云南金平長安金礦大傾角鉆孔繩索取心施工技術(shù)

易強(qiáng)忠，郎學(xué)偉，周興華，王曉松，王 森

(1.云南地質(zhì)工程第二勘察院勘探分院，云南 楚雄 675000；2.云南國土資源職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 671000；3.云南建投第二安裝工程公司，云南 昆明 671000)

0 引言

金平長安金礦經(jīng)過多年地質(zhì)勘查、只探明金礦在地表局部以氧化形式賦存，雖然采用多種常規(guī)勘查方式都沒有發(fā)現(xiàn)較大金礦體的存在。2009年地質(zhì)技術(shù)人員設(shè)計(jì)、采用30°～75°大傾角鉆孔施工技術(shù)后，在該礦區(qū)獲得了較大的找礦突破，查清了金礦在地下深部以硫化礦形式賦存。而且該金礦體以傾角30°～70°，呈250°～70°方位隱伏于地下深部。2010-2015年設(shè)計(jì)布置了共計(jì)5萬余米的鉆探工作量。云南省地質(zhì)工程第二勘察院勘探分院在此礦區(qū)使用了6臺XY-2T/XY-4T/XY-44T型鉆機(jī)進(jìn)行繩索取心工藝施工。為加快勘查施工進(jìn)度，甲方要求需投入部分全液壓繩索取心鉆機(jī)進(jìn)行施工，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員多方考察和廠方專業(yè)技術(shù)人員探討研究，最終確定采用山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的XDJ-4型分解式全液壓鉆機(jī)施工。

1 項(xiàng)目概述

1.1 礦區(qū)地理

長安金礦區(qū)位于云南省金平縣銅廠鄉(xiāng)境內(nèi)，金平至老猛省級公路從金礦首采區(qū)邊通過，礦區(qū)距昆明453 km，距中越那發(fā)口岸40 km，屬邊疆地區(qū)，交通便利。

1.2 礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造

長安金礦地處金平斷塊中南部，該區(qū)的金礦(化)帶處于甘河斷裂與三家斷裂夾持的三角形斷塊的中南緣，并展布于甘河斷裂與藤條河大斷裂夾持的條形斷塊內(nèi)，受甘河斷裂的影響，金礦體呈帶分布于甘河斷裂的破碎帶內(nèi)及其兩側(cè)的蝕變基性巖內(nèi)，礦帶北西向延伸長幾十千米，在馬鹿塘附近與哀牢山斷裂呈銳角交匯；沿帶有長安金礦、董棕河金礦、銅廠金礦、長安沖金礦、亞拉坡金礦及馬鹿塘金礦等。與白馬寨銅鎳礦和銅廠—長安沖銅鉬礦相伴產(chǎn)出，與大坪金銅鉛銀礦帶和勐拉銅礦帶間隔并列，形成金平斷塊多金屬成礦集中區(qū)。

區(qū)內(nèi)除發(fā)育北西向斷裂外，北東向斷裂也較發(fā)育。兩者相互作用，造成巖漿活動和成礦作用在區(qū)內(nèi)較為普遍，形成了“遍地是金”的現(xiàn)象。

礦區(qū)內(nèi)與成礦關(guān)系最為密切的主要斷裂構(gòu)造有F6(系長安金礦最主要的控礦斷層，總體走向160°～340°，傾向70°左右)、F10-1(走向近東西，傾向北，傾角20°～45°)、F10-2(走向120°～80°，傾向210°～170°，傾角50°～85°)。

1.3 礦區(qū)地層情況

礦區(qū)范圍內(nèi)出露的地層為第四系、志留系中上統(tǒng)、奧陶系下統(tǒng)：

(1)第四系(Q)大面積分布于銅廠礦段，系礦區(qū)主要含金層位。黃、褐黃、褐黑、灰色礫石粘土，分布于溝谷及山間地帶。成分為正長巖、正長斑巖、輝綠巖、煌斑巖、白云巖、砂泥巖的風(fēng)化殘坡積物。

