淺談（武山）深部找礦第一孔zk120—1的巖芯鉆探施工

李長春

【摘要】武山周邊銅多金屬礦普查南港礦區(qū)ZK120-1孔是深部找礦十二五規(guī)劃國家國土資源部啟動長江中下游深部找礦九—瑞段九江—瑞昌）深部找礦第一孔，于二OO九年十一月底正式啟動，該ZK120-1孔（直孔）設(shè)計孔深1200m（實際終孔深度1452.42m），施工歷時69天，也是我們贛西北地質(zhì)大隊鉆探史上以往最深孔，其設(shè)計目的是探索控制五通組與黃龍組可能存在的潛伏銅礦化體。

【關(guān)鍵詞】武山；深孔巖心鉆探；施工

礦區(qū)位于瑞昌市區(qū)與碼頭鎮(zhèn)之間，礦區(qū)交通方便，南行8公里至瑞昌市，北行14公里至長江邊碼頭鎮(zhèn)，距九江市西33公里處，隸屬于瑞昌市白揚鄉(xiāng)管轄。礦區(qū)地理坐標位于東徑115°37′38″～115°39′56″，北緯29°44′04″～29°45′12″的區(qū)域內(nèi)，筆架山—武山山脈呈北東東向展布，構(gòu)成礦區(qū)北部之屏障，山南為低山五陵地帶。主要山峰武山寺絕對標高375.63米，最低標高24.24米，相對高度351.39米，屬低山丘陵地形。

一、確保深孔巖心鉆探（zk120-1孔）施工的幾個關(guān)鍵技術(shù)要素分析

1.要深入了解武山周邊及礦區(qū)地質(zhì)地層施工情況。武山南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，溶洞密集，自上而下由強而弱。黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深達負430.84米標高，南礦帶長興、茅口灰?guī)r溶洞分別最深達負240、280米標高左右，嘉陵江、大冶灰?guī)r溶洞最深達負160米標高。從坑道了解，溶洞的發(fā)育形態(tài)有垂直似井狀、有水平狀。大部分分溶洞填充，填充物一般是棕紅色粘土，亞粘土、褐鐵礦、燧石碎塊、石英砂巖礫卵石、巖漿巖碎屑等。

2.探礦設(shè)備及管材數(shù)量級配和工具的選擇。根據(jù)地質(zhì)設(shè)計zk120-1孔終孔孔深1200m，視施工實際情況可能還得加深，選擇的探礦設(shè)備必須絕對滿足鉆孔施工的全過程，其中包括鉆機型號及配備動力、泥漿泵的型號、鉆塔高度及型號，備用發(fā)電機組；各種級配鉆具、套管、鉆桿、水管，工具配備有常用各種擰卸工具和專業(yè)打撈工具以及處理事故用的特殊用途工具等；鉆孔斜度及方位測斜儀以及鉆孔糾斜用的螺桿鉆定向儀等。

3.鉆探施工工藝的選擇。由于這次啟動的是九-瑞深部找礦，普通的鉆進工藝和普通的金剛石鉆進方法被更先進的鉆進工藝所取代已成必然，zk120-1孔選取金剛石繩索取芯鉆進工藝，就能簡化取芯工作行程，降低勞動強度，大大提高工作效率，縮短施工工期，節(jié)約鉆探生產(chǎn)成本。

4.鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計與選擇。針對武山礦區(qū)鉆孔以往施工對地質(zhì)地層揭示情況，再根據(jù)地質(zhì)工程師對該鉆孔的終孔孔深及對地層的預設(shè)計，施工方要根據(jù)地質(zhì)設(shè)計做好對該鉆孔結(jié)構(gòu)的鉆探施工設(shè)計規(guī)劃，規(guī)劃好開孔孔徑選擇，鉆孔換徑位置，技術(shù)套管級配，這對順利完成該鉆孔的鉆進施工至關(guān)重要，針對zk120-1孔地質(zhì)設(shè)計終孔預孔深，終孔口徑，考慮鉆孔地層設(shè)計情況、地質(zhì)地層復雜程度對鉆探施工中的影響，考慮鉆孔后期施工中遇到問題有一定回旋余地，選擇上一級開孔口徑，穿過第四系覆蓋層，在遇到完整基巖1m后下好第一級套管；中間一層套管要考慮到中途可能擴孔等因素，第三層套管的底部位置一定要下到穿過地質(zhì)設(shè)計的武山南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，溶洞密集，自上而下由強而弱。黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深達負430.84米標高，南礦帶長興、茅口灰?guī)r溶洞分別最深達負240、280米標高左右，第三層技術(shù)套管一定要下到超過可能出現(xiàn)溶洞的地層。

