基于固定礦產開采區的鉆探深孔工程施工技術應用研究

董澤訓

（山東省地質礦產勘查開發局第六地質大隊，山東 威海 264200）

針對固定礦產開采區的相關地質工作是維持經濟和社會發展的重要基礎工作，其中地質找礦工程可為經濟及社會的發展提供有利的物質基礎以及資源保障。隨著城市化、工業化的進程不斷加快，人們對于礦產資源的需求和開發持續上漲，導致礦產資源出現嚴重緊缺的問題。目前，礦產資源的供給問題已經成為制約著國家經濟建設道路上的阻礙[1]。為了保證經濟和社會的可持續發展和建設，對于礦產資源的相關地質工作應當加強重視，啟動國土資源調查、西部大開發工程等，并應當嚴格按照相關條例規定，加強對固定礦產開采區的資源勘查。在進行地質找礦工作過程中離不開鉆探、坑探技術的應用，從當前礦產資源開發現狀來看，并沒有一種地質探測技術可以完全取代鉆探施工技術，鉆探施工技術具有更高的準確性，可以在更短的時間內更加精確的找出礦產資源的實際賦存情況，鉆探工作的成功與否也直接關系到地質找礦工作的成敗，對于固定礦產開采區而言，鉆探技術起到了決定性的作用。因此為了進一步提高地質工作的質量，對鉆探技術也提出了更高的要求，同時，隨著該領域研究學者的不斷深入研究。也衍生出了一種全新的鉆探深孔工程施工技術。本文將基于固定礦產開采區，對鉆探深孔工程施工技術應用進行研究。

1 基于固定礦產開采區的鉆探深孔工程施工技術應用

1.1 基于固定礦產開采區的鉆探鉆孔結構設計

在利用鉆探深孔工程施工技術對固定礦產開采區進行地質找礦工作時，首先要具備一定針對性的，設計合理的鉆探鉆孔結構。通常情況下，針對固定礦產開采區應選擇三種不同鉆孔型號的鉆探設備，用于對不同鉆孔結構鉆探。結合表層套管、技術套管，當鉆探設備在礦井位置開孔并鉆到表十層以下的基巖位置時，或鉆探設備達到一定深度時，下入表層套管；當礦井深入較大，且礦井中含有易塌、易漏、高壓、含鹽等地層時，下入技術套管結構可以起到將地層隔離并保護井身的效果，從而進一步防止在鉆探深孔工程施工的過程中上部復雜開采區地層對下部施工的影響[2]。同時，在鉆孔的下部應配備性能良好的沖洗液，從而防止出現深孔堵漏的問題。基于固定礦產開采區的鉆探鉆孔結構設計是鉆探工程施工的關鍵，同時也是提高鉆探效率、降低鉆探成本的關鍵步驟。圖1為一般固定礦產開采區的鉆探鉆孔結構示意圖。

圖1 基于固定礦產開采區的鉆探鉆孔結構示意圖

以固定礦產開采區1500m左右的深度為例，采用的鉆探鉆孔結構為：首先選用孔徑為95mm鉆孔設備開孔，并鉆穿到第四系表土層以下，并下入92mm套管結構；其次，改用S85繩索進行取心鉆進操作，并鉆進到240m左右，在地層表現相對完整的位置下入87mm套管結構；最后再改用S65A繩索取心裸孔鉆進到深孔終點處，完成鉆探鉆孔結構布置。

1.2 鉆探深孔工程設備及沖洗液選擇

由本文上述可知在固定礦產開采區應用鉆探深孔工程施工技術時需要根據開采區特點，選擇三種不同鉆孔型號的鉆探設備，各個鉆探設備的鉆頭也應完全匹配。在鉆探深孔工程施工過程中，必須根據相關規定，選擇機械鉆頭，且轉速較高，使用壽命較長的金剛石材質鉆頭，從而在一定程度上延長鉆探設備的工作時間，并在最大程度上降低下鉆的次數[3]。

同時，鉆探深孔工程施工技術通常采用繩索取心鉆進的工藝流程，因此鉆桿的外部橫截面孔徑與孔壁環形區域之間的間隙相對較小，因此在添加沖洗液進行孔底循環過程中會受到更嚴重的壓力損失，并且隨著鉆探深孔設備的不斷深入，泵壓的產生會更加劇烈，嚴重影響工程的正常施工。

