鉆天山礦區(qū)Φ219 mm大口徑金剛石單動(dòng)雙管鉆探施工技術(shù)

蔣 兵, 汪子奇, 周智勇, 汪發(fā)文

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 贛西北大隊(duì),江西 九江 332000; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地質(zhì)調(diào)查研究院,湖北 武漢 430074; 3.湖北省城市地質(zhì)工程院,湖北 武漢 430074)

鉆天山礦區(qū)Φ219 mm大口徑金剛石單動(dòng)雙管鉆探施工技術(shù)

蔣 兵1, 汪子奇2, 周智勇1, 汪發(fā)文3

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 贛西北大隊(duì),江西 九江 332000; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地質(zhì)調(diào)查研究院,湖北 武漢 430074; 3.湖北省城市地質(zhì)工程院,湖北 武漢 430074)

在大口徑金剛石單動(dòng)雙管鉆探施工過(guò)程中,為了獲取玄武巖更多的原狀及圓形樣品,采取在原孔位加大口徑至Φ219 mm同心復(fù)鉆。選用底噴式鉆頭,設(shè)計(jì)專用的隔水與返水變徑接頭,提高巖芯采取率;采用長(zhǎng)鉆具防斜保直鉆進(jìn);采用特制的上下同心橡皮膠圈,導(dǎo)正小口徑測(cè)斜儀防斜糾斜;采用與原孔巖芯同深度一起比對(duì)循證;保證新孔中心比原孔中心偏離不大。結(jié)果表明:重要巖礦段采芯率可達(dá)到95%,玄武巖層原狀及圓形樣品滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。其中兩項(xiàng)新工藝可供類似工程參考借鑒。

巖芯鉆探;大口徑;巖芯采取率;垂直度;測(cè)斜

2012年江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局開展了江西瑞昌市武山礦區(qū)及外圍銅多金屬礦遠(yuǎn)景調(diào)查,贛西北大隊(duì)在鉆天山礦區(qū)ZK106-1孔鉆至孔深110 m處,鉆遇志留系泥質(zhì)粉砂巖地層,鉆取到厚度約1.5 cm的玄武巖巖芯(圖1中黑餅),巖芯送國(guó)內(nèi)及美國(guó)權(quán)威部門化驗(yàn)檢定后,發(fā)現(xiàn)含有高品位天然金剛石礦物成分,引起了國(guó)內(nèi)眾多地質(zhì)專家的高度關(guān)注。

圖1 ZK106-1孔巖芯照片F(xiàn)ig.1 Photo of ZK106-1 hole core

為了進(jìn)一步研究查證玄武巖的來(lái)源及賦存特征,2013年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地調(diào)中心決定立項(xiàng)論證。新增鉆探工作量,獲取玄武巖更多的原狀及圓形樣品,以作進(jìn)一步的研究。于是在原ZK106-1孔周邊施工了4個(gè)取芯鉆孔,其中3個(gè)孔也許因?yàn)殂@孔距離原孔太遠(yuǎn)而沒有鉆取到玄武巖巖樣,其中1個(gè)孔因巖礦芯采取率不夠而均沒有達(dá)到地質(zhì)要求,最后不得不暫停勘查。

2013年贛西北大隊(duì)向江西省地質(zhì)勘查基金管理中心提出續(xù)作立項(xiàng)申請(qǐng),繼續(xù)開展玄武巖金剛石來(lái)源的專項(xiàng)研究。經(jīng)江西省地質(zhì)勘查基金管理中心專家委員會(huì)專家審批決定:在ZK106-1孔原孔位同中心施工大口徑采樣孔(孔號(hào)ZK106-2),鉆孔設(shè)計(jì)孔深150 m,開孔直徑Φ350 mm,終孔直徑Φ230 mm。

在國(guó)內(nèi),目前采用Φ219 mm大口徑金剛石鉆具施工的鉆孔均是地質(zhì)設(shè)計(jì)上有特殊要求的鉆孔,極其少見,文獻(xiàn)報(bào)道不多。即便有少量報(bào)道,但多是大口徑金剛石單管鉆具鉆進(jìn)技術(shù)。單動(dòng)雙管鉆進(jìn)技術(shù)方面的報(bào)道更是少之又少,所以沒有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。

