甘肅禮縣金山金礦地質工程勘探中鉆探方法改進研究

畢登福

（甘肅省有色金屬地質勘查局張掖礦產勘查院，甘肅 張掖 734000）

隨著礦產資源的逐年消耗，礦山儲量已不能充分滿足國家對礦產資源的需求，為進一步保證礦產資源的供給平衡，對深部礦產資源進行地質勘察，拓展找礦深度，圈定具有礦產資源的靶區，獲得巖土參數和地質資料，具有重要意義。地質勘察與鉆探技術密切相關，通過鉆探技術，獲得地質區域的相關樣品，對樣品化學成分進行測試，確定地質風貌演化規律，分析其可能存在的成礦背景，初步判斷地下是否存在礦產資源。現階段，我國鉆探技術已取得一定發展，在淺部礦產資源圈定過程中取得廣泛應用，鉆探取出實物樣品，觀察分析后，得到靶區開采條件、產狀儲量等數據，而深部礦產資源相比淺部礦產資源，應對鉆探工具等進行一定改進，因此，以甘肅禮縣金山金礦地質工程為例，對該工程勘探環節中的鉆探方法進行改進，實現深度找礦這一目標，滿足深部找礦中的深孔鉆進要求，緩解礦產資源消耗壓力。

1 甘肅禮縣金山金礦地質工程勘探中鉆探方法改進方法

1.1 選擇合適的地質鉆探設備

選擇適合甘肅禮縣金山金礦地質的鉆探設備，使深度鉆孔能夠正常實施。將鉆探設備視為深部找礦的前提條件，選擇動力機、鉆塔、深孔鉆機、攪拌機、泥漿泵等設備，作為金礦地質找礦的主要設備。由于深度鉆孔的摩擦阻力大、鉆具長，針對這一特點，應結合甘肅禮縣金山金礦地質條件，選擇提升能力大的鉆孔升降裝置，在裝置一側配備水剎車，平穩操作鉆機下孔，減少鉆機下降過程中的消耗，當孔深增加時，調整鉆孔升降裝置的扭矩，進一步減小鉆具的回轉阻力。選擇變速范圍較大的回轉器，令回轉器通孔直徑，能夠適應深度鉆孔工藝，根據深孔段的不同距離，規定內管打撈次數，保證鉆機連續穩定地給進[1]。用于深度鉆孔的地鉆機選擇立軸鉆機，當立軸鉆機加接單根時，可以實現鉆具、鉆塔、泥漿泵一體化，直接在鉆機上進行加接，先把立軸鉆機的主動鉆桿移出孔外，當鉆機破碎地層后，讓鉆頭離開立軸鉆機的鉆具，確保掃孔能夠下達孔底，鉆機提下鉆過程中，采用WL鉆探，在立軸鉆機側配備7m長度的桅塔，立軸鉆機倒桿過程中，也要減少回次進尺，控制桅塔立根長度，保證深孔鉆探效率。當鉆機長行程連續作業時，應利用桅塔的塔上作業，保證鉆機柔和啟動，在轉速范圍內調整鉆孔參數，實現桅塔角度的無極調速。

1.2 選擇合適的地質鉆孔類型

根據甘肅禮縣金山金礦地質條件，確定地質勘探鉆孔類型。確定地質鉆探的鉆孔角度和鉆孔方向，控制立軸鉆桿與地面的夾角，根據鉆角傾斜的變化情況，把鉆孔劃分為4種類型。當金礦地質的巖石風化嚴重，斷層面存在斷裂時，采用傾斜90°的直孔，對基巖面進行鉆孔操作；針對地質破碎帶，采用傾斜角度小于90°的斜孔，沿著巖層破碎傾向的相反方向，使用立軸鉆機進行鉆進，通過斜孔對地質結構進行探查；在金山金礦的地質勘察位置布置控制點，采用傾斜角度大于0°的水平孔，測量地質結構的巖體應力，對巖體結構進行排水、探水等勘察；針對金礦地質的復雜巖層，分析巖層深度的變化規律，使用固定角度的定向孔，對巖層進行定向鉆進，保持巖層的鉆孔位置不變，控制鉆孔中的多個定向分枝孔，即在同一個鉆探孔位上，布置不同方向的定位斜孔。

