基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用研究

董澤訓(xùn)

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)，山東 威海 264200）

針對(duì)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的相關(guān)地質(zhì)工作是維持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作，其中地質(zhì)找礦工程可為經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的發(fā)展提供有利的物質(zhì)基礎(chǔ)以及資源保障。隨著城市化、工業(yè)化的進(jìn)程不斷加快，人們對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求和開(kāi)發(fā)持續(xù)上漲，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源出現(xiàn)嚴(yán)重緊缺的問(wèn)題。目前，礦產(chǎn)資源的供給問(wèn)題已經(jīng)成為制約著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)道路上的阻礙[1]。為了保證經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和建設(shè)，對(duì)于礦產(chǎn)資源的相關(guān)地質(zhì)工作應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)重視，啟動(dòng)國(guó)土資源調(diào)查、西部大開(kāi)發(fā)工程等，并應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照相關(guān)條例規(guī)定，加強(qiáng)對(duì)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的資源勘查。在進(jìn)行地質(zhì)找礦工作過(guò)程中離不開(kāi)鉆探、坑探技術(shù)的應(yīng)用，從當(dāng)前礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀來(lái)看，并沒(méi)有一種地質(zhì)探測(cè)技術(shù)可以完全取代鉆探施工技術(shù)，鉆探施工技術(shù)具有更高的準(zhǔn)確性，可以在更短的時(shí)間內(nèi)更加精確的找出礦產(chǎn)資源的實(shí)際賦存情況，鉆探工作的成功與否也直接關(guān)系到地質(zhì)找礦工作的成敗，對(duì)于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)而言，鉆探技術(shù)起到了決定性的作用。因此為了進(jìn)一步提高地質(zhì)工作的質(zhì)量，對(duì)鉆探技術(shù)也提出了更高的要求，同時(shí)，隨著該領(lǐng)域研究學(xué)者的不斷深入研究。也衍生出了一種全新的鉆探深孔工程施工技術(shù)。本文將基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)，對(duì)鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用

1.1 基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在利用鉆探深孔工程施工技術(shù)對(duì)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)進(jìn)行地質(zhì)找礦工作時(shí)，首先要具備一定針對(duì)性的，設(shè)計(jì)合理的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)。通常情況下，針對(duì)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)應(yīng)選擇三種不同鉆孔型號(hào)的鉆探設(shè)備，用于對(duì)不同鉆孔結(jié)構(gòu)鉆探。結(jié)合表層套管、技術(shù)套管，當(dāng)鉆探設(shè)備在礦井位置開(kāi)孔并鉆到表十層以下的基巖位置時(shí)，或鉆探設(shè)備達(dá)到一定深度時(shí)，下入表層套管；當(dāng)?shù)V井深入較大，且礦井中含有易塌、易漏、高壓、含鹽等地層時(shí)，下入技術(shù)套管結(jié)構(gòu)可以起到將地層隔離并保護(hù)井身的效果，從而進(jìn)一步防止在鉆探深孔工程施工的過(guò)程中上部復(fù)雜開(kāi)采區(qū)地層對(duì)下部施工的影響[2]。同時(shí)，在鉆孔的下部應(yīng)配備性能良好的沖洗液，從而防止出現(xiàn)深孔堵漏的問(wèn)題。基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是鉆探工程施工的關(guān)鍵，同時(shí)也是提高鉆探效率、降低鉆探成本的關(guān)鍵步驟。圖1為一般固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

以固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)1500m左右的深度為例，采用的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)為：首先選用孔徑為95mm鉆孔設(shè)備開(kāi)孔，并鉆穿到第四系表土層以下，并下入92mm套管結(jié)構(gòu)；其次，改用S85繩索進(jìn)行取心鉆進(jìn)操作，并鉆進(jìn)到240m左右，在地層表現(xiàn)相對(duì)完整的位置下入87mm套管結(jié)構(gòu)；最后再改用S65A繩索取心裸孔鉆進(jìn)到深孔終點(diǎn)處，完成鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)布置。

1.2 鉆探深孔工程設(shè)備及沖洗液選擇

由本文上述可知在固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)應(yīng)用鉆探深孔工程施工技術(shù)時(shí)需要根據(jù)開(kāi)采區(qū)特點(diǎn)，選擇三種不同鉆孔型號(hào)的鉆探設(shè)備，各個(gè)鉆探設(shè)備的鉆頭也應(yīng)完全匹配。在鉆探深孔工程施工過(guò)程中，必須根據(jù)相關(guān)規(guī)定，選擇機(jī)械鉆頭，且轉(zhuǎn)速較高，使用壽命較長(zhǎng)的金剛石材質(zhì)鉆頭，從而在一定程度上延長(zhǎng)鉆探設(shè)備的工作時(shí)間，并在最大程度上降低下鉆的次數(shù)[3]。

同時(shí)，鉆探深孔工程施工技術(shù)通常采用繩索取心鉆進(jìn)的工藝流程，因此鉆桿的外部橫截面孔徑與孔壁環(huán)形區(qū)域之間的間隙相對(duì)較小，因此在添加沖洗液進(jìn)行孔底循環(huán)過(guò)程中會(huì)受到更嚴(yán)重的壓力損失，并且隨著鉆探深孔設(shè)備的不斷深入，泵壓的產(chǎn)生會(huì)更加劇烈，嚴(yán)重影響工程的正常施工。

因此，根據(jù)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的實(shí)際鉆孔深度、延時(shí)的松軟度、易破壞程度以及是否采用了泥漿材料等情況進(jìn)行具體分析從而選擇更加符合當(dāng)前開(kāi)采區(qū)的鉆探設(shè)備，通常情況下，鉆探設(shè)備的鉆頭外部橫截面直徑的尺寸應(yīng)當(dāng)控制在2mm～6mm范圍內(nèi)。