該孔自2014年10月27日開孔,通過(guò)不斷試驗(yàn)改進(jìn),創(chuàng)造性地解決了巖芯采取率低、垂直度不高及測(cè)斜不準(zhǔn)確的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)精心施工,2015年3月21日順利終孔,巖芯取樣完全滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。

1 地層情況與地質(zhì)要求

1.1 地層情況

礦區(qū)地層主要為第四系、志留系。志留系為一套淺海相碎屑巖建造,分布于礦段F14線以北,地層產(chǎn)狀:走向呈北東30°～60°,傾向南西,傾角45°。礦區(qū)主要地層見表1。

表1 礦區(qū)地層表[1]

1.2 地質(zhì)設(shè)計(jì)要求

通過(guò)查看原ZK106-1孔巖芯,發(fā)現(xiàn)在孔深65.00 m以上地層因受到地質(zhì)應(yīng)力作用,裂隙發(fā)育,巖芯破碎,巖芯采取率60%。因此地質(zhì)設(shè)計(jì)要求:孔深<65.00 m時(shí),巖芯采取率要達(dá)到80%;孔深>65.00 m時(shí),其他段巖芯采取率要達(dá)到100%;保持原巖結(jié)構(gòu);鉆孔沿原孔ZK106-1軸線延伸;鉆孔開孔口徑Φ350 mm,終孔口徑Φ230 mm。

2 鉆探技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 ZK106-1孔測(cè)斜情況

為確保ZK106-2孔成功施工,先對(duì)原ZK106-1孔進(jìn)行透孔鉆探,并采用數(shù)字式多點(diǎn)測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)斜,測(cè)斜間距控制在5～10 m,然后將測(cè)斜數(shù)據(jù)輸入到地質(zhì)技術(shù)人員預(yù)先設(shè)計(jì)好的軟件及MAPGIS軟件平臺(tái),并輸出鉆孔軌跡勘探剖面投影和水平投影。

鉆天山礦區(qū)ZK106-1孔測(cè)斜數(shù)據(jù)成果見表2。

2.2 施工技術(shù)方案

圖2中大圓為Φ300 mm口徑,小圓為Φ170 mm口徑,左下角小圓為ZK106-1孔Φ91 mm口徑。從圖2可以得出,ZK106-1孔見礦點(diǎn)水平投影偏差∑X=-0.165 m、∑Y=-0.10 m。設(shè)Φ91 mm的半徑為r,兩孔中心最大偏心距△s,則有同心最大包絡(luò)線圓的半徑為R=r+△s。所以假如在原位同心套孔鉆進(jìn),并順著原孔延伸取芯,則巖芯管外徑宜滿足:

R≥0.091/2+(0.1652+0.12)1/2=0.238 mm,即R≥0.238 mm。

考慮到地質(zhì)巖芯管的標(biāo)準(zhǔn)尺寸因素,經(jīng)與地質(zhì)專家協(xié)商,采取在原孔位上使用Φ230 mm(取芯管外徑為Φ219 mm)的大口徑金剛石單動(dòng)雙管鉆具鉆進(jìn)的方法,并采取防斜保直措施,嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù),以確保鉆孔軸線垂直;并順著原孔延伸,且取出部分原孔巖芯的要求。該方案最后提交給江西省地質(zhì)勘查基金管理中心專家評(píng)審組審查,獲得通過(guò)。

表2 ZK106-1鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)成果

圖2 ZK106-1孔軌跡水平面投影Fig.2 Longitudinal projection of ZK106-1 trajectory

3 鉆探設(shè)備選擇

由于大口徑金剛石鉆探對(duì)單位來(lái)說(shuō)是頭一次,國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)也不多見。為確保鉆孔施工成功,經(jīng)討論決定選用下列設(shè)備與材料:XY-4型鉆機(jī)、GXB-1型鉆塔、BW-150型泥漿泵、數(shù)字式多點(diǎn)測(cè)斜儀、Φ219/Φ156單動(dòng)雙管鉆具(帶取粉管長(zhǎng)4.17 m、6.94 m)、Φ65 mm外絲鉆桿300 m。

