江西崇義淘錫坑礦區(qū)60°斜孔技術(shù)施工

■李文勝　宮寒冰　劉方海（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊(duì)江西新余338000）

江西崇義淘錫坑礦區(qū)60°斜孔技術(shù)施工

■李文勝宮寒冰劉方海
（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九〇二地質(zhì)大隊(duì)江西新余338000）

本文簡(jiǎn)要對(duì)江西崇義礦區(qū)地層鉆進(jìn)進(jìn)行分析，依據(jù)礦區(qū)存在的問題，新的鉆進(jìn)工藝提出了本文的研究?jī)?nèi)容。本文主要研究了60°斜孔技術(shù)施工設(shè)計(jì)，鉆進(jìn)方法，外部設(shè)備的選用和工藝參數(shù)的優(yōu)選。

60°斜孔施工設(shè)計(jì)工藝參數(shù)

1　概述

江西省崇義縣淘錫坑鎢礦區(qū)位于南嶺東西向構(gòu)造帶東段與武夷山北東一北北東向構(gòu)造帶南段的復(fù)合部位,是九龍腦一錫坑礦田的一個(gè)重要礦區(qū),屬于以石英脈型黑鎢礦為主的鎢多金屬礦床。礦脈穿切于震旦系中,成礦主要受北西向斷裂控制,成因與燕山期巖漿作用有關(guān)。選取含礦石英脈中與黑鎢礦共生的輝鉑礦進(jìn)行Re一0s等時(shí)線年齡的測(cè)定,得到輝鉬礦的等時(shí)線年齡為154.4Ma±3.8Ma。,黑鎢礦的模式年齡為164.0Ma士2.7Ma,表明該礦床形成于燕山早期。

我院于2015年4月承接了章源鎢業(yè)淘錫坑礦區(qū)60°斜孔的工作任務(wù)，總進(jìn)尺9000米，平均孔深500米。針對(duì)60°斜孔，我院認(rèn)真研究制定了一套施工方法和技術(shù)措施，確保鉆孔施工的順利進(jìn)行。

2　工程概況

區(qū)內(nèi)廣泛出露震旦系一奧陶系,分布面積占80%以上;另有少量泥盆系、石炭系、二疊系、白奎系、第三系分布。該礦區(qū)內(nèi)主要為泥砂質(zhì)泥巖，礫質(zhì)碳酸鹽巖，黑云母花崗巖，二云母花崗巖,主要以石英脈型為主,次為矽卡巖型、破碎蝕變巖和云英巖型。

3　鉆探設(shè)備及材料

3.1鉆探設(shè)備和鉆具

XY-4型鉆機(jī)3臺(tái)，BW-250型泥漿泵4臺(tái)（備用一臺(tái)），4135柴油機(jī)（帶50KW發(fā)電機(jī)）4臺(tái)（備用一臺(tái)），自制9.5米斜塔3套，ST—1000型繩索取心絞車3臺(tái)，φ75繩索取心鉆具6套（每臺(tái)鉆機(jī)兩套），BZMR型測(cè)斜儀3套，鉆桿及主動(dòng)鉆桿，各種打撈工具及管鉗。

3.2材料

管材：φ146套管100米，φ108套管200米，普通雙管鉆桿1000米，普通雙管鉆具4套，φ108鉆具（2—3m）4套。

鉆頭：φ150硬質(zhì)合金鉆頭20個(gè)，φ110硬質(zhì)合金鉆頭20個(gè)，φ110金剛石鉆頭10個(gè)，P75孕鑲金剛石鉆頭25個(gè)。S75孕鑲繩索取心金剛石鉆頭底唇面形狀有圓弧、平底、階梯、鋸齒形，胎體硬度有HRC20~25、HRC25~30、HRC30~35、HRC35~40四種，金剛石粒度46~70目，品級(jí)JR5、濃度100%；另配30個(gè)防斜鉆頭。

3.3金剛石鉆頭的選用（表1）

表1　不同地層選擇的金剛石鉆頭參數(shù)表

3.4沖洗液材料用量

黏土10t，聚丙烯酰胺（PAM）0.5t，羧甲基纖維素（CMC）0.5t，純堿（Na2CO3）3t,潤(rùn)滑油10t。

4　鉆探工藝

4.1鉆孔結(jié)構(gòu)

