鉆探設(shè)備在天臺(tái)一帶工作區(qū)的應(yīng)用分析

胡志濤

（河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

淺鉆、鉆探是固體礦產(chǎn)勘查工作的兩種勘查技術(shù)方法及手段，完成淺鉆、鉆探的施工任務(wù)需要鉆探設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆井技術(shù)和裝備也得到了快速發(fā)展。如何選用鉆探設(shè)備去高效地完成施工任務(wù)至關(guān)重要，只有根據(jù)工程實(shí)際情況選用合理的鉆探設(shè)備才能取得較好的鉆探效果。

1 工程概況

1.1 工作區(qū)位置及交通概況

工作區(qū)位于邢臺(tái)市內(nèi)丘縣南賽鄉(xiāng)一帶，區(qū)內(nèi)臨近有太行山高速、328省道，321省道，各村之間水泥路相通，交通便利。

1.2 工作區(qū)自然地理概況

本區(qū)地處太行山東麓，河北省中南部，邢臺(tái)市西部。地勢西高東低，主要為低山區(qū)、丘陵區(qū)。本區(qū)屬暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)性氣候，四季分明。

1.3 工作區(qū)地質(zhì)概況

1.3.1 地層

工作區(qū)出露地層由老至新依次為新太古代贊皇巖群及第四系松散堆積物。

（1）新太古代贊皇巖群。為一套變質(zhì)表殼巖組合，總體上呈北東向展布，該巖群進(jìn)一步劃分為大和莊巖組、立羊河巖組和寧家莊巖組。大和莊巖組主要巖石類型為（石榴）黑云斜長變粒巖、（石榴）斜長角閃巖，夾少量二云母片巖薄層或透鏡體。立洋河巖組主要巖石類型為大理巖、石英巖、（石榴）斜長角閃巖、（石榴）黑云斜長變粒巖、含礦二云母片巖、（石榴）二云母片巖、二云母石英片巖。本區(qū)的礦化體主要賦存在該巖組中。寧家莊巖組主要巖石類型為黑云二長片麻巖。

（2）第四系松散堆積物。位于現(xiàn)代較大沖溝中，由砂礫石、粉砂、粉砂質(zhì)黏土組成，現(xiàn)多為耕地，種有果樹及莊稼。

1.3.2 變質(zhì)深成巖

預(yù)查區(qū)內(nèi)可見與新太古代變質(zhì)地層相匹配的新太古代變質(zhì)深成侵入巖。由早至晚依次為豐來峪片麻巖及李家莊片麻巖。豐來峪片麻巖巖石類型為含角閃黑云斜長片麻巖，豐來峪片麻巖巖石類型為黑云二長片麻巖。

1.3.3 脈巖

區(qū)內(nèi)脈巖不發(fā)育，脈巖類型為花崗偉晶巖脈及石英脈。

1.3.4 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造形態(tài)為褶皺構(gòu)造及斷裂構(gòu)造。褶皺為神頭-西莊同斜倒轉(zhuǎn)背斜、小和莊-寧家莊同斜倒轉(zhuǎn)向斜；構(gòu)造為邢家峪斷裂、神頭斷裂、?溝斷裂、小和莊斷裂。

1.4 工作區(qū)鉆孔布置情況

本次工作區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)淺鉆156m，深鉆600m，淺鉆用于揭露淺部礦化體，深鉆用于控制深部礦化體。對(duì)本區(qū)礦化較好的含礦層體按400m工程間距布設(shè)淺鉆，其余含礦層根據(jù)露頭情況大致以800m布設(shè)，共布設(shè)鉆孔15個(gè)，均為直孔。根據(jù)前期地質(zhì)成果，對(duì)礦化較好的礦化體按400m工程間距布設(shè)深鉆，設(shè)計(jì)鉆孔控制礦化體傾向延伸200m，終孔層位為礦化層底板下20m，共布設(shè)鉆孔5個(gè)，均為直孔。

2 鉆探設(shè)備在工作區(qū)的應(yīng)用分析

2.1 鉆機(jī)的選用

根據(jù)勘查區(qū)的鉆探施工條件以及礦化體的賦存狀態(tài)，本次淺鉆采用XY-1型鉆機(jī)、HW-B30背包鉆機(jī)，深鉆采用XY-2型鉆機(jī)、XY-1型鉆機(jī)。

2.2 鉆機(jī)的特點(diǎn)

