黑龍江省嫩北農場金銅礦普查鉆探施工技術應用

劉立鵬

吉林省有色金屬地質勘查局六0三隊，吉林 延吉 133000

0 引言

隨時科技的進步，鉆探技術領域相關理論和技術研究日新月異，黑龍江省嫩北農場金桐礦普查本著理 論與實踐相結合，通過普查找礦，為后期圈定礦體范圍和評價質量提供直觀線索，同時鉆探技術為能夠適應市場的需要與變革靈活打下長遠的基礎。

1 工程概況

1.1 勘查區交通位置

黑龍江省嫩北農場金銅礦區位于嫩江縣北部門魯河—嫩北農場一帶。嫩江縣有至多寶山鎮鐵路和至多寶山鎮、呼瑪縣的兩條公路穿過嫩北農場工作區,交通較方便。

1.2 區域地質概況

工作區位于小興安嶺西坡與松嫩平原過渡地帶；大地構造位置屬興安嶺－內蒙地槽褶皺區大興安嶺地槽褶皺系罕達氣優地槽褶皺帶罕達氣斷褶東、座虎灘凹陷。地質上位于晚元古代新開嶺隆起與加里東期島弧區銜接部和中生代座虎灘火山—沉積盆地西部邊緣構造疊合部位；區域成礦上位于罕達氣-紅葉家銅、金成礦帶的西南段。

普查區所處的隆—拗構造疊加部位，由基底和白堊紀火山—沉積蓋層構成。

1.2.1 區域構造

大地構造位置屬興安嶺－內蒙地槽褶皺區大興安嶺地槽褶皺系罕達氣優地槽褶皺帶罕達氣斷褶東、座虎灘凹陷。

區內褶皺、斷裂構造較為發育，褶皺見北東向的背、向斜，斷裂可分為東西、南北、北東、北北東、北西向。區域上，基底褶皺、斷裂、韌性變形構造帶以北東向為主，北北東向次之。北東向構造控制了上元古界—下寒武統大網子組（Pt3—?1d）及古生代巖漿活動，構造形態褶皺、斷裂均較發育；北北東向構造控制著嫩北拗陷盆地及白堊系的巖漿活動。南北向、東西向構造以斷裂為主。

2 鉆探目的和技術要求

2.1 鉆探目的

利用前期物、化探勘查手段，對勘查區塊內的金、銅礦找礦靶區繼續開展普查工作，大致查明工作區地質成礦條件、主要控礦構造帶分布規律、礦化蝕變帶分布特征。以鉆探方法對已經發現的金礦（化）體和重點物探異常進行控制和驗證，大致查明礦體數量、規模、形態、產狀及品位變化特征，擴大礦體規模。加強成礦規律的綜合研究，對該區找礦潛力做出總體評價，為進一步勘查工作提供依據。

2.2 鉆探技術要求

必須要基于以下幾點要求進行施工，即：（1）巖礦芯鉆探、采取率以及巖礦芯管理

在選擇鉆孔時，其終孔的孔徑應高于75 mm。針對礦體、礦化帶以及含礦層位來說，采取率必須要超過85%，在頂底板的各3～5米標準內，巖心的采取率應超過75%，對于全孔巖礦芯而言，采取率則需要超過70%。實際上，在施工的過程中，機長負責管理鉆孔巖礦芯，在施工完成之后，將其交付于項目小組進行管理。在該項目竣工后，將其運回至巖心庫內儲存，不可出現減少。

（2）測量鉆孔彎曲度

在進行鉆探時，或者實現終孔之前，應基于相關的測量規定，對鉆孔的頂角以及方位角進行精準測量，進而明確其在深部所處的方位。在對其彎曲度進行測量時，建議在開孔50米進行一次測量，之后可以每100米進行一次測量。與此同時，必須要對彎曲度進行合理控制，應達到每一百米不超過1°鉆孔方位角偏斜距離的允許范圍不能超過勘探線間距的五分之一。