開孔直徑150mm,采用硬質(zhì)合金鉆頭鉆至風(fēng)化或破碎巖層中，下φ146mm套管。然后變?chǔ)?10mm硬質(zhì)合金鉆頭或者金剛石鉆頭鉆至完整基巖，下入φ108mm套管，用S75繩索取心鉆具鉆至終孔。

4.2取心鉆具及方法

開孔用φ150mm段鉆具采用干鉆方法鉆進(jìn)，干燒法取心，下φ146mm套管后換φ110mm金剛石鉆頭、φ108mm鉆具（2米）單管鉆進(jìn)，當(dāng)巖心采取率低或者下一回次不到底時(shí)，采用鋼絲硬質(zhì)合金鉆頭撈取巖心。φ75段采用金剛石鉆頭及單動(dòng)雙管鉆具，采用繩索取心絞車提取內(nèi)管打撈巖心。

4.3沖洗液的選擇

φ150、φ110段采用干鉆法或清水泥漿；當(dāng)換成φ75采用低固相泥漿或者無固相泥漿。

4.4鉆進(jìn)參數(shù)

硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)：采用八角柱狀硬質(zhì)合金，底唇為半圓型，3個(gè)水口，鉆壓4—8KN，轉(zhuǎn)速83r/min。

孕鑲金剛石鉆頭（φ110）：圓弧底唇面，胎體硬度HRC38—40，水口為10個(gè)，鉆壓4.8—9KN，轉(zhuǎn)速83-217r/min，泵量50—70L/min。

S75繩索取心金剛石鉆頭：鉆壓9—15KN，轉(zhuǎn)速400-1100r/min，泵量52-90L/min。

4.5鉆探施工技術(shù)措施

4.5.1鉆塔、鉆機(jī)安裝同心措施

（1）由于鉆孔傾角60°，上下鉆時(shí)摘掛提引器很困難，為減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和減少班作業(yè)人員，用單根繩直接連接提引器；

（2）將鉆機(jī)調(diào)平后，立軸主動(dòng)鉆桿調(diào)成傾角60°后，再調(diào)鉆塔主支腿，如果卷?yè)P(yáng)繩從上向下穿，鉆塔傾角60.5°-61.5°之間，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后固定，使天車?yán)K、立軸、鉆孔三點(diǎn)在一條直線上。

4.5.2套管安裝和起拔措施

（1）φ146mm套管安裝到底投黏土球即可，頂部周圍要用黏土球或粘泥封嚴(yán)，防止巖粉進(jìn)入套管外壁與孔隙間隙。

（2）φ108mm套管安裝很關(guān)鍵，否則起拔不動(dòng)。注：當(dāng)φ108mm套管超過10m時(shí)，安裝時(shí)連接絲扣用紅鉛油、纏線、擰緊，然后至少有3處再用1.5mm厚鐵片搭接點(diǎn)焊。套管下端用黏土球封住，防止泥漿進(jìn)入φ146mm和φ108mm套管之間縫隙

（3）起拔套管：當(dāng)套管用鉆機(jī)立軸無法拔動(dòng)時(shí)，將鉆機(jī)移走，采用75t千斤頂強(qiáng)拉或拉近后停放幾個(gè)小時(shí)。（60°斜孔無法打吊錘）

4.5.3保證鉆孔傾角、方位措施

（1）鉆塔：每次搬遷前先用彩色繩拉一條線，孔位在線上，然后把鉆機(jī)整體沿線拖過來，使主動(dòng)鉆桿垂直投影與線重合成平行，鉆機(jī)調(diào)平后，用羅盤校正立軸傾角為60°。

（2）開孔換徑：開孔時(shí)輕壓慢轉(zhuǎn)，φ150mm換φ110mm時(shí)先導(dǎo)正，然后再下φ146mm套管。φ110mm鉆進(jìn)換φ75口徑時(shí)也同樣導(dǎo)正后再下φ108mm套管，以防止鉆孔傾角變動(dòng)。

（3）鉆進(jìn)參數(shù)：每個(gè)班在同樣地層中鉆進(jìn)的工藝參數(shù)要基本一致，S75鉆具鉆進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)速要相同，并且泵量也要基本一致。

