河北赤城下窩鋪鉛鋅多金屬礦鉆探施工技術(shù)

楊志軍，許京明，熊 偉，孫利軍，田占成，張 海，祁 飛

（河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)，河北張家口075000）

河北赤城下窩鋪鉛鋅多金屬礦鉆探施工技術(shù)

楊志軍*，許京明，熊 偉，孫利軍，田占成，張 海，祁 飛

（河北省地礦局第三地質(zhì)大隊(duì)，河北張家口075000）

對礦區(qū)鉆探技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了各項(xiàng)保證、處理、管理、技術(shù)、措施及完成情況的總結(jié)。

鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)；各項(xiàng)措施；完成情況總結(jié)

1 礦區(qū)概況

1.1 自然地理及經(jīng)濟(jì)概況

該區(qū)屬中—低山區(qū)，海拔最高1350m，最低900m，最大高差350m，一般在100m以內(nèi)，地形切割強(qiáng)烈，溝谷陡立。屬大陸性季風(fēng)氣候，雨季多集中在7～8月份，冰凍期為11月至下年2月。

本區(qū)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，主要種植物——玉米、谷黍、土豆及豆類品，另有少量家畜飼養(yǎng)，農(nóng)閑時(shí)節(jié)，壯勞力出外打工為業(yè)，經(jīng)濟(jì)較為落后，勞動(dòng)力較充足。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層簡單，僅有第四系出露。大面積分布于整個(gè)礦區(qū)的河床、山坡、沖泡、平緩山脊等地帶，出露面積占全礦區(qū)總面積的90%以上。河床、沖溝以沖洪積物為主，山坡以殘坡積物為主，平緩山脊以風(fēng)積黃土、風(fēng)成砂以及腐殖土為主。

1.2.2 構(gòu)造

由于區(qū)內(nèi)第四系覆蓋嚴(yán)重，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡單，僅在礦區(qū)南部出露的基巖和北部槽探工程揭露地段顯示出斷裂構(gòu)造以北西向?yàn)橹?，該?gòu)造斷裂帶正是本礦區(qū)控制的鉛鋅銀多金屬礦化帶（F1），斷裂性質(zhì)為張性正斷層，結(jié)構(gòu)面局部明顯，大部分地段模糊不清，以構(gòu)造破碎帶的形式出現(xiàn)，地表觀察及鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)構(gòu)造破碎帶為規(guī)模大小不等的數(shù)十條構(gòu)造蝕變帶組成，破碎帶最寬20多米，最窄幾公分，一般1～10m之間。分布較為集中，主要集中在礦區(qū)含礦蝕變帶及礦化帶附近。形成了一條規(guī)模較大的構(gòu)造控礦蝕變帶，構(gòu)造破碎帶充填物為構(gòu)造角礫巖、糜棱巖以及碎裂巖等，帶內(nèi)常見有褐鐵礦化、錳礦化、白鉛礦化、輕微孔雀石化、藍(lán)銅礦化和硅化、碳酸鹽化、高嶺土化、綠簾石化等蝕變。斷層產(chǎn)狀40°～60°∠68°～77°。另外，在基巖中節(jié)理、裂隙較為發(fā)育，方向各有不同。

1.2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖以燕山期偏堿性的中酸性侵入巖為主，主要巖性為石英二長斑巖。淺紫色、淺肉紅色斑狀、似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)—球粒結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶由石英、正長石和斜長石組成，少見黑云母斑晶，斑晶的直徑為1.37～0.31mm。鉀長石斑晶呈半自形板狀—他形粒狀。石英斑晶含量5%～10%，正長石、斜長石斑晶含量5%～20%?；|(zhì)由晶粒細(xì)小的石英、正長石及斜長石組成，多呈半自行粒狀結(jié)構(gòu)、中細(xì)粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)出。巖石中常有黃鐵礦化現(xiàn)象。

礦體產(chǎn)于石英二長斑巖的構(gòu)造蝕變帶中，呈脈狀或透鏡狀產(chǎn)出。目前構(gòu)造蝕變帶中達(dá)到邊界品位的礦體共53個(gè)，其中達(dá)到可采厚度的礦體23個(gè)。全部由鉆孔工程控制，地表槽探工程和淺部硐探工程均未揭露出工業(yè)礦體。