(2)志留系中上統(tǒng)康朗組(S2-3k)為灰白色、淺灰色厚層狀灰質(zhì)白云巖、砂屑白云巖，夾薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r。

(3)奧陶系下統(tǒng)向陽組(O1x)，向陽組二段(O1x2)為淺灰色、灰白色厚層狀長石石英粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫長石石英粗砂巖、礫巖夾灰色薄層粉砂質(zhì)泥巖透鏡，局部具硅化、黃鐵礦化。向陽組一段(O1x1)為深灰色、灰黑色，薄—厚層狀泥質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖組成。夾淺灰色透鏡狀變質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖。

(4)礦區(qū)主要容礦巖石為構(gòu)造巖類，但金礦化對構(gòu)造巖的原巖巖性具有選擇性，從礦區(qū)坑鉆工程控制及礦山剝采情況看，原巖為奧陶系向陽組碎屑巖的構(gòu)造巖(泥砂質(zhì)或砂質(zhì)碎裂巖、角礫巖和糜棱巖、斷層泥等)往往金礦化較好，局部富集形成工業(yè)金礦體。

1.4 鉆孔技術(shù)要求

(1)孔深根據(jù)地層傾角情況分別設(shè)計(jì)在100～800 m。

(2)傾角30°～ 75°，方位根據(jù)地層走向分別設(shè)計(jì)為70°、75°或 250°，鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 長安金礦部分鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of some boreholes in Chang’an Gold Mine

(3)巖心質(zhì)量要求：巖心采取率>80%，礦心采取率>85%。

(4)鉆孔彎曲度要求：終孔后傾角誤差<1°/100 m，方位不得超過50 m勘探線間距夾角的1/4。

(5)其它要求按照《地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)規(guī)程》(DZ/T 0227-2010)鉆探工程六項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)執(zhí)行。

(6)鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開孔不限口徑，為保證地質(zhì)取樣數(shù)量及質(zhì)量，孔深500 m以淺巖心直徑≮60 mm,孔深500 m以深巖心直徑≮45 mm。

2 鉆孔施工技術(shù)難點(diǎn)[1]

(1)傾角大：該礦區(qū)地層傾角較陡，鉆孔設(shè)計(jì)傾角均在30°～75°之間，普通鉆探設(shè)備無法完成大傾角鉆孔的施工，須采用機(jī)械液壓塔機(jī)一體或全液壓鉆機(jī)才能滿足該礦區(qū)的鉆孔施工任務(wù)。

(2)地層變化復(fù)雜：0～50 m大多為全風(fēng)化殘坡積物，系礦區(qū)主要氧化礦的含金層位，護(hù)壁、采心較困難，為確保巖心采取率地質(zhì)設(shè)計(jì)要求必須使用干鉆取心。地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地下水活動強(qiáng)烈、裂隙發(fā)育豐富，鉆孔施工中沖洗液漏失嚴(yán)重。

(3)志留系中上統(tǒng)康朗組(S2-3k)段地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地下水活動強(qiáng)烈、裂隙發(fā)育豐富，鉆孔施工中沖洗液漏失嚴(yán)重。

向陽組二段(O1x2)局部硅化，巖石硬度級別高且部分為“打滑”地層；

奧陶系向陽組構(gòu)造巖多為破碎、容易垮塌、易水敏縮徑、護(hù)壁較為困難。

(4)鉆孔結(jié)構(gòu)：鉆孔設(shè)計(jì)500 m以淺巖心直徑≮60 mm、500 m以深巖心直徑≮45 mm，加之鉆孔傾角設(shè)計(jì)較大，增加了鉆孔的施工難度及繩索取心鉆桿、鉆具的使用選配難度。