4.5.4破碎層取心措施

首先回次進(jìn)尺控制在0.5m左右，在開孔時(shí)在第四系地層采用干鉆法鉆進(jìn)及取心，巖心采取率預(yù)計(jì)達(dá)到100%。φ110口徑鉆進(jìn)破碎層時(shí)用自制鋼絲鉆頭取心，S75鉆具鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)尺突然加快，立即減壓，小泵量，繼續(xù)進(jìn)尺0.5m停鉆，提內(nèi)管。

4.5.5漏失地層泥漿的使用

輕微漏失層采取無固相泥漿提高PAM和CMC加量（比正高30%即可），且保持泥漿性能。

中等漏失層采取無固相泥漿PAM加量提高到正常值的2倍。爭(zhēng)取將泥漿消耗量降到輕微漏失級(jí)別。

4.5.6局部地層坍塌處理

處理方法：（1）無固相泥漿變普通泥漿；（2）將S75鉆具換P75鉆具，S75鉆桿換成φ60mm鉆桿，掃孔到底，然后滿進(jìn)尺，又換回S75鉆桿、鉆具，無固相泥漿正常鉆進(jìn)。

4.5.7S75鉆進(jìn)工藝

（1）每次保證投放內(nèi)管到底。判斷內(nèi)管是否到位：通過彈卡鉗進(jìn)入彈卡室，張開撞擊彈卡室內(nèi)壁聲及懸掛環(huán)坐落在座環(huán)時(shí)的撞擊聲來判斷；通過到位報(bào)信機(jī)構(gòu)，內(nèi)管到底，地面壓力表上的壓力會(huì)明顯上升，泵壓變化范圍為0.5—1MPa,表面內(nèi)管到位。

（2）認(rèn)真組裝內(nèi)外管總成，彈卡與彈卡擋頭的頂面應(yīng)保持一定距離，一般為3—4mm；

（3）在破碎地層鉆進(jìn)，一旦發(fā)現(xiàn)不進(jìn)尺，立即停機(jī)，撈取內(nèi)管，否則造成內(nèi)管打撈不動(dòng)，而提大鉆，兩套內(nèi)總成交替使用并不影響效率。

（4）根據(jù)地層合理選擇鉆頭，鉆頭壽命延長(zhǎng)，提大鉆的次數(shù)就會(huì)減少。一般HRC30—35圓弧形底唇鉆頭，更適合打軟層，均質(zhì)硬層鉆進(jìn)，在特硬層使用胎體硬度HRC20-25的鉆頭較好。

4.5.8管理措施

（1）實(shí)行機(jī)長(zhǎng)責(zé)任制。

（2）實(shí)行機(jī)臺(tái)單價(jià)承包。

（3）提前做準(zhǔn)備工作，縮短搬遷輔助時(shí)間，增加純鉆進(jìn)時(shí)間。

（4）機(jī)臺(tái)用水合理化。

5　防止鉆孔孔斜及巖礦心采取率

5.1防止鉆孔孔斜

（1）正確地安裝鉆探設(shè)備，把好開孔關(guān)。鉆探設(shè)備必須安放在堅(jiān)固、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上。鉆塔和鉆機(jī)必須安裝周正、堅(jiān)固、水平。鉆塔天輪、提引器中心、鉆孔中心、立軸中心必須在一條直線上。開孔鉆進(jìn)100-200米時(shí)，應(yīng)對(duì)鉆機(jī)基礎(chǔ)螺絲、地基是否下沉和四點(diǎn)是否還在一個(gè)直線上進(jìn)行一次全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正。

（2）鉆塔各部螺絲，特別是斜拉手中間的螺絲必須齊全堅(jiān)固。鉆塔與地梁要用螺絲固緊，橫、順地梁木交接處必須用螺栓連接。

（3）開孔鉆具要直，必須按設(shè)計(jì)方向開孔，鉆進(jìn)時(shí)要輕壓慢轉(zhuǎn)，其長(zhǎng)度應(yīng)隨鉆孔延深逐漸加長(zhǎng)，按設(shè)計(jì)方向?qū)⒖卓诠芄潭ǚ€(wěn)固。

