談甘肅—東洞溝金礦區(qū)斜孔施工技術(shù)

趙 寶 平

(福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364021)

談甘肅—東洞溝金礦區(qū)斜孔施工技術(shù)

趙 寶 平

(福建省121地質(zhì)大隊，福建 龍巖 364021)

以肅北縣鹽池彎鄉(xiāng)東洞溝和西洞溝金礦破碎帶地層為研究對象，結(jié)合ZK1202鉆孔斜孔鉆探施工技術(shù)的應(yīng)用情況，著重分析了較厚破碎帶地層中泥漿的應(yīng)用和泥漿嚴(yán)重漏失時的鉆進(jìn)方法及護(hù)壁堵漏措施，總結(jié)了繩索取心鉆探在金屬礦破碎帶地層中采取的技術(shù)措施和保證鉆孔施工技術(shù)指標(biāo)應(yīng)注意的事項。

破碎帶地層，斜孔鉆探，泥漿，全液壓鉆機(jī)

1 地質(zhì)概況及地層分析

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

本礦區(qū)位于甘肅省酒泉市肅北縣以西鹽池彎祁連山地帶，祁連山褶皺帶是華北板塊裂解閉合過程中形成的加里東造山帶，早古生帶有明顯的三分構(gòu)造格局，由北祁連海槽、中祁連隆起、南祁連弧后洋盆組成完整的溝弧盆體系，本礦區(qū)處于南祁連區(qū)，礦區(qū)地層較為復(fù)雜。

1.2 地層簡述

1.2.1 地層

區(qū)域地層劃屬秦昆地區(qū)之中的南祁連小區(qū)。區(qū)域出露地層有下元古界、長城系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系。該礦區(qū)地層由老到新分述如下：

1)下元古界(Ptlb)。

為區(qū)域深變質(zhì)巖，主要巖性黑云石英片巖、角閃片巖、鈣質(zhì)黑云角閃片麻巖、石榴石斜長片麻巖、混合片麻巖、白云巖、大理巖、混合花崗巖、眼球狀條紋狀鉀長混合巖等，與長城系不整合接觸。

2)長城系(Ch)。

主要巖性為玄武巖、中基性熔巖角礫巖、基性火山角礫巖、夾泥灰?guī)r、泥灰質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、泥灰質(zhì)砂巖、石英砂巖及少量硅質(zhì)巖、灰?guī)r等。

3)奧陶系(O)。

主要由中基性、中酸性火山巖段、灰?guī)r、砂巖、板巖等組成，本礦區(qū)是鹽池彎組，屬于濱淺海陸架沉積，以陸源碎屑為主，以礫巖、復(fù)礦砂巖、板巖為主夾少量千枚巖及帶狀硅質(zhì)巖，上部局部地段有中酸性火山巖。

4)志留系(S)。

主要分布在烏力溝一帶，與奧陶系地層呈斷層接觸，巖性為變質(zhì)粗礫巖、碎屑巖、板巖夾變質(zhì)火山巖等。

5)泥盆系(D3)及石炭系(C1)。

主要在鹽池彎以東黨河北坡有零星出露，與下伏地層呈平行不整合或不整合接觸。巖性為紫紅色～雜色礫巖、砂巖、粉砂巖、夾少許灰?guī)r以及白云巖等。

6)石炭系(C)。

主要是下石炭統(tǒng)黨河南山組(Cldh)：上部以深灰色厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r、下部為砂巖、頁巖夾灰?guī)r，含石膏。

7)二疊系(P)。

下二疊統(tǒng)巴音河群(Plb):巖性主要為淺紫色中層中細(xì)粒長石石英砂巖或白色中層狀石英砂巖為主，上部為灰色薄層灰?guī)r。

上二疊統(tǒng)諾音河群(P2n)：巖性主要為淺紫色、雜色長石石英砂巖、石英砂巖及石英巖、灰?guī)r、頁巖等。

8)三疊系(T)。

下三疊統(tǒng)下環(huán)倉組(T2j)：主要為碎屑巖，下部灰黑色粉砂質(zhì)頁巖夾薄層扁豆體狀砂質(zhì)灰?guī)r；上部灰色石英長石砂巖夾砂質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r。

9)第四系(Q)。

主要分布在烏蘭達(dá)坡山南坡大哈拉騰河流域及北坡黨河河谷地帶，有沖、洪積物、冰嘖物、殘坡積物、沼澤積物等。

1.2.2 構(gòu)造

本礦區(qū)位于祁連加里東褶皺帶內(nèi)，次級構(gòu)造為烏蘭達(dá)坂擠壓帶、褶皺和斷裂構(gòu)造發(fā)育，呈北西—南東向展布，構(gòu)成本區(qū)的主要構(gòu)造行跡。