1.2.4 水文地質(zhì)特征

本區(qū)位于壩上高原水文地質(zhì)大區(qū)高原丘陵裂隙孔隙水區(qū)，為盆地周圍之山地，海拔1000～2000m，比高50～100m，山形陡峻，溝谷縱橫，侵蝕切割較為劇烈，地下水徑流排泄條件良好。大氣降水是本區(qū)內(nèi)地下水的主要補(bǔ)給來源，裂隙和孔隙潛水微弱，富水性極不均勻。

本區(qū)內(nèi)所有礦化帶均位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，水文地質(zhì)條件在工作中作順便調(diào)查。

工作區(qū)遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)，工業(yè)污染輕微，區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，生態(tài)平衡，僅在部分地區(qū)，土地沙化，同時(shí)在未來開采時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生“三廢”，應(yīng)因地制宜，經(jīng)濟(jì)合理地進(jìn)行環(huán)境治理。

礦化帶頂?shù)装鍑鷰r為石英二長斑巖，直接頂?shù)装鍨樘妓猁}化、高嶺土化蝕變巖，其物理性能不盡相同，但其穩(wěn)定性較好，僅在蝕變強(qiáng)烈的松軟地段工程施工時(shí)需要支護(hù)，工程地質(zhì)條件在今后的工作中將做出進(jìn)一步的調(diào)查。

2 鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 鉆井方法和鉆具組合

（1）在第四系覆蓋層，根據(jù)其厚度及破碎情況開孔時(shí)用?110mm或?91mm合金鉆頭開孔，見到基巖后下入?108mm或?89mm套管護(hù)壁，用?76mm孕鑲金剛石鉆頭鉆進(jìn)至終孔。

（2）開孔鉆進(jìn)至基巖下入套管前，用?110mm或?91mm合金鉆頭鉆進(jìn)，鉆桿為?72mm繩索取芯鉆桿。

鉆具組合：?72mm繩索取芯鉆桿+?108mm（?89mm）巖芯管+?110mm（?91mm）合金鉆頭。

鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)：

鉆壓：6～10kN；

轉(zhuǎn)速：50～400r/min；

泵量：60～150L/min。

下入套管后，采用?75mm繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝。

鉆具組合：?72mm繩索取芯鉆桿+?75mm繩索取芯內(nèi)外管鉆具+?76mm孕鑲金剛石鉆頭。

鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)：

鉆壓：6～11kN；

轉(zhuǎn)速：400～850 r/min；

泵量：40～45 L/min。

（3）分層鉆進(jìn)技術(shù)要求和措施：在覆蓋層及風(fēng)化層采用普通泥漿鉆進(jìn)下入孔內(nèi)1～2層套管，用合金鉆頭鉆進(jìn)。

在基巖完整地層中采用低固相或無固相沖洗液鉆進(jìn)，采用?75mm繩索取芯鉆進(jìn)終孔，在孔深大于750m以上時(shí)，在孔內(nèi)下入?72mm鉆桿做套管，換用?56mm小口徑金剛石繩索取芯鉆進(jìn)方法鉆進(jìn)至終孔。

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)和設(shè)備能力確定穿礦口徑和終孔直徑?76mm，在孔深大于700m以上時(shí)采用?75mm口徑終孔。

（2）根據(jù)地質(zhì)條件、鉆孔設(shè)計(jì)深度、鉆進(jìn)方法護(hù)壁措施及設(shè)備能力等因素確定一般開孔直徑為?110mm或?91mm，下入?108mm、?89mm套管2層。

在覆蓋簿或巖石出露風(fēng)化較淺時(shí)，用?91mm口徑開孔，換徑次數(shù)2～3次，其深度視地層情況而定，一般十幾米到幾十米不等。

（3）套管的規(guī)格、數(shù)量下入深度和程序的確定，根據(jù)地層情況分層鉆進(jìn)分別下入。

2.3 沖洗液類型與制定護(hù)壁堵漏措施選擇

（1）在第四系覆蓋層及基巖風(fēng)化破碎層采用普通鈉土。低固相泥漿作沖洗液，性能：比重1.08～1.10g/m3，粘度18～20s，含砂量小于4%，穿過覆蓋層及基巖風(fēng)化破碎層后采用無固相PHP沖洗液。PHP攜帶巖粉，凈化沖洗性能良好。