4 鉆孔施工

4.1 設(shè)備安裝

(1) 基礎(chǔ)硬化:鉆塔底座四角基礎(chǔ)及前后底梁下用C20素混凝土澆筑、找平,基礎(chǔ)平面尺寸為0.7 m×0.7 m,深0.8 m,梁下條基寬0.4 m,深0.5 m,澆筑時(shí)采用水平振動(dòng)板找平。

(2) 鉆機(jī)安裝:鉆機(jī)安裝完畢,應(yīng)先后對(duì)鉆塔底座、鉆機(jī)基座由下向上逐一進(jìn)行水平校準(zhǔn),符合要求后,再對(duì)鉆機(jī)立軸、機(jī)桿進(jìn)行垂直度校正,垂直度采用線錘十字交叉校正,符合要求后固定鉆機(jī)立軸。

4.2 開孔鉆進(jìn)與孔口管下入

4.2.1 粗徑鉆具校正

主要校正粗徑鉆具的同心度、垂直度。首先在加工車間地面將鉆具每30 m組合連接擺開,檢查其同心度,看是否在一條直線上。不合格的鉆桿堅(jiān)決不用,嚴(yán)禁進(jìn)入施工機(jī)臺(tái)。其次在鉆機(jī)施工時(shí)將鉆具吊起懸于空中,采用線錘校正四個(gè)正交面,確保符合要求[1]。

4.2.2 開孔鉆進(jìn)

采用Φ350 mm帶外導(dǎo)向硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn),鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)選用高轉(zhuǎn)速、微壓力、大泵量。

4.2.3 孔口管下入

孔口管對(duì)鉆孔后續(xù)施工起導(dǎo)向作用,因此下好孔口管至關(guān)重要。打到換徑孔深,先將孔內(nèi)沖洗液抽干,下入Φ219 mm長(zhǎng)鉆具(圖3),用線錘校正長(zhǎng)鉆具及機(jī)桿的垂直度,符合要求后提出長(zhǎng)鉆具,下入孔口管。在長(zhǎng)鉆具外上下纏繞兩層兩圈麻繩,下入到孔口管內(nèi),合上機(jī)桿,提動(dòng)孔口管并用線錘校正孔口管垂直度,用C20素混凝土澆筑孔口管與孔壁環(huán)狀間隙,并搗實(shí)固定孔口管[2]。

圖3 Φ219 mm鉆具及校正孔口管Fig.3 Φ219 millimeter drilling tool and calibration orifice tube

4.3 大口徑金剛石鉆進(jìn)

4.3.1 金剛石鉆頭

志留系泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖屬于軟巖,地層節(jié)理裂隙發(fā)育,軟硬不均,但研磨性較強(qiáng)。因此在鉆頭選擇上,采用了胎體硬度HRC36,金剛石濃度100%,鉆頭底面為平底型,矩形水槽加底噴式水口熱壓金剛石鉆頭(圖4),鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù):外徑/內(nèi)徑(Φ230 mm/Φ165 mm),高度247 mm;水口數(shù)21個(gè)。鉆頭由湖北金地探礦機(jī)械有限公司量身定做[3]。

該種鉆頭在鉆進(jìn)泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖時(shí),進(jìn)尺較快,時(shí)效達(dá)到0.5～1.0 m/h。胎體唇面金剛石出刃良好,但外徑磨損較快,影響到鉆頭的使用壽命。

4.3.2 鉆具結(jié)構(gòu)

Φ219 mm大口徑金剛石鉆具結(jié)構(gòu)自上而下:取粉管,長(zhǎng)1.50 m,與鉆具變徑接頭處用反絲連接;變徑接頭具有單動(dòng)機(jī)構(gòu)、過(guò)水通道,通過(guò)1.70 m長(zhǎng)Φ89外絲鉆桿與Φ65外絲鉆桿連接;外管上與變徑接頭連接,下與鉆頭連接;內(nèi)管上與變徑接頭單動(dòng)機(jī)構(gòu)連接,下接卡簧座。連接后的鉆具長(zhǎng)度為4.17 m、6.97 m兩種。