（3）校正孔深

在進行校正孔深的過程中，應與測斜同步進行，測量鉆桿的誤差是：1/千。每當鉆進一百米或者在重要礦體等應用鋼卷尺對鉆具進行測量，對其孔深進行驗證后所產生的誤差不可高于0.001%。所應用的鉆具一般均為鋼尺，在進行校正時，一般分成兩個階段，即下鉆前與提鉆后，誤差不可高于0.1 m，不然則需要重新操作，若是誤差超過0.2 m，則需要了解出現問題的原因，及時改正錯誤。

（4）簡易水文觀測

每班在對水位進行觀測時，至少要1～2回次。在此過程中，下鉆前與提鉆后對水位進行測量，間隔為5 min。在鉆進時將會面臨很多情況，包括涌水、漏水、涌砂以及掉塊等，這時候必須要正確計入其深度。

（5）原始資料以及班報表

在進行鉆探時所產生的原始記錄尤為關鍵，能夠使整個施工流程得到全面反映，同時也是制作地質報表必不可少的重要組成部分，是對生產技術進行分析的基本材料，也可以為今后各項工作的展開提供有力參考。對于原始表來說，應符合以下幾項標準，即：及時性、準確性、有效性以及整潔性。必須要在施工現場及時錄入，由機長進行簽字，完成終孔之后對其進行整理。

（6）封孔

在施工建設期間，若想進行終孔、封孔施工，則需要由相關負責人簽訂通知書方可開展；完成終孔后，全部所鉆孔都應該依照流程而實現封孔處理。在通知書中應明確各個鉆孔的封孔段范疇以及技術要求等。

3 施工難點及鉆孔情況

3.1 施工難點

（1）地層上部第四系覆蓋層較松散，為砂巖、含礫砂巖、泥巖、含礫泥巖、硅藻泥，礫石粒徑大小不一，膠結松散，在進行鉆進時，極易在礫石層出現坍塌以及漏失的情況，并且在砂土中也容易出坍塌，在粘土中則容易出現縮徑套管無法提起等情況。

（2）通過對礦區巖層進行分析，其具有極高的強度與硬度，可鉆性級別為10～11級，所具有的石英含量比較高，研磨性相對比較差，在進行鉆進操作時，打滑情況十分常見，特別是在鉆遇到花崗閃長巖、二長花崗巖、石英巖易出現卡鉆等情況。

（3）在進行鉆進施工時，如果在蝕變帶以及構造破碎帶條件下進行，巖石的軟度與硬度不均勻，結構的穩定性較差，孔壁出現坍塌現象，極易出現卡鉆等情況。

3.2 鉆孔情況

根據激電測深異常電阻率高阻確定鉆孔施工位置，地質效果向兩側或深部展開，控制礦體延深、產狀。直孔鉆進，開孔直徑110 mm，終孔直徑75 mm，開孔傾角90o,設計鉆探300～1 000 m。

4 鉆進設備及工藝

4.1 鉆進設備

通過對該礦區鉆孔進行分析后可知，其設計深度一般介于300～1 000 m這一范圍內，所應用的鉆機是XY-4型（配45kw電動機）和 XY-6B型（配75 kw電動機），XY-4泥漿泵沖洗液泵為BW-125型（配15 kw電動機），鉆塔SGX-12.5型鉆塔型鉆塔，SJ-1繩索絞車，XY-6B泥漿泵沖洗液泵選擇應用的是 NBB-260/7 型，鉆塔選擇應用的是SGZ-23 型，擰管機、攪拌機等。設備組成表見圖（表1）

4.2 鉆孔結構

（1）0～6.00 m,110 mm鉆具施工，下108 mm套管，保證上部地層穩定.

