陽儲嶺鎢鉬礦鉆探工藝的優化選擇

朱建良

（江西省地質礦產勘查開發局九一六大隊，江西 九江 332100）

鉆探工藝是一種直接的隱蔽致災因素探查技術，通過獲取地下礦產資料、驗證礦產信息，從而計算礦產儲量的技術手段，具備高精度、高直觀性的優點。在工業對金屬的需求日益增長的現代社會，礦產勘查已經成為了一個經久不衰的課題，地質礦產勘查工作的活躍，正反映了社會工業環境對于礦產的渴望。我國的鉆探技術近年來發展得很快，已經具備國際領先標準。為總結鉆探工藝的技術手段，本文以陽儲嶺鎢鉬礦為工程實例對其鉆探工藝的優化選擇進行了分析和探究。首先簡要介紹陽儲嶺鎢鉬礦的工程和地層概況，然后對鉆探設備進行選擇。在鉆探工藝優化的程序中，為了得到最安全高效的針對陽儲嶺鎢鉬礦的鉆探工藝，對孔身結構設計、鉆探工具組合設計、沖洗液、以及鉆探參數的設置進行了深入的探究[1]。

1 工程實例

本文所述的工程實例陽儲嶺鎢鉬礦位于江西省都昌縣江南造山帶東段，地處九嶺東西構造帶與贛州、波陽新華夏系拗陷帶的交接部位。陽儲嶺鎢鉬礦的主要礦體位于斑巖體內，礦內的礦石大多呈細脈浸染狀和浸染狀。其蝕變的空間分帶程度較淺，主要為鉀硅化、綠泥石化和碳酸鹽化。該礦區屬于高度-中度濕熱液礦床，其中成礦以中型濕度為主。其成礦流體中富含CO2，成分來自于地下巖漿。

2 鉆探設備選擇

鉆探設備主要包括鉆機、泥漿泵、鉆塔等，在選擇鉆探設備時，應根據工程礦區的實際情況進行選擇，對底層結構、鉆探工藝以及鉆探工作人員的技術方法進行綜合考慮。依據本文所述的工程實例選擇的鉆探設備及所需組合道具如下表所示。

表1 鉆探設備及所需組合道具

如上表所示，本工程地理位置較為偏僻復雜，因此選用的設備在功能之外還需要考慮輕便安全，在數值上選擇系數較小的設備。

3 鉆探工藝優化

針對陽儲嶺鎢鉬礦的實際情況，選擇最安全、最高效的鉆探工藝，包括孔身結構設計、鉆探工具組合設計、沖洗液、以及鉆探參數的設置[2]。

3.1 孔身結構設計

孔身結構一般指鉆探工具在開孔時切開鉆孔縱剖面的形狀，其基本指數包括孔身直徑、換徑次數、孔身各階段的具體數據。在這些數據中，換徑次數越多，孔身結構就越復雜。因此，對于孔身結構的設計，要嚴格遵循陽儲嶺鎢鉬礦的地質結構以及具體的施工要求，盡最大能力提高鉆探效率。在設計孔身結構時，需首先確定終孔直徑，并由上至下分層設計各階段的深度和直徑。將孔身結構簡化到最大限度，并減少換徑次數，以控制施工成本和事故概率。為了預防孔身結構過于復雜，需要在設計孔身結構前就預留一個用來補充套管的孔徑，且在開孔時需盡量加大開口面積，以預留擴孔空間。如在開孔時出現地下孔洞不穩等情況，需及時處理不穩定的地層，必要時可以下水套管處理。根據陽儲嶺鎢鉬礦的具體情況，現多數采用全液壓鉆機（如圖1）。

圖1 EP600plus 英格爾便攜式全液壓鉆機施工圖

如上圖所示，根據陽儲嶺鎢鉬礦的地質特點，將孔身結構分為四個部分，第一部分是土壤及腐殖質的覆蓋層，使用Φ127 套管，這一層的孔洞面積最大，也是位置最高的階段。第二層是碎石層，這一層土壤較少，幾乎都是破碎的小石塊，開孔面積相應縮減，使用Φ108 套管。第三層是復雜地層，這一層物質種類較多，開孔面積進一步縮小，使用備用套管。最后一層直到終點沒有套管，是孔洞面積最小的一個階段。陽儲嶺鎢鉬礦中孔洞各階段的實際結構及孔深都不相同，下入套管的深度也需要根據實際情況決定。