圖4 Φ219 mm金剛石鉆頭Fig.4 Diamond bit of Φ219 millimeter

4.3.3 鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

根據(jù)我們?cè)诙鄠€(gè)易斜礦區(qū)的成功施工經(jīng)驗(yàn),大口徑金剛石鉆進(jìn)時(shí),采取的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)為高轉(zhuǎn)速,微壓力,大泵量,即轉(zhuǎn)速采用三檔,壓力為平時(shí)正常鉆進(jìn)鉆壓1/5～1/6,泵量為150 L/min?？ɑ勺撞康姐@頭胎體的間隙控制在8 mm以內(nèi)。長(zhǎng)短鉆具的選擇根據(jù)地層軟硬、裂隙發(fā)育、破碎等情況而調(diào)換使用。大泵量有利于提高沖洗液的上返速度,使鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的巖粉及時(shí)排到孔外,保持孔底干凈,減少重復(fù)破碎,提高金剛石鉆頭使用壽命。

4.3.4 巖礦芯采取

由于地質(zhì)設(shè)計(jì)要求巖礦芯采取率高,而施工這種大口徑金剛石鉆孔還是第一次,沒有先例。為了確保下部孔段的巖礦采取率達(dá)到地質(zhì)要求,筆者對(duì)65.0 m以上孔段巖芯采取率進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)研究,對(duì)鉆具加以改進(jìn)和完善,成功地解決了巖礦芯采取率低的問(wèn)題。巖芯采取率由50%～60%提高到95%以上,尤其是礦層段及其頂?shù)装宀扇÷蔬_(dá)100%,原巖結(jié)構(gòu)清晰可見,沒有擾動(dòng)現(xiàn)象。圖5為巖礦層孔段巖芯照片。

4.3.5 鉆孔測(cè)斜

為及時(shí)、準(zhǔn)確掌握鉆孔的垂直度,以及提高鉆孔測(cè)斜精度,對(duì)鉆孔施工采取了動(dòng)態(tài)監(jiān)控。測(cè)斜儀器使用數(shù)字式多點(diǎn)測(cè)斜儀,該種測(cè)斜儀對(duì)同一點(diǎn)可進(jìn)行多次量測(cè)。測(cè)量精度:頂角±0.01°,方位角±2°。測(cè)量時(shí),對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行三次量測(cè),測(cè)量數(shù)據(jù)采集為三次數(shù)值的平均值。當(dāng)三次測(cè)量的平均值小于三個(gè)數(shù)據(jù)極差值的20%時(shí),取其平均值,當(dāng)不滿足上述要求時(shí),重新進(jìn)行測(cè)量。同時(shí),在取得測(cè)斜數(shù)據(jù)后,還要與原孔測(cè)斜數(shù)據(jù)、取出的巖芯情況進(jìn)行綜合分析對(duì)比,找出產(chǎn)生測(cè)斜數(shù)據(jù)誤差的原因。測(cè)斜間距控制在1.5～5.0 m之間,在淺部或地層完整性較差的孔段,做到每個(gè)回次測(cè)斜一次;在深部或地層較完整的孔段,測(cè)斜間距控制在不超過(guò)3.0 m。ZK106-2孔鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)見表3。

圖5 ZK106-2孔巖礦層孔段取出的巖芯Fig.5 Core of ZK106-2 hole ore-bearing rock

4.3.6 沖洗液

鉆孔口徑大,巖粉顆粒較粗,要求沖洗液具有較高的粘度,較強(qiáng)的巖粉攜帶能力。鑒于此,沖洗液全孔采用高分子聚合物無(wú)固相沖洗液,材料為:聚丙烯酰胺(PHP),分子量1 600萬(wàn);高粘度羧甲基纖維素(Na—CMC);CORESMART(納米技術(shù)生產(chǎn)的高分子聚合物)[4]。每立方?jīng)_洗液配比為:PHP∶Na-CMC∶CORESMART=1.5%∶1.0%∶2.0%;沖洗液性能:粘度25～30 s,比重1.03～1.04,失水量<20 ml/30 min,pH值8～9[5]。