（2）用攪拌機(jī)將鈉土加清水充分?jǐn)嚢杈鶆颉Ｃ肯浼?5kg鈉土。根據(jù)地層情況適時(shí)增減泥漿粘度，用控制增減用鈉土量來實(shí)現(xiàn)。

完整基巖層鉆進(jìn)時(shí)采用PHP無同相沖洗液，每六方米加PHP300～500g。

在鉆孔300m以上回轉(zhuǎn)阻力較大時(shí)，可適量加入皂化油減阻。

（3）護(hù)壁堵漏措施。一般情況下，上部采用單層或雙層套管護(hù)壁，?75mm繩索取芯金剛石鉆進(jìn)時(shí)采用鋸末堵漏，特殊情況下，漏失嚴(yán)重、坍塌、掉塊地層采用水泥護(hù)壁堵漏。

（4）沖洗液循環(huán)和固控系統(tǒng)的布置：開挖泥漿坑、沉淀坑、循環(huán)槽長度不少于15m，并挖2個(gè)以上沉淀坑，進(jìn)行沉淀巖粉并及時(shí)清理，凈化沖洗液。

2.4 鉆探設(shè)備選擇

鉆機(jī)：XY-44，1臺(tái)(鉆深?75mm，800m)；

泥漿泵：BW-250 1臺(tái)（泵壓5GPa，泵量250L/min）；

動(dòng)力機(jī)：100kW發(fā)電機(jī)（兼照明）1臺(tái)（功率100kW）；

鉆塔：AG-13-20（塔高13m，承載20t）；

泥漿攪拌機(jī)：0.7m3。

3 供水設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)厮礂l件，確定供水方法，采取機(jī)場附近挖蓄水池20m3，用塑料布防滲水，使用車輛拉水，注入池內(nèi)備用。

離水源地近時(shí)，建泵房，由高壓泵將水送到機(jī)場蓄水池內(nèi)備用。

4 供電設(shè)計(jì)

采用電力驅(qū)動(dòng)，使用100kW發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)上配置的電動(dòng)機(jī)，并兼機(jī)場照明。采用銅芯四芯25mm2，50～100m長度的電纜，一般設(shè)立在機(jī)場下風(fēng)處，以方便使用和管理為原則。

5 鉆孔質(zhì)量要求及保證措施

5.1 工程質(zhì)量指標(biāo)

除地質(zhì)特殊要求外，按《地質(zhì)巖芯鉆探規(guī)程》要求的6項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)為準(zhǔn)。

5.2 質(zhì)量保證措施

（1）采用?75mm繩索取芯鉆具取芯，各機(jī)臺(tái)至少配備2套取芯鉆具以提高純鉆時(shí)間，減少輛助時(shí)間，配備胎體硬度不同的孕鑲金剛石鉆頭幾種，選擇性能良好卡簧并用巖芯實(shí)驗(yàn)松緊度，合適為宜，投入內(nèi)管要到位，防止打單管和巖芯脫落。

（2）測斜儀選擇JXY-2羅盤測斜儀，在易斜地層鉆進(jìn)采用小規(guī)程參數(shù)鉆進(jìn)，掌握一定規(guī)律后可采用初級(jí)定向進(jìn)行施工，偏斜較大時(shí)，可采用孔內(nèi)下入偏心楔子。

（3）全孔水泥漿封閉，水灰比0.5，水泥標(biāo)號(hào)32.5，采用孔口灌注法或用鉆桿送入，用水文繩下入孔內(nèi)檢驗(yàn)封孔位置。

（4）使用性能完好的鉆具，取芯外管、內(nèi)管剛、直，鉆頭內(nèi)徑不能超差過大，保證巖芯順利進(jìn)入內(nèi)孔，卡簧、卡簧座配合適當(dāng)，卡簧卡取牢固有效。

鉆進(jìn)時(shí)，不打懶鉆，努力提高巖礦芯采取率。原始班報(bào)、記錄完整、整潔、齊全。

按地質(zhì)質(zhì)量要求和規(guī)程做好每一項(xiàng)工作，接受地質(zhì)人員的檢查和驗(yàn)證。

6 孔內(nèi)事故預(yù)防及處理措施

預(yù)防燒鉆事故的發(fā)生，是十分重要的，勤檢查水泵供水情況是否有效，鉆桿、鉆具是否開裂漏水，絲扣部位是否損壞，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換。