(5)鉆孔傾角、方位的設(shè)計(jì)要求增加了鉆孔施工中的防斜、保斜、糾斜難度。

3 鉆探主要設(shè)備

3.1 鉆機(jī)選型

(1)常規(guī)設(shè)備：根據(jù)礦區(qū)鉆孔各項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)要求及施工難度，本礦區(qū)施工鉆機(jī)采用XY-44T/XY-4T/XY-2T塔機(jī)一體型(見圖1)，可分別滿足孔深100～1000 m、傾角30°～75°的鉆孔施工。

(2)新型設(shè)備：甲方要求須在原施工基礎(chǔ)上采用20%的新設(shè)備、新工藝作為進(jìn)一步合作的條件，由于常規(guī)使用的全液壓鉆機(jī)不能拆卸、分解搬運(yùn)，無法適應(yīng)本礦區(qū)的鉆孔之間人工搬運(yùn)條件，經(jīng)過組織技術(shù)人員到國內(nèi)全液壓鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家多方考察，最終決定采用山東省地質(zhì)探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的XDJ-4型全液壓巖心鉆機(jī)(見圖2)作為新型設(shè)備投入礦區(qū)施工。

圖1 XY-44T塔機(jī)一體型鉆機(jī)Fig.1 XY-44T rig with integrated tower

圖2 XDJ-4型全液壓巖心鉆機(jī)Fig.2 XDJ-4full hydraulic core drill

3.2 泥漿泵

由于BW-250/52型泥漿泵具有拆卸搬運(yùn)、維修方便，適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)，礦區(qū)鉆孔施工統(tǒng)一使用BW-250/52型泥漿泵。

3.3 鉆孔測斜設(shè)備

在使用常規(guī)的KXP-2D型數(shù)字羅盤測斜儀的基礎(chǔ)上，應(yīng)甲方要求增加JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀[2]作為新設(shè)備的投入，該測斜儀具有多點(diǎn)測量，測量傾角、方位角精度高，全方位防磁性干擾功能，故障率低的特點(diǎn)，可完全滿足該金屬礦區(qū)鉆孔施工中傾角、方位的監(jiān)測要求。

4 鉆孔施工方法

4.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

根據(jù)地質(zhì)技術(shù)要求及地層情況，鉆孔施工分別采用?150/146、131/127、110/108、96、76 mm四級口徑和三級套管的技術(shù)措施(見圖3)，其中?110/108 mm口徑預(yù)留在復(fù)雜地層中作為備用口徑施工使用。

圖3 長安金礦區(qū)鉆孔結(jié)構(gòu)參考圖Fig.3 Reference diagram of borehole structure in Chang’an Gold Mine Area

4.2 鉆進(jìn)方法

(1)開孔地層為全風(fēng)化的殘坡積物，地層特征局部含Au氧化礦，風(fēng)化強(qiáng)烈遇水沖蝕即無心、取心困難。開孔采用?150 mm口徑、“無泵”反循環(huán)干鉆取心，開孔鉆具要保證按0.50/1.00/2.00/4.00 m級數(shù)變化按序施工，使用套管擴(kuò)孔鉆進(jìn)穿過覆蓋層后下入?146 mm套管護(hù)壁[3]。

(2)中部地層為志留系中上統(tǒng)康朗組(S2-3k)，巖性特征為蝕變碎裂、角礫、糜棱化嚴(yán)重、裂隙發(fā)育。該段地層施工中全部鉆孔漏失較嚴(yán)重、個(gè)別鉆孔出現(xiàn)“抽吸現(xiàn)象”、取心困難，經(jīng)過研究總結(jié)將?122 mm(PQ)繩索取心的鉆頭尺寸加大至?131.5 mm[4]進(jìn)行鉆進(jìn)施工，鉆穿后下入?127 mm套管護(hù)壁[5]。