5 鉆孔施工難點(diǎn)及解決方法

5.1 施工中存在的主要問(wèn)題

志留系泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖,裂隙發(fā)育,軟硬不均,屬于軟巖系列,65.0 m以上,局部泥化嚴(yán)重,有些孔段呈粉砂狀,影響巖芯采取。同時(shí)地層傾角較陡,據(jù)以往鉆孔施工經(jīng)驗(yàn),鉆孔有“頂層進(jìn)”的現(xiàn)象。再者,地層因泥化而具有一定的吸水膨脹、失水收縮的特性,影響鉆孔垂直度。

5.1.1 巖礦芯高采取率及保持原巖原狀圓形結(jié)構(gòu)

從多年鉆探施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)工藝成熟性的角度來(lái)看,金剛石單動(dòng)雙管鉆進(jìn)技術(shù)工藝是確保巖芯采取和保證原巖結(jié)構(gòu)的最有效的鉆探技術(shù)工藝,但在大口徑金剛石單動(dòng)雙管施工方面實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)少,為此,筆者在國(guó)內(nèi)地質(zhì)、冶金等系統(tǒng)鉆具生產(chǎn)廠家開展調(diào)研,最終僅一家即湖北金地探礦機(jī)械有限公司能夠生產(chǎn)Φ219 mm口徑的金剛石單動(dòng)雙管鉆具。

表3 ZK106-2孔測(cè)斜數(shù)據(jù)成果

5.1.2 鉆孔防斜保直

新老鉆孔中心位移不能相差太遠(yuǎn),必須順著原孔延伸并取出部分原孔巖芯。

5.1.3 大口徑鉆孔測(cè)斜

目前市場(chǎng)上使用都是小口徑鉆孔測(cè)斜儀器,對(duì)小口徑鉆孔來(lái)說(shuō)測(cè)斜結(jié)果可靠。但大口徑鉆孔測(cè)斜如果解決不好,則測(cè)斜的誤差會(huì)較大,測(cè)斜數(shù)據(jù)失真,不能真實(shí)反映鉆孔軌跡空間延伸狀態(tài)。特別是如何利用小口徑鉆孔測(cè)斜儀器來(lái)對(duì)大口徑鉆孔進(jìn)行孔斜測(cè)量,并保證測(cè)斜數(shù)據(jù)真實(shí)性、準(zhǔn)確性和精確度,對(duì)鉆孔如何采取施工技術(shù)措施具有重要指導(dǎo)意義。

5.2 解決辦法

5.2.1 巖礦芯高采取率及保持原巖結(jié)構(gòu)技術(shù)

為確保深65.0 m以下孔段的巖礦芯采取率,經(jīng)與地質(zhì)技術(shù)人員協(xié)商,決定在65.0 m以上孔段開展取芯采取率試驗(yàn)研究,逐步提高巖芯采取率和原巖結(jié)構(gòu)完整率。鉆孔施工過(guò)程中主要采取了以下三方面的措施。

(1) 全孔段(除開孔段)采用Φ219 mm口徑金剛石單動(dòng)雙管鉆具鉆進(jìn),以及長(zhǎng)短導(dǎo)向鉆具配合使用。

(2) 保證高標(biāo)號(hào)水泥漿封孔質(zhì)量。施工開始,有些回次的巖芯采取率50%～60%,與取出的原巖芯對(duì)比發(fā)現(xiàn),當(dāng)取出的巖芯中沒有原孔的封孔水泥心樣(空孔),則巖芯采取率均較低。主要原因是原封孔水泥標(biāo)號(hào)較低,以及未進(jìn)行清孔和洗孔致使封孔質(zhì)量差,水泥漿未能固結(jié),強(qiáng)度低,鉆進(jìn)過(guò)程中破碎和起鉆時(shí)脫落所致。由于巖芯直徑大,裂隙發(fā)育,塊狀巖芯之間擠夾力較小,在起鉆過(guò)程中因輕微振動(dòng)或巖芯自身重力作用下而中途掉落。所以決定對(duì)原孔重新進(jìn)行掃孔、洗孔和清孔,用普通硅酸鹽水泥42.5級(jí)水泥進(jìn)行封孔,鉆孔施工效果理想,巖芯采取率提高到95%[6]。