HW-B30背包鉆機(jī)是一種主要適用于山區(qū)、交通和能源不便地區(qū)的小型輕便化取樣鉆孔設(shè)備，具有攜帶簡便、操作靈活、高效耐用等特點(diǎn)。本鉆機(jī)全部重量僅為25kg，且易拆易裝，快速取心，該套設(shè)備在山區(qū)礦產(chǎn)勘查時(shí)具有無可比擬的優(yōu)勢。

XY-1型鉆機(jī)具有油壓自動(dòng)給進(jìn)機(jī)構(gòu)、鉆進(jìn)效率高；鉆機(jī)手柄集中、操作方便、安全可靠；鉆機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，鉆機(jī)、水泵及柴油機(jī)可安裝在同一個(gè)底架上，占用面積??；重量輕、分解性強(qiáng)，便于搬遷，適于平原和山區(qū)工作。

XY-2鉆機(jī)是一種體積小、輕便的中淺鉆孔巖心鉆機(jī)，用于金剛石、合金進(jìn)行大小口徑巖心鉆探，也用于工程地質(zhì)勘探、水文及大口徑工程施工，具有重量輕、裝機(jī)功率大、性能廣泛、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)

HW-B30背包鉆機(jī)鉆進(jìn)最大深度30m，鉆桿直徑42mm，鉆桿長度72cm，驅(qū)動(dòng)功率4.8Kw，最大取心直徑110mm,取心長度48cm。

XY-1型鉆機(jī)鉆進(jìn)最大深度100m，鉆桿直徑71mm，立軸正轉(zhuǎn)級(jí)數(shù)4～6級(jí)，鉆進(jìn)行程400mm，單繩額定起重量25KN，驅(qū)動(dòng)功率20Kw。

XY-2鉆機(jī)鉆進(jìn)最大深度200m，鉆桿直徑71mm，立軸正轉(zhuǎn)級(jí)數(shù)6～8級(jí)，鉆進(jìn)行程600mm，單繩額定起重量40KN，驅(qū)動(dòng)功率35Kw。

2.4 鉆孔的施工結(jié)構(gòu)

HW-B30背包鉆機(jī)共施工淺鉆7個(gè)，孔深5～11m，完成工作量53.70m。施工的鉆孔開孔、終孔孔徑均為56mm，采取的巖心直徑為46mm。

XY-1型鉆機(jī)共施工淺鉆8個(gè)，孔深10.4～20.8m，完成工作量102.4m；施工深鉆1個(gè)，孔深98.5m。施工的淺鉆開孔、終孔孔徑均為75mm，巖心直徑均為46mm；施工的深鉆開孔孔徑為94mm，巖心直徑為89mm，終孔孔徑為75mm，巖心直徑為49mm。

XY-2型鉆機(jī)共施工深鉆4個(gè)，孔深50.3～188.9m，完成工作量511.2m；鉆孔開孔孔徑均為94mm，巖心直徑為89mm，終孔孔徑均為75mm，巖心直徑為49mm。

根據(jù)淺鉆和深鉆施工結(jié)果，綜合分析認(rèn)為XY-2型鉆機(jī)和XY-1型鉆機(jī)施工的鉆孔結(jié)構(gòu)較為合理，所采巖心的尺寸規(guī)格能較好地滿足設(shè)計(jì)和化驗(yàn)測試的要求。HW-B30背包鉆機(jī)所采巖心的尺寸規(guī)格基本滿足設(shè)計(jì)和化驗(yàn)測試的要求，但所采取巖心尺寸及采樣效果不及XY-2型鉆機(jī)和XY-1型鉆機(jī)。

2.5 鉆孔的施工效率

HW-B30背包鉆機(jī)所施工的淺鉆均較淺，且鉆孔位于植被茂盛、地勢陡峭、其他鉆探設(shè)備無法到達(dá)的位置。鉆機(jī)完成一個(gè)鉆孔只需1天，所需人員3～4人，施工速度快，所需人員少。

XY-1型鉆機(jī)所施工的淺鉆位于交通條件相對(duì)較好，設(shè)備通過搬運(yùn)能夠到達(dá)的位置，鉆機(jī)完成一個(gè)淺鉆只需1天，鉆機(jī)純鉆機(jī)時(shí)間較短，搬運(yùn)設(shè)備、安裝設(shè)備需要花費(fèi)一定時(shí)間。XY-1型鉆機(jī)施工的一個(gè)深鉆由于取心工藝采用升管取心、夜班無法施工，所用工期10天，施工速度較慢，所需人員4～5人。