(3)下部地層為奧陶系向陽組二段(O1x2)，特點(diǎn)是堅(jiān)硬、打滑；向陽組構(gòu)造巖為泥砂質(zhì)碎裂巖、角礫巖和糜棱巖、斷層泥，特點(diǎn)為破碎、易垮塌、水敏縮徑、漏失嚴(yán)重、護(hù)壁困難(參見圖4)。鉆進(jìn)方法采用?96/76 mm兩級繩索取心鉆進(jìn)取心，復(fù)雜及嚴(yán)重漏失孔段采用?110 mm擴(kuò)孔、下入?108 mm套管護(hù)壁方法進(jìn)行施工?？咨钊舻?00 m深則換76 mm口徑施工，如遇角礫巖和糜棱巖、斷層泥嚴(yán)重影響，繩索取心鉆進(jìn)工藝無法順利穿過時(shí)，則采用96 mm口徑擴(kuò)孔解困后使用?76 mm繩索取心鉆進(jìn)施工直至終孔(見表2)。

圖4 長安金礦區(qū)部分巖心Fig.4 Local cores of Chang’an Gold Mine

表2 礦區(qū)地層特征及鉆具配置Table 2 Stratum characteristics in the mine and drilling tool configuration

4.3 鉆進(jìn)參數(shù)

(1)開孔地層鉆進(jìn)施工中鉆壓過大容易造成孔斜，鉆進(jìn)中只要開泵巖心即被沖蝕干凈、產(chǎn)生“空管無心”現(xiàn)象，且要保證孔斜<1°/100 m，所以開孔地層采用?150 mm“低轉(zhuǎn)速(120～150 r/min)、輕壓力(3～5 kN)、干鉆(無泵)”鉆進(jìn)方法施工。

(2)中部灰質(zhì)白云巖、砂屑白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r段巖石硬度不高，但采用?122 mm(PQ)繩索取心的鉆頭、擴(kuò)孔器尺寸加大至?131和131.5 mm的鉆進(jìn)方法時(shí)，在大傾角斜孔施工中，鉆壓過大則容易產(chǎn)生孔斜超差，所以鉆進(jìn)參數(shù)采用本礦區(qū)施工總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)值：轉(zhuǎn)速370～500 r/min、壓力5～7 kN、泵量90～135 L/min。

(3)下部為長石石英粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫長石石英粗砂巖、硅化較強(qiáng)，巖石硬度高(7～8級)、容易打滑，采用?96和76 mm口徑金剛石繩索取心鉆進(jìn)施工需使用較大的鉆壓和較高的轉(zhuǎn)速、較鋒利的鉆頭才能產(chǎn)生鉆進(jìn)效益，由于地層巖石較硬加之鉆孔設(shè)計(jì)傾角近似垂直于巖層，因此在鉆進(jìn)中施加較大的鉆壓、轉(zhuǎn)速不致產(chǎn)生孔斜(鉆進(jìn)施工參數(shù)見表3)。

表3 長安礦區(qū)施工鉆進(jìn)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值Table 3 Empirical values of drilling parameters in the Chang’an Mining Area

4.4 沖洗液

4.4.1 沖洗液的應(yīng)用

(1)長安礦區(qū)上部地層第四系為全風(fēng)化正長巖、正長斑巖、輝綠巖、煌斑巖、白云巖、砂泥巖的風(fēng)化殘坡積物，系礦區(qū)主要含金層位，根據(jù)巖心容易被泥漿沖蝕的特性，地質(zhì)要求進(jìn)行干鉆(無泵)取心。第四系下志留系中上統(tǒng)康朗組、奧陶系下統(tǒng)向陽組地層為基巖、局部為泥砂質(zhì)或砂質(zhì)碎裂巖、角礫巖和糜棱巖、斷層泥等，沖洗液采用高分子聚合物無固相沖洗液進(jìn)行護(hù)壁鉆進(jìn)。沖洗液配方：1 m3水+0.5%聚丙烯酰胺+0.3%NaOH+0.4%植物膠+0.4%高效潤滑劑。性能參數(shù)：漏斗粘度20～25 s、pH值8～8.5、密度1.02～1.03 g/cm3、失水量12～15 mL/30 min。該沖洗液具有低粘、低密度、潤滑性好的特性，應(yīng)用在大傾角斜孔施工中使用繩索取心鉆進(jìn)能有效減小鉆桿與孔壁的摩擦系數(shù)而達(dá)到較好的鉆進(jìn)效益(例：ZK3-14鉆孔設(shè)計(jì)傾角68°、方位270°、孔深380 m。由于采用全成本承包施工方式，采用3 m長、S95A兩端鐓粗全新繩索取心鉆桿，但施工機(jī)組因考慮節(jié)約成本使用清水鉆進(jìn)，斷桿率為1～2次/臺班。其它鉆孔施工均采用上述沖洗液配方，斷桿率則為1～2次/孔)。

