鉆孔找礦技術(shù)在礦山工程地質(zhì)鉆探中的應(yīng)用研究

楊 坤

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊，安徽 宿州 234000）

礦山工程地質(zhì)鉆探是礦山工程地質(zhì)勘查的主要方式，近年來受到相關(guān)部門的密切關(guān)注。根據(jù)前人總結(jié)的勘查數(shù)據(jù)資料，全方位研究礦山工程地質(zhì)鉆探工作過程。

礦山工程地質(zhì)鉆探的設(shè)計坐標(biāo)由礦山在施工現(xiàn)場實測后確定。工程質(zhì)量要求如下:礦山工程地質(zhì)鉆探完成后，入直縫焊管，工作管與外壁之間采用水泥漿固井;開孔完畢后，提供準(zhǔn)確的孔底坐標(biāo)，位移偏差不大于2.5m;套管接頭經(jīng)過焊接加固，確保密封性能;工作管、護壁管的選擇和安裝必須符合質(zhì)量要求。本工程中兩個瓦斯抽放鉆孔的結(jié)構(gòu)、套管規(guī)格、質(zhì)量、技術(shù)要求相同，施工工藝基本一致。為實現(xiàn)礦山工程地質(zhì)鉆探高精度的需求，傳統(tǒng)礦山工程地質(zhì)鉆探方法在實際應(yīng)用中存在鉆探偏移系數(shù)的問題，主要由于對于礦山工程地質(zhì)鉆探的定位不準(zhǔn)[1]。鉆孔找礦技術(shù)作為新一代測量方法，以其高精度、低成本的特點，一經(jīng)推出便立即受到多個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本文以此為研究依據(jù)，將鉆孔找礦技術(shù)應(yīng)用在礦山工程地質(zhì)鉆探中，通過基于鉆孔找礦技術(shù)設(shè)計礦山工程地質(zhì)鉆探方法，致力于提升礦山工程地質(zhì)鉆探精度，降低礦山工程地質(zhì)鉆探偏移系數(shù)，為礦山工程地質(zhì)鉆探的持續(xù)發(fā)展提出專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)。

1 基于鉆孔找礦技術(shù)的礦山工程地質(zhì)鉆探方法

1.1 基于鉆孔找礦技術(shù)定位礦山工程地質(zhì)鉆探位置

在礦山工程地質(zhì)鉆探中，必須預(yù)先基于鉆孔找礦技術(shù)定位礦山工程地質(zhì)鉆探位置，確保礦山工程地質(zhì)鉆探精度[2]。通過鉆孔找礦技術(shù)的環(huán)形構(gòu)造反映隱伏巖體在地表蓋層中的位置，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)中的隱伏巖體。通過測定巖石中的異常性質(zhì)，包括：地質(zhì)巖土介質(zhì)局部變化的地球物理場變化情況進(jìn)行掌握放射性元素在巖漿巖中的分布規(guī)律，從而真實反映形成侵入巖體的地質(zhì)條件。在此基礎(chǔ)上，綜合地質(zhì)的構(gòu)造特征以便很好的理解成礦類型及成礦位置?；阢@孔找礦技術(shù)表明，地質(zhì)找礦磁場變化一般情況下處于正極負(fù)極磁場交界處，通過側(cè)向垂直異常布置能夠確定地質(zhì)礦產(chǎn)資源在地表的出露位置。假定基于鉆孔找礦技術(shù)定位礦山工程地質(zhì)鉆探位置的近似程度可用擬合系數(shù)來表示，設(shè)擬合地質(zhì)空間礦山工程地質(zhì)鉆探位置定位計算表達(dá)式為C，則有公式（1）：

公式（1）中，i指的是地質(zhì)空間預(yù)測點位；

zi指的是在地質(zhì)空間找礦點位上得到的觀測值；指的是在地質(zhì)空間找礦點位上得到的趨勢值；指的是地質(zhì)空間找礦定位趨勢的預(yù)測平均數(shù)值。通過公式（1），可以得出擬合后的礦山工程地質(zhì)鉆探位置。

