基于固定礦產(chǎn)開采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應用研究

董澤訓

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

針對固定礦產(chǎn)開采區(qū)的相關(guān)地質(zhì)工作是維持經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎工作，其中地質(zhì)找礦工程可為經(jīng)濟及社會的發(fā)展提供有利的物質(zhì)基礎以及資源保障。隨著城市化、工業(yè)化的進程不斷加快，人們對于礦產(chǎn)資源的需求和開發(fā)持續(xù)上漲，導致礦產(chǎn)資源出現(xiàn)嚴重緊缺的問題。目前，礦產(chǎn)資源的供給問題已經(jīng)成為制約著國家經(jīng)濟建設道路上的阻礙[1]。為了保證經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展和建設，對于礦產(chǎn)資源的相關(guān)地質(zhì)工作應當加強重視，啟動國土資源調(diào)查、西部大開發(fā)工程等，并應當嚴格按照相關(guān)條例規(guī)定，加強對固定礦產(chǎn)開采區(qū)的資源勘查。在進行地質(zhì)找礦工作過程中離不開鉆探、坑探技術(shù)的應用，從當前礦產(chǎn)資源開發(fā)現(xiàn)狀來看，并沒有一種地質(zhì)探測技術(shù)可以完全取代鉆探施工技術(shù)，鉆探施工技術(shù)具有更高的準確性，可以在更短的時間內(nèi)更加精確的找出礦產(chǎn)資源的實際賦存情況，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，對于固定礦產(chǎn)開采區(qū)而言，鉆探技術(shù)起到了決定性的作用。因此為了進一步提高地質(zhì)工作的質(zhì)量，對鉆探技術(shù)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(shù)。本文將基于固定礦產(chǎn)開采區(qū)，對鉆探深孔工程施工技術(shù)應用進行研究。

1 基于固定礦產(chǎn)開采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應用

1.1 基于固定礦產(chǎn)開采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)設計

在利用鉆探深孔工程施工技術(shù)對固定礦產(chǎn)開采區(qū)進行地質(zhì)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(jié)構(gòu)。通常情況下，針對固定礦產(chǎn)開采區(qū)應選擇三種不同鉆孔型號的鉆探設備，用于對不同鉆孔結(jié)構(gòu)鉆探。結(jié)合表層套管、技術(shù)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?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，下入技術(shù)套管結(jié)構(gòu)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(qū)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(xiàn)深孔堵漏的問題?；诠潭ǖV產(chǎn)開采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)設計是鉆探工程施工的關(guān)鍵，同時也是提高鉆探效率、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)開采區(qū)的鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

以固定礦產(chǎn)開采區(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鉆孔設備開孔，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繩索進行取心鉆進操作，并鉆進到240m左右，在地層表現(xiàn)相對完整的位置下入87mm套管結(jié)構(gòu)；最后再改用S65A繩索取心裸孔鉆進到深孔終點處，完成鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)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(chǎn)開采區(qū)應用鉆探深孔工程施工技術(shù)時需要根據(jù)開采區(qū)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(jù)相關(guān)規(guī)定，選擇機械鉆頭，且轉(zhuǎn)速較高，使用壽命較長的金剛石材質(zhì)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(shù)[3]。

同時，鉆探深孔工程施工技術(shù)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(huán)形區(qū)域之間的間隙相對較小，因此在添加沖洗液進行孔底循環(huán)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(chǎn)生會更加劇烈，嚴重影響工程的正常施工。

因此，根據(jù)固定礦產(chǎn)開采區(qū)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(qū)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(nèi)。

對于沖洗液的選擇應當針對固定礦產(chǎn)開采區(qū)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(jié)合其中的線狀非離子型高分子聚合結(jié)構(gòu)，對鉆探過程中產(chǎn)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(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，抑制施工過程中地層出現(xiàn)自然造漿現(xiàn)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(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(xiàn)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(xiàn)孔壁脫落，導致坍塌問題發(fā)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(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(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

深孔的堵漏問題是基于固定礦產(chǎn)開采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應用中應當重點關(guān)注的問題，將直接關(guān)系到整個工程施工的效率、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行。

針對固定礦產(chǎn)開采區(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措施四種。

由本文上述可知，在鉆探深孔工程施工技術(shù)應用時結(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(jié)構(gòu)、中部涂抹黃油、頂部管口位置灌入聚丙烯酰胺材料，實現(xiàn)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(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性的粘稠狀物質(zhì)，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(xiàn)出持續(xù)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(xù)進行鉆探。這種防堵漏措施通常適用于固定礦產(chǎn)開采區(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)應用過程中常常會出現(xiàn)不同程度的鉆孔漏失以及坍塌為題，造成這一問題產(chǎn)生的原因是由于鉆探過程中破壞了固定礦產(chǎn)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(qū)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(jié)構(gòu)時，及時下入87mm技術(shù)套管結(jié)構(gòu)，完成對鉆探深孔的防堵漏操作。

2 結(jié)語

本文通過對基于固定礦產(chǎn)開采區(qū)的鉆探深孔工程施工技術(shù)應用研究得出，通過鉆探深孔工程施工技術(shù)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(xù)的研究中還將對結(jié)合更加先進技術(shù)的鉆探深孔工程施工技術(shù)進行進一步的探究，從而實現(xiàn)針對不同礦產(chǎn)開采區(qū)域的鉆探施工方案優(yōu)化選擇，為礦產(chǎn)資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。