2 技術(shù)要求及發(fā)展前景

2.1 地質(zhì)質(zhì)量要求

礦區(qū)是以60°～70°為傾角，以180°為方位角，巖心采取：鉆孔全段取心，巖心采取率大于65%、礦心采取率大于80%，在破碎帶巖層中鉆進(jìn)，巖心采取率不小于65%，否則要進(jìn)行補(bǔ)救取心、補(bǔ)救取心仍然不能達(dá)到要求按廢孔處理；鉆孔測斜要求：每鉆進(jìn)50 m須測斜一次，偏斜率控制在1.5%以內(nèi)；每鉆進(jìn)50 m進(jìn)行孔深丈量且驗證、平差、對孔深誤差超限時應(yīng)進(jìn)行合理平差和孔深校正，校正最大允許誤差小于1.5‰。

2.2 斜孔施工發(fā)展前景

通過這幾年對斜孔鉆探施工技術(shù)的總結(jié)及金屬礦施工的發(fā)展路徑的學(xué)習(xí)，無論從鉆探效率還是施工技術(shù)來看，斜孔鉆探的發(fā)展前景都是令人鼓舞的，其優(yōu)越性已逐漸為人們所接受?，F(xiàn)在很多礦區(qū)都是以斜孔和深孔為主，適用該條件的設(shè)備和施工技術(shù)也有所完善，這都為以后的斜孔施工奠定了堅實的基礎(chǔ)，所以繼續(xù)對斜孔鉆探施工技術(shù)的研究是至關(guān)重要的。今后斜孔鉆探技術(shù)的要點(diǎn)有：

1)宣傳斜孔鉆探施工技術(shù)，促進(jìn)該項技術(shù)在勘探找礦中的應(yīng)用，解決適合斜孔勘探技術(shù)的方法研究；

2)了解國內(nèi)斜孔鉆探技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，學(xué)習(xí)國內(nèi)斜孔鉆探先進(jìn)技術(shù)，加大對斜孔施工技術(shù)的研究，盡快制定出斜孔施工規(guī)范，使斜孔鉆發(fā)展為一個技術(shù)成熟的勘探手段；

3)對復(fù)雜地層條件下的鉆進(jìn)工藝技術(shù)研究。通過對鉆孔結(jié)構(gòu)，施工技術(shù)措施的研究，探索出符合復(fù)雜地層條件下的鉆進(jìn)工藝技術(shù)；

4)泥漿體系的研究。選擇適應(yīng)斜孔鉆進(jìn)技術(shù)的低粘度、低失水、高潤滑性、護(hù)壁性能好的低固相沖洗液或具有流變性好、潤滑性好的無固相泥漿沖洗液；

5)選用長壽命、高時效金剛石鉆頭，通過對鉆頭胎體、水口、保徑、金剛石粒度和品級等方面的研究，特別是在巖石堅硬、研磨性強(qiáng)的地層中，保持金剛石鉆頭的長壽命、高時效，以達(dá)到提高綜合效益的目的。

3 鉆探設(shè)備、管材及鉆具的選擇

進(jìn)口Atlas.copco CS1000P6全液壓鉆機(jī)、國產(chǎn)XDF-5A全液壓鉆機(jī)、BW-250泥漿泵、S75A/S95A加強(qiáng)型繩索取心鉆桿；套管規(guī)格分別為：φ127 mm套管、φ108 mm套管、φ89 mm套管。

4 鉆探施工技術(shù)措施

4.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

鉆孔結(jié)構(gòu)是指鉆孔由開孔至終孔，鉆孔剖面中各孔段的深度和口徑的變化情況。根據(jù)地質(zhì)設(shè)計要求，確定相應(yīng)的終孔直徑；根據(jù)不同的地層條件、鉆孔設(shè)計深度、鉆進(jìn)方法、護(hù)壁措施及設(shè)備能力等因素，合理確定開孔直徑、換徑次數(shù)及其深度。根據(jù)以往施工實踐經(jīng)驗，大多數(shù)鉆孔采用φ110 mm開孔就能滿足鉆探施工需要。上部破碎、易坍塌地層分別用φ108 mm，φ89 mm等口徑的套管隔離，然后換用S77繩索取心鉆進(jìn)至終孔。ZK1202號孔鉆孔柱狀圖見圖1。

4.2 主要技術(shù)措施

4.2.1 把好開孔關(guān)

把好開孔換徑關(guān)是斜孔施工的主要措施，開孔時輕壓慢轉(zhuǎn)，φ127 mm換φ108 mm套管時先導(dǎo)(鉆具組合：變徑接頭+φ108 mm鉆具+φ110 mm鉆頭)鉆進(jìn)到不能鉆進(jìn)，然后下入φ108 mm套管，再采用φ95 mm套管鉆進(jìn)至完整基巖，符合坐立技術(shù)套管的條件時下好φ89 mm技術(shù)套管，這樣的方法是防止擾動土坍塌和防止鉆孔傾角變動。

4.2.2 選擇合理的設(shè)備

必須選擇能夠大幅度調(diào)節(jié)鉆探傾角的鉆機(jī)(本次施工選擇全液壓動力頭鉆機(jī))；選用變量高的泥漿泵以便有效排出孔底巖粉。因為是大斜度施工，特別是在復(fù)雜地層、強(qiáng)研磨性地層和堅硬地層中施工，繩索取心鉆桿和鉆具偏磨較嚴(yán)重，造成使用壽命降低，最好選用特殊處理過的管材。為了能有效的提高鉆孔巖粉的排出能力、沖洗液的潤滑性、防止卡鉆、抱鉆等事故的發(fā)生，福建省121地質(zhì)大隊施工中采用φ81鉆頭鉆進(jìn)，經(jīng)過多次的試驗，能有效提高鉆探效率。