1.2 計算礦山工程地質(zhì)鉆探降斜作用力

在基于鉆孔找礦技術(shù)定位礦山工程地質(zhì)鉆探位置后，還需要進(jìn)一步計算計算礦山工程地質(zhì)鉆探降斜作用力，進(jìn)而設(shè)定科學(xué)的礦山工程地質(zhì)鉆探參數(shù)[3]。首先，計算礦山工程地質(zhì)鉆探工具自身的重力與鉆頭之間的降斜力，設(shè)其計算表達(dá)式為G，則有公式（2）。

公式（2）中，w指的是所處地層的傾斜角度；t指的是礦山工程地質(zhì)鉆探預(yù)計深度；α指的是礦山工程地質(zhì)鉆探面積。通過公式（2），計算得出礦山工程地質(zhì)鉆探工具自身的重力與鉆頭之間的降斜力，在此基礎(chǔ)上，可推導(dǎo)出礦山工程地質(zhì)鉆探降斜作用力的計算公式，設(shè)其為Gk，則有公式（3）。

公式（3）中，指的是礦山工程地質(zhì)鉆探速度。通過公式（3），判斷礦山工程地質(zhì)鉆探降斜作用力，以此為礦山工程地質(zhì)鉆探關(guān)鍵參數(shù)，為下文確定礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡提供數(shù)據(jù)支持。

圖1 礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡示意圖

1.3 確定礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡

以上文計算得出的礦山工程地質(zhì)鉆探降斜作用力為依據(jù)，確定礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡，礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡示意圖，如圖1所示。

結(jié)合圖1所示，為礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡。由此可見，在礦山工程地質(zhì)鉆探過程中，其鉆探軌跡會發(fā)生變化，為保證礦山工程地質(zhì)鉆探精度，需要確定礦山工程地質(zhì)鉆探前提條件。本文設(shè)定的前提條件為礦山工程地質(zhì)鉆探泵吸入口的壓力必須大于大氣壓，也就是必須保證礦山工程地質(zhì)鉆探過程中能夠達(dá)到的真空狀態(tài)，通過公式可表達(dá)為：

公式（4）中，P0指的是大氣壓，通常情況下為100kPa；ΔP2指的是礦山工程地質(zhì)鉆探鉆桿內(nèi)外重度差；ΔP1指的是鉆渣混合液流經(jīng)鉆桿長度，單位為cm；mγ指的是礦山工程地質(zhì)鉆進(jìn)泵汽化的壓力，單位為kN/m3；U2指的是鉆桿內(nèi)外重度差，單位為m；g指的是損失水頭，單位為m；ΔI1指的是鉆桿內(nèi)外重度差，單位為m；hz指的是反循環(huán)單位長度，單位為m。通過公式（4），在滿足前提條件的基礎(chǔ)上，確定礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡。

1.4 選擇礦山工程地質(zhì)鉆探?jīng)_洗液

確定礦山工程地質(zhì)鉆探軌跡的基礎(chǔ)上，在礦山工程地質(zhì)鉆探時需要根據(jù)開采區(qū)特點，采用鉆孔找礦技術(shù)的工藝流程，所以鉆孔的孔壁外側(cè)環(huán)形位置和鉆桿橫截孔徑區(qū)域中間的間隔狹小，對孔底進(jìn)行沖洗液灌注時在壓力作用下難免會出現(xiàn)損失液體的情況，鉆孔深度不斷加深，泵壓也隨之增大，這一情況會對礦山工程地質(zhì)鉆探快速施工造成嚴(yán)重影響。根據(jù)礦區(qū)的實際地質(zhì)特征選擇適合的沖洗液，常用沖洗液大概分為兩種即含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液、聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液。含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液的具體操作方式如下：找到地質(zhì)鉆探第三鉆孔位置，將套管下設(shè)到指定位置上，將幾種類型處理劑適量加入泥漿中，使用設(shè)備對泥漿進(jìn)行均勻攪拌，硫化瀝青中添加一定量的清洗液，添加沖洗液的目的是可確保礦山鉆探工程深孔內(nèi)有一個清潔環(huán)境，為鉆探工作提供安全保障。選用聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液與線狀非高分子聚合物進(jìn)行有效結(jié)合，雜質(zhì)物質(zhì)可被清除。泥漿中的固體顆粒物質(zhì)得到轉(zhuǎn)化后，顆粒物質(zhì)得到分散，在進(jìn)行礦山工程鉆探時可保證地層中水花穩(wěn)定，避免地層出現(xiàn)造漿的情況。該種類型的沖洗液應(yīng)用方式為：選擇在第一定向鉆孔、第二定向鉆孔區(qū)域，將套管下入，在清水中加入一定數(shù)量的聚丙烯酰胺，使用設(shè)備將其攪拌均勻，得到可以使用的PAM沖洗液，鉆探施工中使用此種沖洗液，鉆孔內(nèi)的廢渣可被清理干凈。而含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液，是在水中加入了多種泥漿處理劑得到的一種液體，將其注入到鉆孔中出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象后，出現(xiàn)裂縫地方可被封堵住，有效避免鉆孔施工時孔壁脫落問題發(fā)生。上述兩種類型的沖洗液均可以滿足礦山工程地質(zhì)鉆探工作實際需求。