一旦發(fā)生燒鉆事故，要冷靜處理，根據(jù)具體情況進(jìn)行處理，一般采取拉、反、推等方法。

7 安全技術(shù)措施

防寒、防火、防洪和防滑坡等災(zāi)害對人員和財(cái)物的損害，施工全過程給予充分關(guān)注施工區(qū)的自然環(huán)境。

人員防寒配置棉衣、棉鞋，設(shè)備防寒發(fā)動(dòng)機(jī)加注防凍液。防火，配置滅火器、取暖設(shè)施遠(yuǎn)離易燃物品，并對余火進(jìn)行熄滅。

在雨季施工，特別注意防洪和防滑坡，盡量不在底凹地施工、開挖排水溝渠、清理山坡活石等。

鉆探安全技術(shù)要求是，預(yù)防3大事故的發(fā)生：人身事故、孔內(nèi)事故、機(jī)械事故，嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程、規(guī)定執(zhí)行，落實(shí)在各項(xiàng)工作中，各級(jí)各崗位認(rèn)真履行職責(zé)，配合安全部門和安全員的檢查與監(jiān)督。

8 施工組織與管理措施

在鉆孔深度超過700m以深后，用?75mm繩索取芯?72mm鉆桿下入孔內(nèi)做套管，換用?56mm小口徑繩索取芯鉆進(jìn)方法進(jìn)行施工，直至達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，孔深一般可達(dá)到1000～1200m。

用?72mm繩索鉆桿做套管，要保證在完工后能起撥上來。在下入時(shí)，要仔細(xì)檢查鉆桿接手是否完好，并在鉆桿外壁涂抹黃油，孔內(nèi)注入PHP沖洗液，把孔口圍嚴(yán)，灑上PHP粉末。

深孔鉆進(jìn)對設(shè)備管材、操作都提高了要求，更加對沖洗液性能循環(huán)系統(tǒng)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理解決，營造一個(gè)良好的工作條件，確保施工順利進(jìn)行。

鉆探工作主要用于對礦體、礦化體的深部和礦體延伸控制與探索，以及對物探異常的驗(yàn)證。根據(jù)本區(qū)巖石硬度采用小口徑金剛石回轉(zhuǎn)鉆井，本次為斜孔（60）鉆進(jìn)，開孔直徑為?110mm，終孔直徑不小于?56mm。鉆孔安裝前和施工結(jié)束，均由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簽發(fā)《安裝通知書》、《施工通知書》、《終止通知書》。在施工過程中和結(jié)束后按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行孔深檢查和鉆孔彎曲度測量等工作，并在施工結(jié)束后填寫《封孔登記表》和《完工驗(yàn)收表》。鉆探質(zhì)量要求嚴(yán)格按照《巖芯鉆探規(guī)程》鉆探工程質(zhì)量6項(xiàng)指標(biāo)執(zhí)行。

9 鉆孔施工完成情況

2臺(tái)鉆機(jī)在最佳施工期內(nèi)完成8個(gè)鉆孔，不管是深孔、中深孔臺(tái)月效率平均達(dá)到584.55m，時(shí)效達(dá)到1.65m，鉆孔質(zhì)量好，效率較高，其中有60°傾角大斜度鉆孔，都能順利完成。證明技術(shù)施工得當(dāng)，工藝操作都達(dá)到了一定水平。

表1 鉆探施工完成情況一覽表

10 結(jié)語

中深孔施工難度大，大斜度深孔就更不易，鉆具磨損快，要求設(shè)備安裝穩(wěn)定，鉆具質(zhì)量高。要經(jīng)常性對設(shè)備和鉆具進(jìn)行檢查，把防止孔內(nèi)事故的發(fā)生放在首位，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理。

由于地層不穩(wěn)定等因素，如破碎地層、松軟地層及軟硬互層一定要控制好鉆速、鉆壓，預(yù)防鉆孔彎曲度超差。

觀察判斷內(nèi)管是否投放到位，使用潤滑性能好的沖洗液，減小阻力，提高鉆速，提高鉆進(jìn)效率。

P634.5

B

1004-5716(2015)12-0152-03

2015-01-04

楊志軍（1973-），男（漢族），河北宣化人，注冊安全工程師，現(xiàn)從事鉆探工程安全生產(chǎn)管理工作。