(2)在鉆遇泥砂質(zhì)或砂質(zhì)碎裂巖、角礫巖和糜棱巖、斷層泥等時(shí)，地層因水敏而產(chǎn)生縮徑、掉塊、坍塌容易導(dǎo)致卡鉆、埋鉆，所以鉆遇此地層應(yīng)及時(shí)更換低固相沖洗液進(jìn)行護(hù)壁，沖洗液配方：1 m3水+6%鈉土+0.5%Na2CO3+0.5%植物膠+0.6%低粘增效粉LBM+0.2%磺化瀝青+0.4%高效潤滑劑+0.2%腐植酸鉀。性能參數(shù)：漏斗粘度30～35 s、pH值8～8.5、密度1.04～1.06 g/cm3、失水量8～10 mL/30 min。該沖洗液性能特點(diǎn)為高粘度、低失水、潤滑性好、無結(jié)垢，使用證明該沖洗液有較強(qiáng)的防縮徑、坍塌能力，能有效預(yù)防鉆桿內(nèi)泥皮結(jié)垢，有效解決了繩索取心工藝在上述復(fù)雜地層施工中使用低固相沖洗液護(hù)壁、結(jié)垢難題。

4.4.2 沖洗液的維護(hù)

(1)沖洗液性能監(jiān)測由機(jī)長及泥漿技術(shù)員進(jìn)行，每班組做到孔口及時(shí)取樣進(jìn)行性能測定，并對沖洗液材料使用配比詳細(xì)記錄，機(jī)長及泥漿技術(shù)員綜合孔內(nèi)鉆進(jìn)和地層情況的變化及時(shí)調(diào)整性能。

(2)沖洗液配制攪拌過程中，攪拌時(shí)間≮30 min，嚴(yán)格規(guī)定各種處理劑使用順序及加量，沖洗液材料嚴(yán)格按照規(guī)定配比及先后加入的順序使用，使沖洗液在使用時(shí)具備良好的性能。

5 技術(shù)措施

5.1 孔斜控制

(1)測斜儀器：根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)傾角、方位精度要求高，勘探線間距40 m的要求，加之礦產(chǎn)類型為金屬礦，原來常用的KXP-2D型數(shù)字羅盤測斜儀不能滿足鉆孔方位測量控制，后采購了JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀對鉆孔進(jìn)行測斜，經(jīng)甲方現(xiàn)場采用多種測斜設(shè)備驗(yàn)證，JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀能最有效地滿足礦區(qū)施工中鉆孔軌跡控制的測斜要求。

(2)設(shè)備安裝階段控制：施工鉆機(jī)全部為塔機(jī)一體式，機(jī)場地基軟硬不均、設(shè)備質(zhì)量輕、大傾角施工中鉆機(jī)加壓時(shí)容易發(fā)生鉆機(jī)移位、地質(zhì)技術(shù)人員采用羅盤定位與方位校準(zhǔn)間誤差較大等因素都會導(dǎo)致開孔傾角、方位誤差較大。施工安裝時(shí)，鉆塔底座四周開挖約1.00 m×1.00 m×0.50 m基坑采用混凝土澆灌并找準(zhǔn)水平，鉆機(jī)安裝好后采用JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀在鉆機(jī)立軸導(dǎo)管內(nèi)將開孔方位、傾角校正，并將鉆塔底盤槽鋼四周用混凝土澆灌固定穩(wěn)固[6]，可有效保證鉆機(jī)在施工中方位、傾角不發(fā)生位移，減少了設(shè)備安裝階段傾角、方位的誤差率。