1.5 實現(xiàn)礦山工程地質(zhì)鉆探

通過上述分析，在利用鉆孔找礦技術(shù)進(jìn)行礦山工程地質(zhì)鉆探時，要具備一定針對性的，設(shè)計合理的礦山鉆探鉆孔結(jié)構(gòu)。結(jié)合鉆孔找礦技術(shù)，當(dāng)?shù)V山工程地質(zhì)鉆探到地表30m左右的位置時，或礦山鉆孔設(shè)備下設(shè)到規(guī)定區(qū)域時，將表層套管下入底部，為了避免進(jìn)行礦山工程地質(zhì)鉆探時受到復(fù)雜地層的影響。另外，注入一定量沖洗液在鉆孔下部位置，避免發(fā)生深孔堵漏的現(xiàn)象。在礦山工程地質(zhì)鉆探工作進(jìn)行中最關(guān)鍵點是進(jìn)行鉆探深孔結(jié)構(gòu)設(shè)計、降低鉆探成本、提升鉆探工作效率。以此，實現(xiàn)礦山工程地質(zhì)鉆探。

2 實例分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

本次實驗選擇某礦山作為實驗對象，該礦山正處于地質(zhì)鉆探工程開展中，鉆探施工區(qū)域地下深度最深可達(dá)1500m，巖層傾向156°~186°，傾角在56°~69°左右。首先使用本文基于鉆孔找礦技術(shù)設(shè)計鉆探方法進(jìn)行礦山工程地質(zhì)鉆探，通過matalb測得其鉆探偏移系數(shù)，記為實驗組；再使用傳統(tǒng)鉆探方法進(jìn)行礦山工程地質(zhì)鉆探，同樣通過matalb測得其鉆探偏移系數(shù)，記為對照組。由此可見，本次實例分析選取對比指標(biāo)為鉆探偏移系數(shù)，鉆探偏移系數(shù)越低，證明其鉆探精度越高。設(shè)定實驗次數(shù)為10次，并記錄實驗結(jié)果。

2.2 實驗結(jié)果分析

證明實驗結(jié)果，如下表1所示。

表1 實驗結(jié)果對比表

通過表1可知，本文設(shè)計方法地質(zhì)鉆探偏移系數(shù)明顯低于對照組，對于礦山工程地質(zhì)鉆探精度更高，更具實際應(yīng)用價值，有必要在現(xiàn)實應(yīng)用中加大使用力度。

3 結(jié)束語

本文通過實例分析的方式，證明了設(shè)計鉆探方法在實際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計，能夠解決傳統(tǒng)礦山工程地質(zhì)鉆探中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對本次地質(zhì)鉆探偏移系數(shù)測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗，進(jìn)一步提高地質(zhì)鉆探偏移系數(shù)測定結(jié)果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對礦山工程地質(zhì)鉆探工具的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，以此為提高礦山工程地質(zhì)鉆探的綜合質(zhì)量提供建議。