對(duì)于沖洗液的選擇應(yīng)當(dāng)針對(duì)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的地層特征，通常選擇聚丙烯酰胺（PAM）無(wú)固相沖洗液、或含有磺酸基的磺化瀝青無(wú)固相沖洗液。

選用聚丙烯酰胺（PAM）無(wú)固相沖洗液可結(jié)合其中的線狀非離子型高分子聚合結(jié)構(gòu)，對(duì)鉆探過(guò)程中產(chǎn)生的大量固體顆粒物在水或液體當(dāng)中集聚變大，并形成絮團(tuán)，加快粒子的聚沉，將其清除，從而將固體顆粒物轉(zhuǎn)化為膠體粒子凝聚，呈現(xiàn)出不同程度的分散，以此防止或降低在水敏層中的水花不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生，抑制施工過(guò)程中地層出現(xiàn)自然造漿現(xiàn)象。聚丙烯酰胺（PAM）無(wú)固相沖洗液的主要使用方法為：在鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)中的第一定向鉆孔和第二定向鉆孔位置上，下入92mm套管結(jié)構(gòu)，在清水當(dāng)中添加0.25%～1.25%的聚丙烯酰胺，通過(guò)泥漿攪拌設(shè)備攪拌，配置成聚丙烯酰胺（PAM）無(wú)固相沖洗液，將該沖洗液添加到施工過(guò)程中，達(dá)到深孔清潔和排渣的作用。第二種含有磺酸基的磺化瀝青無(wú)固相沖洗液由多種不同類型的泥漿處理劑加水配備而成。不同類型泥漿處理劑分別起到對(duì)泥頁(yè)巖水化膨脹的抑制作用、防坍塌作用、潤(rùn)滑作用以及降濾失作用。通過(guò)租到頁(yè)巖水化的膨脹現(xiàn)象，將裂縫位置封堵，從而防止在鉆探深孔工程施工過(guò)程中出現(xiàn)孔壁脫落，導(dǎo)致坍塌問(wèn)題發(fā)生。含有磺酸基的磺化瀝青無(wú)固相沖洗液的主要使用方法為：在鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)中的第三定向鉆孔位置上，下入87mm套管結(jié)構(gòu)，將不同類型處理劑按照0.25%～1.25%均量添加到泥漿中，通過(guò)泥漿攪拌設(shè)備攪拌，配置磺化瀝青無(wú)固相沖洗液，將該沖洗液添加到施工過(guò)程中可以有效保障深孔內(nèi)部的清潔，并提供更高的穩(wěn)定性和安全性。

1.3 防深孔堵漏措施

深孔的堵漏問(wèn)題是基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，將直接關(guān)系到整個(gè)工程施工的效率、成本及質(zhì)量，甚至關(guān)系著鉆探深孔工程施工能否順利進(jìn)行。

針對(duì)固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)主要采取的防深孔堵漏措施包括：套管防堵漏措施、堵漏劑防堵漏措施、泥漿防堵漏措施以及清水頂漏鉆進(jìn)措施四種。

由本文上述可知，在鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用時(shí)結(jié)合表層套管、技術(shù)套管可有效阻擋鉆探較淺部位的地層松動(dòng)問(wèn)題，為下層的鉆探提供條件。套管防堵漏措施是向套管的底部位置投放黏土球結(jié)構(gòu)、中部涂抹黃油、頂部管口位置灌入聚丙烯酰胺材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)深孔的防堵漏效果，通過(guò)該措施可在較大程度上降低套管與深孔壁之間的阻力，從而時(shí)套管可以更加順暢的進(jìn)行起拔工作。

堵漏劑防堵漏措施是通過(guò)在套管內(nèi)部添加黏土粉與清水混合的堵漏劑，使套管內(nèi)部的固體顆粒形成具備一定流動(dòng)性的粘稠狀物質(zhì)，從而更易于在送料的過(guò)程中將造成堵漏的材料送至漏失段。

當(dāng)泵的排出口的表壓力呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì)，且鉆探深孔口返水，則說(shuō)明堵漏措施有效，可投入套管繼續(xù)進(jìn)行鉆探。這種防堵漏措施通常適用于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)局部裂縫漏失位置，具有明顯的防堵漏效果。

在鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)不同程度的鉆孔漏失以及坍塌為題，造成這一問(wèn)題產(chǎn)生的原因是由于鉆探過(guò)程中破壞了固定礦產(chǎn)開(kāi)采去原有的壓力平衡，因此針對(duì)這一問(wèn)題，通過(guò)泥漿防堵漏措施可有效保證鉆探工作的順利進(jìn)行。其主要操作方式是在礦區(qū)第三鉆孔位置上，使用含有磺酸基的磺化瀝青無(wú)固相沖洗液。

針對(duì)采用上述三種方堵漏措施未能有效解決的深孔堵漏問(wèn)題可采用清水頂漏鉆進(jìn)措施，當(dāng)鉆探設(shè)備穿過(guò)長(zhǎng)孔段漏失層結(jié)構(gòu)時(shí)，及時(shí)下入87mm技術(shù)套管結(jié)構(gòu)，完成對(duì)鉆探深孔的防堵漏操作。

2 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)基于固定礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應(yīng)用研究得出，通過(guò)鉆探深孔工程施工技術(shù)的應(yīng)用可以有效對(duì)深部找礦鉆探地層的特點(diǎn)進(jìn)行分析。在后續(xù)的研究中還將對(duì)結(jié)合更加先進(jìn)技術(shù)的鉆探深孔工程施工技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的探究，從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同礦產(chǎn)開(kāi)采區(qū)域的鉆探施工方案優(yōu)化選擇，為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。