4.2.3 選擇合理的沖洗液

泥漿是鉆探施工的血液，在簡單地層采用無固相和低固相并加1%的潤滑劑泥漿；在復(fù)雜地層中，選用潤滑性好、高密度、中粘度、降失水性好、抗污染性好、護(hù)壁防塌性能好的泥漿。通過該礦區(qū)使用的泥漿總結(jié)出，聚丙烯酰胺體系泥漿和超低固相(納土)泥漿體系可以滿足該礦區(qū)施工要求。在泥漿中加入磺化瀝青、HAN-3

等處理劑效果更佳。

該礦區(qū)0 m～80 m地層較破碎、易坍塌、膠結(jié)性差，并伴有沖洗液漏失，必須快速鉆進(jìn)穿過此孔段后均用套管隔離。80 m～400 m地層采用邊鉆進(jìn)邊堵漏，此階段主要從泥漿配比方面下手，上部采用無固相泥漿可滿足鉆進(jìn)施工要求，但是鉆進(jìn)至370 m處時出現(xiàn)了一層破碎帶，巖心很破碎，漏失嚴(yán)重，甚至有時不能返水，采用無固相泥漿已不能滿足鉆探施工要求。因此，在鉆進(jìn)該地層時宜采用低固相泥漿，該礦區(qū)的施工中泥漿配比情況見表1。

ZK1202號鉆孔樁狀圖見圖1。

表1 泥漿配比及性能指標(biāo)表

4.2.4 鉆壓

鉆具壓力在破碎地層中控制在4 kN～6 kN，由于采用的φ77 mm加強(qiáng)型繩索取心鉆桿和加強(qiáng)型鉆具，其金剛石鉆頭的HRC硬度較大，隨著地層的硬度變化應(yīng)適當(dāng)增加鉆壓。

4.2.5 轉(zhuǎn)速

結(jié)合礦區(qū)地層、鉆孔潤滑性、鉆具強(qiáng)度及防止鉆孔彎曲等因素，轉(zhuǎn)速控制在500 r/min～700 r/min之間。

4.2.6 沖洗液量

由于φ77 mm金剛石繩索取心鉆進(jìn)鉆速快，孔內(nèi)巖粉較多，因此沖洗液宜取較大值，一般采用90 L/min～145 L/min。

通過不同地層沖洗液的選擇和鉆進(jìn)參數(shù)的應(yīng)用比較，尤其破碎、漏失嚴(yán)重地層，采用低固相泥漿，對鉆孔的潤滑、護(hù)壁性能等方面取得較好的效果。

5 取得成果

由于礦區(qū)屬于4 000 m高原地帶，施工周期短，給施工帶來極大的困難，福建省121地質(zhì)大隊于2013年共施工19個鉆孔累計工作量4 000多米，最淺孔深170.23 m、最深孔深804.02 m，傾角最大為63°、最小為70°，臺月效率348.68 m，純鉆進(jìn)時間利用率21.8%，平均時效2.66 m。巖心采取率達(dá)到96.3%，礦心采取率99.4%，鉆孔其他質(zhì)量指標(biāo)均滿足地質(zhì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

6 結(jié)語

通過在甘肅—東洞溝金礦區(qū)ZK1202號孔的施工實踐，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

1)在鉆進(jìn)第四系較厚覆蓋地層時要多用干抓的方法，提高巖心采取率；

2)下好各種技術(shù)套管防止孔內(nèi)地層的不穩(wěn)定性；

3)利用不同的地層來配比好各種性能的泥漿；

4)在鉆探的過程中，應(yīng)保持孔內(nèi)沖洗液柱的靜壓力，提鉆或漏失時應(yīng)及時回灌沖洗液，以保持孔內(nèi)壓力平衡，防止孔壁失去穩(wěn)定；

5)提、下鉆時要穩(wěn)、慢，以防止動壓力所造成的孔壁失穩(wěn)，造成掉塊。

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Introduction to Gansu—East oblique hole groove gold mining area construction technology

ZHAO Bao-ping

(121GeologicalTeamofFujianProvince,Longyan364021,China)

Taking Subei county bending of salt pond township hole groove East and West hole fracture zone formation of gold mine as research object, combining ZK1202 drilling inclined hole drilling technology application, this paper analyzes the thicker in the fracture zone formation of serious leakage in the application of the mud and mud drilling method and plugging and protecting measures, summed up the rope coring drilling technical measures applied in the metal fracture zone formation and ensure drilling construction specifications that should be paid attention to matters.

broken belt formation, inclined hole drilling, mud, full hydraulic drilling rig

1009-6825(2014)13-0082-03

2014-02-20

趙寶平(1984- )，男，助理工程師

P634.5

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