(3)鉆進(jìn)階段的孔斜控制：開孔采用輕壓、慢轉(zhuǎn)參數(shù)將孔開正，開孔鉆具堅(jiān)持按0.50/1.00/2.00/4.00 m級數(shù)遞增使用，開孔至3.00 m后即測斜，檢查安裝和開孔方位、傾角。下入孔口管前進(jìn)行測斜，確定方位、傾角符合要求才能安裝孔口管。下部施工中加密至15.00～20.00 m進(jìn)行測斜[7]，在容易產(chǎn)生孔斜層位測斜加密至3.00～6.00 m，發(fā)現(xiàn)孔斜誤差超出控制范圍要及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)或利用糾斜鉆具進(jìn)行糾正[8]。

5.2 復(fù)雜地層鉆進(jìn)技術(shù)

(1)鉆孔漏失，該礦區(qū)95%的鉆孔施工中都存在不同程度的沖洗液漏失，鉆孔漏失后立即采取我們多年繩索取心施工總結(jié)的堵漏方法進(jìn)行堵漏，見文獻(xiàn)[9]，效果非常顯著，能有效解決鉆孔漏失難題。

(2)泥砂質(zhì)或砂質(zhì)碎裂巖、角礫巖和糜棱巖、斷層泥等地層在鉆進(jìn)過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重縮徑、卡埋鉆現(xiàn)象[10]。大傾角鉆孔施工中[11]，使用低固相沖洗液能暫時(shí)解決縮徑、卡埋鉆情況，如該類型地層繩索取心鉆進(jìn)孔段較長時(shí)，則會發(fā)生卡、抱鉆現(xiàn)象，致使提鉆困難，嚴(yán)重情況下在提鉆過程中被“卡死”造成惡性事故(如ZK709鉆孔施工至420.00 m孔深孔內(nèi)產(chǎn)生阻力無法鉆進(jìn)，間歇性提鉆時(shí)間16 h。ZK303號鉆孔在355.60 m鉆遇此類型地層，鉆進(jìn)至470.68 m孔內(nèi)產(chǎn)生阻力無法鉆進(jìn)，提鉆至孔深461.50 m無法提完鉆，強(qiáng)力提拔后110.00 m鉆桿提斷在孔內(nèi)，致使鉆孔無法施工而申請地質(zhì)部門提前20.00 m終孔。ZK1107號鉆孔鉆進(jìn)至368.60 m無法鉆進(jìn)只有起拔上部套管擴(kuò)孔后才能繼續(xù)下部鉆進(jìn)施工)。經(jīng)過總結(jié)后，在該礦區(qū)鉆孔施工中預(yù)留一級口徑不下套管作為備用，鉆遇該類型地層時(shí)使用低固相沖洗液在孔內(nèi)阻力較嚴(yán)重時(shí)，立即采用備用口徑進(jìn)行“擴(kuò)孔解困”后繼續(xù)下部施工。

(3)長石石英粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫長石石英粗砂巖、硅化較強(qiáng)，巖石硬度高(7～8級)、容易打滑，使用胎體硬度HRC20的普通金剛石鉆頭初回次進(jìn)尺速度較理想(小時(shí)效率可達(dá)到2.0～2.2 m)，但以后回次隨純鉆時(shí)間延長則進(jìn)尺變慢直至“打滑不進(jìn)尺”，如胎體硬度在HRC15以下的金剛石鉆頭則使用壽命不到10 m，造成頻繁提下大鉆及鉆頭成本巨增。經(jīng)過金剛石鉆頭現(xiàn)場針對性試驗(yàn)，最終確定武漢“地大金石”金剛石鉆頭。該鉆頭具有使用壽命高、出刃快的特點(diǎn)(小時(shí)效率可達(dá)到2.5～3.0 m)，可在硅化較強(qiáng)的巖石中鉆進(jìn)打滑時(shí)投長石砂巖顆?！案赡コ鋈小笨焖倩謴?fù)鉆進(jìn)效率，而投長石砂巖顆粒“干磨出刃”的方法對鉆頭使用壽命影響較小。每只鉆頭不使用“干磨出刃”方法平均壽命在100 m以上，使用“干磨出刃”方法平均壽命在80 m以上。