3.2 鉆探工具組合設計

鉆探工具包括開孔鉆具、一級鉆具、二級鉆具和備用孔具，是根據上文中的孔身結構和陽儲嶺鎢鉬礦的具體地質情況決定的。主動鉆桿是鉆具中必不可少的一項，一般使用108mm 的口徑。選擇鉆桿時，需要考慮施工孔深，不同階段的孔洞有不同的深度，需要選用不同的鉆桿，距離地面越遠的孔洞，使用的鉆桿就越粗。選取鉆頭的方法與鉆桿類似，但是還需要考慮地層特點和孔洞要求，礦區的地質結構越向下，硬度就越大。因此在最上層的土壤覆蓋層，只需要選擇最小的口徑，深度越大鉆頭的口徑就越大。備用孔具因所處地層的礦石環境過于復雜，只能依據具體情況進行選擇，在本文陽儲嶺鎢鉬礦中，與開孔鉆具一樣選擇220mm 口徑。根據以上鉆具組合的選取方式，可以列出三種鉆具的組合情況如下表所示[3]。

表2 鉆具組合型號

如上表所示，將主動鉆桿、鉆桿、鉆頭組合起來，就能得到不同效果的鉆探工具，并分別應用在不同階段的孔身鉆探中。

3.3 配置沖洗液

沖洗液在礦產鉆探工藝中十分重要，通常被稱為鉆探技術的血液。想要保證鉆探施工的完整性和安全性，提高鉆探效率，降低鉆探施工成本，就需要配置出適合當前情況的沖洗液。在施工過程中，通常會根據具體的施工要求，在兩種沖洗液的配置方案選取最合適的一種。

3.3.1 隨鉆無固型沖洗液

隨鉆無固型沖洗液一般具備良好的防坍塌功能，且擁有一定的排煙排塵功能，即使巖石粉末堆積得很厚，也能輕易清除。隨鉆無固型沖洗液的潤滑性能十分優越，使得鉆桿表面幾乎看不見油污。伴隨深度的變化，可以適當在隨鉆無固型沖洗液中增添能夠調整沖洗液性能的材料。

3.3.2 堵漏正電膠型沖洗液

堵漏正電膠型沖洗液一般針對擁有較大裂縫且瀕臨破碎的礦井，直接在地層中填補漏縫。配置好堵漏正電膠型沖洗液后，應在充分循環后直接排除空洞內的原漿。組合鉆具之下需要反復清掃，防止工程開始后泥漿灌入。且在配置過程中，需要謹慎添加清水比例，嚴格按照配料表添加輔料，不能過多也不能過少，整個鉆探過程中要隨時維護泥漿的完好情況。

3.4 鉆探參數設置

鉆探參數主要包括鉆探壓力和鉆頭轉速。設置合適的鉆探參數能夠輔助增加鉆探工藝的效率并節約時間成本和人力物力成本。在依據實際情況設置鉆探參數時，需要同時考慮陽儲嶺鎢鉬礦不同層級的地質情況、鉆探方式以及施工要求。在一定范圍內提高鉆探速度能夠增加鉆探壓力，但是一旦鉆探壓力過高，很容易加快金剛石鉆頭的消耗速度，因此施工單位需要根據不同層級巖石的硬度、研磨性、金剛石鉆頭當前粒度、品級、底部面積等具體情況設置合理的鉆探壓力。鉆探壓力的計算公式如下所示：

其中，P表示當前鉆探壓力，F表示鉆頭面積，單位為cm2，Q表示該鉆頭面積下單位壓力值，單位為kg/cm2。

鉆頭轉速也是一個能夠影響鉆探效率和成本的參數。一般情況下，壓力越大，鉆頭轉速越快，但是過高的壓力也會影響金剛石鉆頭的壽命。因此一般會按照如下公式選擇一個合適的轉速最優值。

其中，N表示轉速最優值，Vk表示線速度，單位m/s，一般選取1.5～3.0之間的一個數值；D表示鉆頭底部直徑，單位為mm。

4 結束語

本文依托陽儲嶺鎢鉬礦作為工程實例，根據該礦區的地質條件，探究總結鉆探工藝的優化方法。通過對礦區內復雜的地質結構的勘查，提出了適合陽儲嶺鎢鉬礦的鉆探工藝技術方案。本文的研究為陽儲嶺鎢鉬礦的開采提供了切實可行的行動方案與理論保障，對日后開采其他地區礦產資源也具有一定的理論指導意義。