（2）6.00～30.00 m,用91 mm鉆具施工，下飽89 mm套管，對含水層以及坍塌區域起到保護作用。

（3）30.00 m-終孔，選擇應用S75繩索取芯方法進行處理，飽75 mm鉆具施工，鉆頭成孔。

4.3 鉆探工藝

4.3.1 鉆機工作原理

巖心鉆機基本原理：借助動力機械動力，帶動鉆具破碎巖石，向地殼鉆進的過程。工作區以XY-4為例，鉆機基本構成及功用見圖（表2）。

4.3.2 鉆進參數的選擇

（1）鉆壓的選擇

在進行鉆進施工時，當鉆壓提升后，金剛石的磨損量也會隨之顯著上升。通過對繩索取心鉆頭胎體壁進行分析后可知，與常規鉆頭相比要更厚2 mm，所以對于繩索取心鉆進環狀克取面積來說，與普通的取心鉆進顯著提升了10%不止。在該孔中，所應用的為孕鑲金剛石鉆頭，基于地層的真實狀況進行考慮，正常孔階段75 mm口徑鉆壓選擇為11～14 KN。

（2）鉆頭參數

在選擇鉆頭時，應基于地層狀況考慮，采用直徑與胎體硬度符合標準的金剛石鉆頭，進而提升其應用年限與運行效率。通過對第四系覆蓋層進行分析后發現，其可鉆性等級相對比較低，所采用的金剛鉆頭一般為胎體硬度HRC40-50，且粒度大約 50 ，提升其鉆探進尺。針對硬度較高的二長花崗巖、花崗閃長巖、石英巖等，巖石具有一定的可鉆性，且等級比較高，能夠應用的金剛石鉆頭應滿足這一要求，即胎體硬度 HRC25-35、粒度達到80目。胎體的硬度適當，底端則極易出刃，進而使鉆進效率得到顯著提升。當孔徑存在差異時，所應用的鉆頭直徑必須要高于常規直徑，通常情況下，在進行操作時，飽115 mm鉆頭和飽110 mm鉆頭的適配性比較高；飽104 mm 鉆頭和飽89 mm 鉆頭的適配性比較高；飽78 mm鉆頭與飽75 mm鉆頭的適配性比較高。對于環狀間隙來說，必須要對其進行科學設定，這樣一來則可對鉆進效率的提升產生有利影響，同時也便于套管下入。從某種程度上來看，也可產生防止孔壁縮徑等孔內故障的情況，與此同時起下鉆也會更加順利。金剛石鉆頭磨損情況分析見圖（表3）

表 1 設備組成Table 1 Equipment composition

表 2 鉆機基本構成及功用Table 2 Basic structure and function of drilling rig

（3）轉速的選擇

在進行操作的過程中，轉速將會對繩索取心金剛石的鉆進速度產生決定性影響，必須要對轉速進行合理把控，不管是太快還是太慢，均會產生很多不利因素。針對孕鑲金剛石鉆頭而言，一般其圓周線轉速介于1.5～3 m/s這一標準內即可，針對表鑲金剛石鉆頭來說，一般介于 1～2 m/s這一標準內比較適當。結合實際狀況進行考慮，這一孔飽75 mm的轉速是500～800 r/min飽91 mm 轉速則是400～700 r/min.

4.4 沖洗液的配置和要求

4.4.1 適當的密度

在施工期間，如果鉆開了地層，地應力將會得到釋放，對于孔內沖洗液來說，其在孔壁的壓力產生作用，對所鉆巖層之前對孔壁巖石的壓力產生了取代作用，使地層與之前應力的均衡受到了破壞，導致孔壁四周應力的分布結構發生變化，為了提高地層的穩定性，必須要應用適當的沖洗液而致使孔內沖洗液柱和地層壓力之間呈現為均衡狀態，進而避免圍巖對孔壁產生過多壓力，致使坍塌現象出現。

4.4.2 有較好的護壁防砂性能

通過選擇應用聚合物低固相沖洗液進行操作后，能夠使井壁的穩定性得到顯著提升，效果較佳。選用的聚合物具有一定的抑制性，能夠對井壁巖粉與粘土的分散與吸水膨脹顯著得到有效抑制。若想提高攜砂排砂效果，則必須要具備以下幾個條件，即：東茄梨比較高、塑料粘度比較低、粘度政正常，其具有多種優勢特征，包括潤滑性以及流變性較佳等。