(3) 改進(jìn)完善防止沖刷巖芯的專用變徑接頭。地層較松散、破碎孔段,回次巖芯采取率偏低甚至采不到巖芯。主要原因是沖洗液從內(nèi)管中間流通,對(duì)巖芯造成直接沖刷,經(jīng)檢查鉆頭變徑專用接頭(俗稱腦袋)與上部鉆桿直通,沒有隔水和返水裝置。因此,筆者對(duì)鉆具進(jìn)行了完善,加裝了隔水和返水裝置,完善結(jié)構(gòu)裝置后,巖芯采取率提高到95%以上,原巖結(jié)構(gòu)基本得到了保證,能夠滿足地質(zhì)要求,試驗(yàn)基本成功。

5.2.2 鉆孔防斜與保直技術(shù)

通過(guò)對(duì)原ZK106-1孔測(cè)斜數(shù)據(jù)的計(jì)算處理,101.87 m在水平面的投影偏差∑X=-0.165,∑Y=-0.100。經(jīng)計(jì)算決定采取鉛直孔施工,鉆孔頂角最大偏斜控制在0.3°以內(nèi),方位角控制在180°～210°之間。為此,鉆孔施工采取了防斜與保直相結(jié)合的鉆探技術(shù)措施。

(1) 防斜措施。一是固基,打牢基礎(chǔ)是鉆孔順利施工的根本保證;二是鉆塔、鉆機(jī)安裝要周正、穩(wěn)固,確保鉆機(jī)水平、立軸鉛直;三是一定要下直下正孔口套管,保證孔口管垂直、牢固,起到導(dǎo)向作用[7];四是嚴(yán)格操作規(guī)程,采用高轉(zhuǎn)速、微壓力、大泵量的鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù);五是加強(qiáng)鉆孔施工的動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)控。做到勤測(cè)斜,及時(shí)計(jì)算和上圖。一方面測(cè)斜數(shù)據(jù)要進(jìn)行上下孔段對(duì)比,另一方面還要與采取的巖芯對(duì)照(巖芯柱上有原ZK106-1孔封孔水泥芯樣);六是嚴(yán)禁小打大擴(kuò),即使用小徑(鉆頭直徑磨損較多)鉆進(jìn),大徑(新鉆頭)擴(kuò)孔。

鉆頭必須排隊(duì)使用,防止因新鉆頭擴(kuò)孔造成鉆孔偏斜。

(2) 保直措施。保直技術(shù)措施主要是采取長(zhǎng)短鉆具相結(jié)合的使用方式。長(zhǎng)鉆具的特點(diǎn)是導(dǎo)正性好,有利于保持鉆孔垂直延伸,但孔阻較大、負(fù)荷重;短鉆具的特點(diǎn)是孔阻小、負(fù)荷輕,但導(dǎo)正性差,巖芯采取率高。視具體情況現(xiàn)場(chǎng)靈活掌握。

(3) 糾斜措施。鉆孔施工過(guò)程中在孔深5.0～6.3 m、62.1～63.7 m兩個(gè)孔段出現(xiàn)鉆孔偏斜超差,采用向孔內(nèi)灌注混凝土,封孔候凝72 h后重新用長(zhǎng)鉆具鉆進(jìn),均取得糾斜成功。

5.2.3 大口徑鉆孔測(cè)斜技術(shù)

多點(diǎn)式數(shù)字測(cè)斜儀外徑Φ42 mm,而鉆孔直徑Φ230 mm。為解決大口徑測(cè)斜,專門加工了幾個(gè)導(dǎo)正圓模。即用20 mm厚的橡膠板在車床上加工成Φ220 mm的圓餅形模子,模子中間加工Φ43 mm的穿心圓眼。兩個(gè)圓餅必須疊在一起加工,以保證同心度一致(圖6)。