1.3 優化地質鉆探工藝勘探流程

鉆孔類型確定后，優化地質鉆探工藝的勘探流程。采用受控定向和氣動錘相結合的鉆探工藝，使用鉆探造斜工具，沿著金礦地質的勘察軌跡，對鉆孔方向進行自動化控制，令靜止鉆頭高速轉動，確保立軸鉆機的鉆孔位置，能夠到達勘察區域的目標巖層，將鉆孔的空間形態劃分為集束孔和分支孔，當回轉器停止轉動時，對兩類鉆孔達到的地下位置進行可視化顯示，啟動立軸鉆機的倒桿，揭露金礦地質層數和礦體形態[2]。統計每個鉆孔的分支孔數量，當鉆孔孔道傾斜較為嚴重、孔內發生堵塞時，使用氣錘機，對空氣進行壓縮，利用壓縮空氣的驅動壓力，對孔道內的破碎巖石進行沖擊，使破碎的巖石碎屑經由鉆桿中心排出孔管，若遇到氣錘機不起作用的大塊巖石，則采用循環沖洗液這一人工手段，對孔道堵塞物進行處理。循環沖洗液的解卡流程如圖1所示：

圖1 循環沖洗液解卡流程

對堵塞的鉆探孔管輪流進行沖洗液解卡、活動解卡、震擊解卡、解卡劑解卡，直至卡鉆的孔管和鉆具內部破碎巖石清理干凈，能夠繼續進行鉆孔任務。鉆取金礦地質樣品時，判斷地質層數，對所有礦層中的巖石碎屑進行隨機采樣，為避免鉆取樣品的遺漏，將泡沫鉆進技術作為輔助的勘探方式，使用水泵泡沫增壓裝置，對液體泡沫和空氣進行增壓處理，對偏移量較大的深孔進行泡沫鉆探，相比氣錘機的壓縮空氣，泡沫對巖石沖刷力度較小，通過泡沫的攜粉能力，維持偏移孔管的孔壁穩定，避免孔壁產生剝落和溶脹[3]。根據金礦地質鉆探工藝的工藝流程，優化鉆探參數，勘探周期內令鉆進技術參數達到最優，利用潛孔錘，控制立軸鉆機的開孔直徑和鉆進深度，對破碎的石土進行穿透回填，在孔管處套上套管，支撐孔壁、防止塌孔，提高下放孔管的穿透效率、下鉆效率，控制孔管長度，使其穿透金礦地質的回填土層，采用GPS設備，對鉆孔位置進行測量，統計所有鉆孔的坐標和高程，測量相鄰鉆孔之間的方向間距，在每個鉆孔位置安裝護筒，避免破碎巖土回填至孔內，實現立軸鉆機的正常鉆進勘探。

2 實驗論證分析

使用此次設計的鉆探方法，與兩種常規鉆探方法進行對比實驗，分別對甘肅禮縣金山金礦地質進行鉆探勘察。

甘肅禮縣金山金礦的主要地層為花崗巖，地層破碎，巖石可鉆性級別很高，大部分地質區域呈現塊狀結構，地層具有硬、脆的特點。設計鉆探方法在勘探區域內布設61個鉆孔點，圈定地質區域內的鉆探面積在1293.36m2左右，設置的鉆探參數如表1所示：

表1 金礦地質鉆探參數

對金山金礦地質區域內的巖樣進行編號，三種鉆探方法分別對不同類型的巖層進行鉆孔取樣，當鉆孔發生彎曲或偏斜角度過大時，停止巖層鉆進，其中鉆孔能夠容忍的最大偏斜角度為95°，比較三種鉆探方法的終孔孔深，實驗對比結果如表2所示：

表2 終孔孔深實驗對比結果（m）

由上表可知，設計鉆探方法鉆進孔道的終孔孔深為1835.4m，常規方法1和常規方法的終孔孔深分別為1752.3m、1651.4m，相比兩種常規方法，設計方法鉆孔深度分別增加了83.1m、184.0m，增加了金山金礦地質的勘探深度，提高了深部礦產資源的找礦概率。

3 結語

此次研究針對甘肅禮縣金山金礦地質，設計了一種鉆孔勘探方法，提高了金礦地質的勘探深度。但此次設計的鉆探方法仍存在一定不足，在今后的研究中，當鉆探過程發生卡鉆事故，會對卡鉆原因進行分析和總結，根據卡點位置和巖石節理，采取相應的解決措施。