4.4.3 沖洗液配置

在應用XY-4型繩索取芯鉆，應盡可能選擇應用無固相沖洗液或者是清水，盡量防止出現設備內壁結垢的情況。在該礦區中，基巖地層基本上均呈現為單一穩定的狀態，并且比較完整，與此同時，也能使鉆探進尺的運行效率得到顯著提升，大約提升了50%左右。針對破碎以及漏失嚴重地層而言，可以選擇應用低固相沖洗液進行操作，這樣的話則能夠使孔壁的穩定性得到保障，使漏失量下降，回次進尺長度顯著提升，降低了提鉆頻率，滿足繩索取芯液動潛孔錘所需的條件，提高工作效率。

表 3 金剛石鉆頭磨損情況分析Table 3 Analysis of diamond drill wear

4.4.4 沖洗液的現場維護

沖洗液材料一定要準確計量，沖洗液的使用和維護不好將會造成孔內重大事故。 定時、定人對返漿性能進行認真測試，并及時進行維護處理，有機處理劑要先浸泡依順序加入，先無機處理劑后有機處理劑，先分子量小的再分子量大的，需要用熱水的一定要用熱水浸泡，要保證足夠的浸泡時間，使處理劑浸泡充分，再用攪拌機充分攪拌。 沖洗液使用過程，要勤測量并認真記錄，防止其他液體混入。發現性能不符合要求時要及時調整，應根據地層情況及時調整漿泥或配置新漿液替換、補充，以滿足鉆進施工需要，但不能隨加入清水進行稀釋沖洗液，確保沖洗液性能穩定。處理劑存放要得當，防止自然條件和人為原因對沖洗液的侵害，以免處理劑性能發生變化，從而影響泥漿。

5 施工效果

該項目通過前期物化探掃面確定異常區域，通過鉆探手段驗證異常，設計孔均在各自方向上穿過目標靶點，證實該區域屬于破碎蝕變帶成礦類型，金賦予破碎蝕變帶以及石英脈中。該項目在施工的過程中，各方面均應符合設計規定，實現預期目標，并掌握了該區域鉆進參數。

6 結論

在黑龍江嫩北農場礦區在進行普查施工時，選擇應用繩索取心沖擊回轉鉆進工藝進行操作，其具有多種優勢，不管是鉆進時效，亦或者是巖心采取率，均得到了顯著提升；巖心擁堵的頻率降低，純鉆時間的應用效率提升，明顯縮短了輔助時間與項目工期。通過對該礦區進行分析后可發現，其局部巖石具有如下特點，即：致密、堅硬以及可鉆性級別比較高等，在選用此種工藝方法后，能夠顯著延長鉆頭的應用年限，減少成本費用的支出，具有良好的市場效益，可以在今后的施工中對其進行廣泛的推廣及應用。

（1）通過進行實踐后，不僅積累了鉆探工藝的經驗與知識，也對今后各項工作的開展創造了有力條件。

（2）對鉆孔結構進行升級優化，正確選擇套管以及鉆頭級別，對其下入深度進行合理設定，能夠有效提升鉆進效率。

（3）應基于不同的地層狀況進行充分考慮，科學選擇沖洗液與鉆頭，并且定期進行檢驗處理，可以使深孔鉆進的效果更加明顯，在進行操作的過程中，對巖層的變化進行觀察時，不但要基于鉆孔的加深情況進行考慮，同時也要對沖洗液的配方與類型進行適當調整。

（4）結合當前的發展現狀來看，淺表礦產的可采儲量越來越少，已經面臨枯竭狀況，而朝著深部探礦已經成為了大勢所趨。所以，對深部找礦的工藝流程進行探討具有一定的現實意義，也是我們今后研究的重要方向。

（5）在進行施工之前，必須要對施工環境有著細致的了解，明確基本的施工條件，制定合理的工藝流程，嚴格遵循操作規范，提高工作人員的責任意識，勇于提出問題，并在實踐中總結經驗，防止在施工期間出現安全事故，這是鉆探施工成功的關鍵。