（4）換徑和擴(kuò)孔鉆進(jìn)都必須采用導(dǎo)向，且同心度要好。換徑鉆進(jìn)5-10米后要測(cè)斜一次，達(dá)到設(shè)計(jì)要求方可繼續(xù)鉆進(jìn)，否則，要采取糾斜措施或重新開孔鉆進(jìn)。

（5）不得將彎曲、不同心的鉆具下入孔內(nèi)，孔內(nèi)鉆具必須有足夠的剛度和長(zhǎng)度，保證使其具有穩(wěn)定性和導(dǎo)向性。

（6）在易斜井段鉆進(jìn)時(shí)，用好沖洗液保證鉆孔孔壁穩(wěn)定，防止孔壁垮塌，盡量采取輕壓快轉(zhuǎn)法。在同一地層鉆進(jìn)時(shí)，三班鉆進(jìn)參數(shù)應(yīng)保持一致，嚴(yán)禁隨意改變鉆進(jìn)參數(shù)，不得盲目追求進(jìn)尺而大壓鉆進(jìn)，采用正確的鉆進(jìn)規(guī)程;

（7）鉆進(jìn)溶洞地層，加長(zhǎng)粗徑鉆具穿過溶洞，下入套管封閉溶洞后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

（8）每50米測(cè)斜一次，并將結(jié)果記錄在班報(bào)上。

5.2巖礦心采取率

為保證巖心的采取率，上部地層采用雙動(dòng)雙管內(nèi)管超前壓入式鉆具，下部泥巖和花崗巖采用繩索取心鉆進(jìn)工藝，這樣巖心的采取率普遍較高；對(duì)破碎地層應(yīng)采取“少打多撈”原則，防止巖心堵塞鉆頭而將巖芯推損磨掉，影響采取率。

6　液動(dòng)潛孔錘的應(yīng)用

液動(dòng)潛孔錘是提高硬到堅(jiān)硬巖層鉆速，克服一些復(fù)雜巖層巖心易堵塞以及減輕鉆孔易斜程度的有效技術(shù)之一。

6.1實(shí)質(zhì)

它的實(shí)質(zhì)就是在傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)時(shí)，采用專門設(shè)計(jì)的液動(dòng)錘利用鉆桿柱中的沖洗液驅(qū)動(dòng)液動(dòng)錘，對(duì)碎巖工具施加沖擊載荷同時(shí)慢轉(zhuǎn)鉆桿柱。此時(shí)鉆頭對(duì)巖石的破碎方式從回轉(zhuǎn)破碎變?yōu)闆_擊回轉(zhuǎn)破碎。沖擊回轉(zhuǎn)時(shí)，巖石受到軸向壓力，沖擊和由鉆桿回轉(zhuǎn)而形成金剛石UI巖石碾磨的聯(lián)合作用。

6.2特點(diǎn)

（1）可充分利用現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)設(shè)備，配套方便投資少。

（2）鉆壓和轉(zhuǎn)速較低切削具磨損小鉆頭壽命可提高30%。在可鉆性6—7級(jí)的巖石中鉆速可提高15—70%，在致密打滑巖層可城北地提高效率。它較好地利用了堅(jiān)硬巖石脆性大而抗剪切強(qiáng)度低不耐沖擊的弱點(diǎn)。

（3）鉆進(jìn)裂隙及解理發(fā)育的巖層，可有效減少巖心堵塞回次長(zhǎng)度至少提高30%，對(duì)于硬脆碎的破碎帶采用繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)可以提高回次長(zhǎng)度1—3倍。

（4）在大部分易斜地層中可減少鉆孔彎曲程度，提高鉆孔質(zhì)量。

6.3設(shè)備要求

（1）用大功率的泥漿泵，加大液動(dòng)錘的動(dòng)力源。

（2）金剛石鉆頭：60—80目的人造金剛石，HRC35—40，水口8—10個(gè)，純棉選擇鋸齒和多階梯。

（3）嚴(yán)格控制沖洗液質(zhì)量（選用清水加0.2%CMC,加0.2%鉆進(jìn)減阻劑的無固相沖洗液）。

6.4適應(yīng)地層

能提高中硬地層效率、硬脆碎地層回次長(zhǎng)度、減輕大部分易孔斜地層孔斜程度，同時(shí)適應(yīng)打滑地層等。

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-369-2