉆進要求。

4.3鉆進工藝參數

金剛石鉆進效率除了取決于正確選擇鉆頭外，還取決于鉆進工藝參數：鉆壓、鉆頭轉速和沖洗液量。影響鉆進工藝程參數的因素很多，主要有巖層的性質和特點、鉆頭的類型、所用設備和鉆具性能以及鉆孔的直徑和深度等。評定金剛石鉆進工藝是否合理，主要依據鉆速、鉆頭的總進尺和單位進尺金剛石的消耗量三個方面的指標來衡量。

一般來說，在一定范圍內鉆速是隨鉆壓的增大而增加的，但它們因孔底碎巖機理的不同而有所不同。過大的鉆壓使金剛石消耗量急劇增大，而且還會導致鉆速下降。開孔鉆進技術參數：鉆壓3～5KN，轉速小于160r/min，泵量小于160L/min，鉆速宜達到1～3cm/min；正常鉆進后一般采用鉆壓9～12KN，轉速大于1200r/min，泵量320L/min，鉆速宜達到5～10cm/min；在個別堅硬、復雜地層時12 ～ 18 kN。

隨著鉆孔深度的增加適當的降低轉速，若孔較直，轉速不低于800r/min。

鉆進過程中泥漿泵的泵量選用320 L /min，泵送和打撈內管總成時，為了提高效率，泥漿泵的泵量適當調大。

4.4施工效果

經過幾年的施工，我單位在該礦區施工總工作量超過40000米，一般800～900米深的鉆孔，單孔施工時間一般均可控制在一個月以內，較以前普通提鉆施工時間提前了1～2個月，取得了明顯的經濟效益。

5 結束語

5.1我單位在該礦區施工采用XY-44型鉆機、PQ、NQ繩索取心鉆具和BW-250 型泥漿泵等設備配合合理的鉆進工藝，圓滿地完成礦區勘探工作。

5.2繩索取心鉆探工藝大大減輕了工人的勞動強度，減少了鉆進輔助時間，發揮該工藝方法應有的鉆進效率，以后還需要繼續做大量工作推廣應用。

5.3隨著資源開采量的增加，淺部資源越來越少，對老礦山進行深部和外圍資源勘探的需求越來越迫切，深部勘探是在老礦區進行深部資源勘探的一個捷徑，繩索取心鉆進工藝是超深孔坑道勘探的理想方法，應用將會得到普及。

參考文獻：

[1]中國有色金屬工業總公司.《巖芯鉆探技術規程》，1991年

[2]趙留華，張準. 云南省牟定縣郝家河銅礦區鉆探施工工藝應用研究。西部探礦工程

[3]武漢地院五院校，鉆探工藝學.地質出版社，1979

[4]王年友，繩索取芯鉆探及事故處理技術，勘探技術研究所，2010