6 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

6.1 控斜及糾斜

(1)鉆機(jī)安裝傾角和方位的控制。最初鉆機(jī)安裝完由地質(zhì)技術(shù)人員現(xiàn)場采用普通羅盤及“三點(diǎn)一線”方法對安裝傾角和方位進(jìn)行測量驗(yàn)收，此方法與實(shí)際施工中采用JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀測量產(chǎn)生的誤差嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過多次實(shí)踐，總結(jié)出鉆機(jī)安裝傾角和方位的驗(yàn)收采用JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀統(tǒng)一進(jìn)行，避免了因安裝驗(yàn)收方法不統(tǒng)一導(dǎo)致施工中產(chǎn)生傾角和方位的誤差。

(2)開孔階段傾角和方位的控制。開孔地層為第四系風(fēng)化殘坡積物，鉆孔開孔施工中容易產(chǎn)生較大的傾角和方位誤差。實(shí)際施工中采用如下方法：鉆進(jìn)孔深達(dá)到3.0 m立即采用JTL-40FW型無纜陀螺測斜儀測量誤差；開孔鉆具堅(jiān)持按0.50/1.00/2.00/4.00 m級數(shù)順序使用；如鉆孔傾角和方位誤差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)堅(jiān)持使用?130 mm鉆頭鉆進(jìn)取心/?146 mm套管“滿眼擴(kuò)孔”護(hù)壁配合，直至鉆進(jìn)至基巖固定?146 mm套管后繼續(xù)鉆進(jìn)。

(3)鉆進(jìn)過程中傾角和方位的控制。該礦區(qū)斜孔施工中，采用繩索取心鉆進(jìn)鉆孔方位誤差基本在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。而傾角則會出現(xiàn)“上漂”和“下傾”兩種情況，鉆進(jìn)過程中將孔斜測量加密至15.00～20.00 m，如鉆孔傾角“上漂”[12]則立即采用正常鉆壓的1/3、轉(zhuǎn)速控制在300 r/min參數(shù)“減速法”鉆進(jìn)，可逐漸糾回鉆孔傾角到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；如鉆孔傾角“下傾”則采用“小徑導(dǎo)向增壓糾斜法”[13-15]可將鉆孔傾角糾回至設(shè)計(jì)范圍內(nèi)(ZK7-11鉆孔695.50 m糾斜巖心見圖5)。

圖5 ZK7-11鉆孔695.50 m小徑導(dǎo)向增壓糾斜法巖心Fig.5 Core obtained by small diameter pilot drilling and deviation correction by increase of WOB at 695.50m of ZK7-11Hole

(4)根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)方位、傾角、巖層傾角及以往施工鉆孔傾角變化規(guī)律，鉆機(jī)安裝時(shí)預(yù)留(1°～5°)的“可控鉆孔傾角”進(jìn)行安裝[16]，使鉆孔施工軌跡控制在鉆孔傾角變化規(guī)律內(nèi)。

(5)鉆進(jìn)長石石英粉砂巖、細(xì)砂巖、含礫長石石英粗砂巖孔段時(shí)，巖石硅化較強(qiáng)、容易打滑，鉆機(jī)施工人員常采用“干磨出刃”方法使金剛石出刃，但此種方法使用頻繁容易導(dǎo)致鉆孔傾角發(fā)生較大偏差(ZK3-9鉆孔自306.89 m鉆遇長石石英粉砂巖后每小班都使用“干磨出刃”方法鉆進(jìn)，至終孔476.50 m傾角由2.5°增至11.5°，導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。該孔重新施工時(shí)，采取安裝中預(yù)留5°的“可控鉆孔傾角”、施工中嚴(yán)格控制使用“干磨出刃”頻率的方法，施工至497.60 m終孔時(shí)傾角為2.5°)，在鉆孔施工中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制“干磨出刃”方法的使用頻率，并在使用中及時(shí)測量鉆孔傾角偏差。