XY-2型鉆機(jī)本次采用繩索取心，在繩索取心鉆具結(jié)構(gòu)中，其內(nèi)管總成本身設(shè)計(jì)有扶正裝置，內(nèi)管底部裝有卡簧和卡簧座，對(duì)巖礦心采取質(zhì)量提供了有效的技術(shù)保證。該工藝不用升管取心，節(jié)省了上下鉆具的取心時(shí)間，施工時(shí)兩班交替進(jìn)行，完成一個(gè)鉆孔僅需3～4天，施工速度快，所需人員6～7人。

2.6 鉆孔巖心的采取率

根據(jù)各鉆孔的巖心采取情況，3種施工設(shè)備取心效果最佳的是XY-2型鉆機(jī)（見圖1），鉆孔總巖心采取率96%～100%，其次為XY-1型鉆機(jī)，最后為HW-B30背包鉆機(jī)（見圖2）。由于地表巖石風(fēng)化較嚴(yán)重，且含礦層為云母片巖，淺鉆所采巖心部分較破碎。HW-B30背包鉆機(jī)鉆采用清水鉆進(jìn)，巖心管較短，動(dòng)力不足，巖心采取率不及XY-1型鉆機(jī)、XY-2型鉆機(jī)。

圖1 XY-2型鉆機(jī)所采巖心

圖2 背包鉆機(jī)所采巖心

2.7 鉆孔的綠色勘查

HW-B30背包鉆機(jī)搬運(yùn)拆裝方便，占地面積較小，屬于點(diǎn)狀掘進(jìn)；鉆探施工中清水鉆進(jìn)，不產(chǎn)生廢漿廢液，施工過程中對(duì)鉆孔周圍環(huán)境基本無影響；設(shè)備搬運(yùn)過程中不用動(dòng)用車輛，人力搬運(yùn)即可，對(duì)工作區(qū)的植被基本不產(chǎn)生破壞影響。

XY-1型鉆機(jī)占地約20m2，施工面積較小，所施工的淺鉆和深鉆交通條件較好，均有道路通往鉆孔附近，對(duì)鉆孔周圍進(jìn)行了簡單的平整后安裝設(shè)備進(jìn)行施工。XY-2型鉆機(jī)占地約80m2，施工面積相對(duì)較大，設(shè)備搬運(yùn)過程中采用車輛運(yùn)輸，在施工場地的平整過程中對(duì)地表的植被會(huì)產(chǎn)生了一定的破壞影響。兩臺(tái)設(shè)備在鉆進(jìn)過程中均采用泥漿鉆進(jìn)，沖洗液配方：1.0m3水+0.4%純堿+3%腐植酸鉀+0.3%聚丙烯酸鉀+4%高效潤滑劑。施工過程中對(duì)泥漿每班有專人管理，布置了固定的泥漿罐，嚴(yán)禁泥漿隨意排放，隨時(shí)進(jìn)行場地清潔。施工結(jié)束后，按設(shè)計(jì)要求做好了封孔工作，及時(shí)拆除了現(xiàn)場施工設(shè)備，清除了現(xiàn)場各類雜物、垃圾及污染物。結(jié)合當(dāng)?shù)匾蠛驮睬闆r對(duì)鉆孔周圍土地進(jìn)行地貌及植被恢復(fù)。

3 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

綠色勘查工作貫穿于鉆探施工的整個(gè)過程，綠色勘查記錄要按規(guī)范合理記錄并形成資料，留足實(shí)際記錄及影像資料，綠色勘查原始資料的形成不能與鉆探施工脫節(jié)。

本次預(yù)查工作前期設(shè)計(jì)工作量中有槽探施工，后來考慮到探槽施工難以在本區(qū)進(jìn)行，進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，最終用淺鉆施工代替了探槽施工。因本次施工沒有施工探槽，無法了解刻槽樣的固定碳和小體重，無法進(jìn)行刻槽樣和淺鉆巖心樣品的對(duì)比和分析。

4 小結(jié)

HW-B30背包鉆機(jī)在山高林密，交通條件不便的地區(qū)施工具有無可比擬的優(yōu)越性，但由于設(shè)備自身鉆進(jìn)工藝原因巖心采取率比其他兩種設(shè)備偏低；XY-2型鉆機(jī)采用繩索取心技術(shù)，鉆探施工效率較高，巖心采取率較高，但設(shè)備占地面積較大，施工場地恢復(fù)占用時(shí)間長；XY-1型鉆機(jī)占地面積較小，巖心采取率介于背包鉆機(jī)和XY-2型鉆機(jī)之間，施工場地恢復(fù)占用時(shí)間較短。每種鉆探設(shè)備都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工作區(qū)的交通、地形地貌、地質(zhì)等情況進(jìn)行綜合分析后選擇最合適的施工設(shè)備才能取得最好的鉆探效果。