測(cè)斜數(shù)據(jù)采集。測(cè)斜數(shù)據(jù)表明,鉆孔頂角越小,方位角讀數(shù)越混亂,而且相差越大,同一個(gè)點(diǎn)每次測(cè)斜的方位角數(shù)據(jù)均不相同。沒有方位角,鉆孔的空間位置也就無(wú)法計(jì)算,其空間軌跡也就無(wú)法確定。因此為確保所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、正確性,每個(gè)測(cè)點(diǎn)均進(jìn)行3次測(cè)量。同時(shí)還要將測(cè)斜數(shù)據(jù)同所取出的巖芯狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比,同上部孔段測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,對(duì)存在異議的點(diǎn)要進(jìn)行重新量測(cè)[8]。

經(jīng)地質(zhì)技術(shù)人員計(jì)算確認(rèn),在101.87 m處兩個(gè)鉆孔中心點(diǎn)之間距離僅80 mm,取樣滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求,樣品送國(guó)內(nèi)外權(quán)威部門化驗(yàn)分析。

6 結(jié)論

(1) 加大直徑原位原孔同心鉆進(jìn)必須透取原封孔水泥心樣,便于后期Φ219 mm大口徑取芯進(jìn)行比照。

圖6 測(cè)斜儀前部示意圖Fig.6 Sketch map at the front of the inclinometer

(2) 大口徑單動(dòng)雙管鉆具鉆進(jìn)應(yīng)選用長(zhǎng)鉆具保直防斜鉆進(jìn)。宜配套底噴鉆頭,同時(shí)鉆頭變徑專用接頭(俗稱腦袋)應(yīng)安裝隔水和返水裝置,避免沖洗液直接沖刷巖礦芯,從而大大地提高巖芯采取率。其平均取芯率可以達(dá)到95%。

(3) 小口徑測(cè)斜儀應(yīng)用于大口徑(Φ219 mm)井孔測(cè)試,采用上下穿心橡膠圈導(dǎo)向,方法簡(jiǎn)單易行,直接了當(dāng),安全可靠,能夠保證測(cè)斜儀的測(cè)斜精度。

綜上所述,二次復(fù)鉆巖礦芯采取率高(>95%),尤其是玄武巖目的層圓形及原狀樣滿足地質(zhì)設(shè)計(jì)要求,改進(jìn)效果顯著。

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(責(zé)任編輯：陳文寶)

Φ219 Millimeter Large Diameter Diamond Drilling Technology By Means ofDrilling Tool of Single Rotary and Double Tube in Zuantianshan Mine

JIANG BINg1, WANG Ziqi2, ZHOU Zhiyong1, WANG Fawen3

(1.NorthwestJiangxiGeologicalBrigadeBureauofGeologyandMineralResourcesExplorationinJiangxiProvince，JiujiangJiangxi332000; 2.GeologicalSurveyInstitute,ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei430074; 3.HubeiInstituteofUrbanGeologicalEngineering,Wuhan,Hubei430074)

This paper describes Φ219 millimeter large diameter diamond drilling technology by means of drilling tool of water insulation and single rotary and double tube in Zuantianshan mine. In order to get more original state and circular samples of basalt，take concentric drill in the original hole enlarging the diameter to Φ219 millimeter. The authors choose bottom spray type drill bit，design a special adaptor with functions of water-proof and water-return，improve the core recovery,keep the vertical drilling through the use of long drill tool.Using special concentric rubber aprons up and down，control and correction measures of deviation with the centralizer inclinometer , compared with the original hole and the depth of the core, the new hole center deviation compared with the original hole center is small.The results show that boring-core recovery of drilling hole is as high as 95% in important rock seam. The quality of samples of basalt with original state and circular conforms to the geological design requirements.Two new technologies can provide a reference for the similar project

core drilling; large diameter; core recovery; perpendicularity; measuring inclination

2015-11-17;改回日期:2015-12-11

江西省地質(zhì)勘查基金資助項(xiàng)目(編號(hào):dkjj20130127)。

蔣兵(1964-),男,高級(jí)工程師,探礦工程專業(yè),從事探礦工程與巖土工程工作。E-mail:wdkjtj@sina.com

P634

A

1671-1211(2016)02-0231-07

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.02.021

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160303.1057.030.html 數(shù)字出版日期:2016-03-03 10:57