6.2 鉆桿

大傾角斜孔繩索取心施工中，繩索取心鉆桿類型應(yīng)當(dāng)選擇“直連式”或“內(nèi)平式”以達(dá)到送內(nèi)管時(shí)的暢通性，避免內(nèi)管卡在鉆桿臺階致使內(nèi)管“不到位”現(xiàn)象發(fā)生。

6.3 XDJ-4型全液壓巖心鉆機(jī)的實(shí)用性

XDJ-4型全液壓巖心鉆機(jī)作為一款新開發(fā)的巖心鉆探設(shè)備，經(jīng)過該礦區(qū)的使用，證明它具有“全分解、適用范圍廣、可鉆效率高”等特點(diǎn)。

(1)該鉆機(jī)最大拆解質(zhì)量為500 kg，全部拆解后可以適應(yīng)在山區(qū)進(jìn)行人工搬運(yùn)，重新組裝后不影響使用效果。

(2)該鉆機(jī)在繩索取心鉆進(jìn)、無泵干鉆、復(fù)雜地層等都能適應(yīng)施工，在該礦區(qū)每個(gè)鉆孔開孔層位第四系全風(fēng)化正長巖、正長斑巖、輝綠巖、煌斑巖、白云巖、砂泥巖的風(fēng)化殘坡積物使用“無泵干鉆”方法取心施工、在SZK-1水文鉆孔?96 mm至350.00 m終孔、全孔無超過0.10 m完整巖心的復(fù)雜地層施工中完全滿足要求。

(3)該鉆機(jī)在大傾角繩索取心施工中具有較高的鉆進(jìn)效率(ZK7-4鉆孔設(shè)計(jì)傾角45°、方位70°，終孔241.60 m，6 d完成，單孔臺月效率達(dá)到1208.00 m，日進(jìn)尺最高效率達(dá)到94.50 m)，在該礦區(qū)施工平均臺月效率為505.40 m。

7 結(jié)語

在長安金礦大傾角斜孔首次使用繩索取心鉆進(jìn)工藝，在各方面取得了一些寶貴的經(jīng)驗(yàn)，但仍然存在不足之處需要改進(jìn)。

(1)大傾角斜孔施工，傾角、方位要求高，地層較復(fù)雜，所以鉆孔施工前要充分做好施工方案，針對鉆孔設(shè)計(jì)合理選擇施工設(shè)備、鉆桿、鉆具，合理選用施工技術(shù)，提前做好技術(shù)儲備。

(2)大傾角斜孔繩索取心施工中孔壁對鉆桿磨損較嚴(yán)重，復(fù)雜地層中須使用高粘度、高潤滑的沖洗液減少鉆桿的磨損，但繩索取心施工使用高粘度的沖洗液背壓較大、巖粉排除困難、使用“預(yù)留口徑擴(kuò)孔”施工方法對鉆進(jìn)時(shí)間、施工強(qiáng)度、成本花費(fèi)較大。在以后施工中可考慮采用增大鉆頭、擴(kuò)孔器外徑的方法，可較大減少鉆進(jìn)時(shí)間、施工強(qiáng)度、成本的投入。

(3)由于大傾角斜孔繩索取心鉆孔施工經(jīng)驗(yàn)較少，鉆孔發(fā)生偏斜誤差時(shí)，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)、參數(shù)較少，雖然采用以上自行總結(jié)的糾斜方法可解決施工問題，但耗工、耗時(shí)且精確度不高，在以后大傾角斜孔繩索取心鉆孔糾斜施工中可考慮采用精確度高的小口徑螺桿鉆具。