因此，根據固定礦產開采區的實際鉆孔深度、延時的松軟度、易破壞程度以及是否采用了泥漿材料等情況進行具體分析從而選擇更加符合當前開采區的鉆探設備，通常情況下，鉆探設備的鉆頭外部橫截面直徑的尺寸應當控制在2mm～6mm范圍內。

對于沖洗液的選擇應當針對固定礦產開采區的地層特征，通常選擇聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液、或含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液。

選用聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液可結合其中的線狀非離子型高分子聚合結構，對鉆探過程中產生的大量固體顆粒物在水或液體當中集聚變大，并形成絮團，加快粒子的聚沉，將其清除，從而將固體顆粒物轉化為膠體粒子凝聚，呈現出不同程度的分散，以此防止或降低在水敏層中的水花不穩定現象發生，抑制施工過程中地層出現自然造漿現象。聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液的主要使用方法為：在鉆探鉆孔結構中的第一定向鉆孔和第二定向鉆孔位置上，下入92mm套管結構，在清水當中添加0.25%～1.25%的聚丙烯酰胺，通過泥漿攪拌設備攪拌，配置成聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液，將該沖洗液添加到施工過程中，達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泥頁巖水化膨脹的抑制作用、防坍塌作用、潤滑作用以及降濾失作用。通過租到頁巖水化的膨脹現象，將裂縫位置封堵，從而防止在鉆探深孔工程施工過程中出現孔壁脫落，導致坍塌問題發生。含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液的主要使用方法為：在鉆探鉆孔結構中的第三定向鉆孔位置上，下入87mm套管結構，將不同類型處理劑按照0.25%～1.25%均量添加到泥漿中，通過泥漿攪拌設備攪拌，配置磺化瀝青無固相沖洗液，將該沖洗液添加到施工過程中可以有效保障深孔內部的清潔，并提供更高的穩定性和安全性。

1.3 防深孔堵漏措施

深孔的堵漏問題是基于固定礦產開采區的鉆探深孔工程施工技術應用中應當重點關注的問題，將直接關系到整個工程施工的效率、成本及質量，甚至關系著鉆探深孔工程施工能否順利進行。

針對固定礦產開采區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措施四種。

由本文上述可知，在鉆探深孔工程施工技術應用時結合表層套管、技術套管可有效阻擋鉆探較淺部位的地層松動問題，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構、中部涂抹黃油、頂部管口位置灌入聚丙烯酰胺材料，實現對深孔的防堵漏效果，通過該措施可在較大程度上降低套管與深孔壁之間的阻力，從而時套管可以更加順暢的進行起拔工作。

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

當泵的排出口的表壓力呈現出持續上升的趨勢，且鉆探深孔口返水，則說明堵漏措施有效，可投入套管繼續進行鉆探。這種防堵漏措施通常適用于固定礦產開采區局部裂縫漏失位置，具有明顯的防堵漏效果。

在鉆探深孔工程施工技術應用過程中常常會出現不同程度的鉆孔漏失以及坍塌為題，造成這一問題產生的原因是由于鉆探過程中破壞了固定礦產開采去原有的壓力平衡，因此針對這一問題，通過泥漿防堵漏措施可有效保證鉆探工作的順利進行。其主要操作方式是在礦區第三鉆孔位置上，使用含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液。

針對采用上述三種方堵漏措施未能有效解決的深孔堵漏問題可采用清水頂漏鉆進措施，當鉆探設備穿過長孔段漏失層結構時，及時下入87mm技術套管結構，完成對鉆探深孔的防堵漏操作。

2 結語

本文通過對基于固定礦產開采區的鉆探深孔工程施工技術應用研究得出，通過鉆探深孔工程施工技術的應用可以有效對深部找礦鉆探地層的特點進行分析。在后續的研究中還將對結合更加先進技術的鉆探深孔工程施工技術進行進一步的探究，從而實現針對不同礦產開采區域的鉆探施工方案優化選擇，為礦產資源開發的可持續發展提供理論依據。