5.鉆孔巖礦芯采取率。衡量鉆探工作質(zhì)量標準是鉆探六大質(zhì)量指標，我們在執(zhí)行鉆探六大質(zhì)量指標同時，克服種種復雜地層，改進工藝，目的是經(jīng)過鉆進工藝獲取孔內(nèi)原始巖樣，通過化驗分析為地質(zhì)找礦成果提供依據(jù)，所以巖心鉆探工作最終目的是巖礦心采取率。

二、深孔巖芯鉆探施工技術(shù)關(guān)鍵要素在zk120-1孔施工分析與應(yīng)用

1.深孔（zk120-1）探礦施工鉆進工藝的選擇。由于繩索取芯鉆進工藝具備諸多的優(yōu)越性，該工藝應(yīng)用能縮短起下鉆鋪助時間，降低勞動強度，提高鉆進效率，縮短工期，降低成本。本次啟動深部找礦，根據(jù)地質(zhì)設(shè)計地層及鉆孔深度情況，所以除了精選人員，繩索取芯工藝被列為首選，工藝技術(shù)參數(shù)見表1。

繩索取芯機技術(shù)設(shè)備參數(shù)配置表1

2.根據(jù)地質(zhì)開孔通知書地層設(shè)計確定鉆孔開孔口徑與換徑鉆進。地質(zhì)開孔通知書地層設(shè)計自上到下依次為：第四系覆蓋層；灰、灰黑色含炭含燧石結(jié)核灰?guī)r，其間穿插數(shù)層巖脈；黑色含炭細晶灰?guī)r、含瀝青質(zhì)灰?guī)r；黑色微晶灰?guī)r、白云巖，底部見黃鐵礦化角礫巖；淺白色石英砂巖；含鐵質(zhì)砂巖。

根據(jù)地質(zhì)地層設(shè)計，該孔選擇￠130mm直徑金剛石鉆頭開孔，穿過8.3m第四系覆蓋層，施工至17.46m在堅硬完整的含炭含燧石結(jié)核灰?guī)r中下入￠127mm第一層技術(shù)套管（圖1）17.60m；然后換徑改￠95mm繩索取芯鉆具鉆進，由于含炭含燧石結(jié)核灰?guī)r巖石硬度、研磨性高，在鉆頭的選擇上為了在鉆進中鉆頭金剛石克取巖石最大效果，金剛石鉆頭胎體硬度選擇要弱于巖石，鉆進中便于金剛石出韌。施工中￠95mm口徑繩索鉆具一直鉆進施工至378.9m，武山礦區(qū)以往施工情況，南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，且溶洞密集，自上而下由強而弱。黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深達-430.84m標高，南礦帶長興、茅口灰?guī)r溶洞最深達分別達負240、280m標高左右。根據(jù)zk120-1孔所處位置地面標高和孔內(nèi)深度標高，￠95mm繩索鉆具鉆頭底已經(jīng)超過黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深負-430.84m的標高，鉆孔底部灰?guī)r完整，所以在孔深379m位置起鉆，下入了第二層技術(shù)套管￠91mm（￠95mm繩索鉆桿），接下來改徑用￠75mm繩索取芯鉆具施工至終孔孔深（實際孔深1452.42m）。圖1

3.施工中遇到的復雜施工地層分析（這里主要是溶洞地層）及其處理。武山礦區(qū)以往鉆孔施工情況，南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，本次施工ZK120-1孔，在孔深217m處遇溶洞0.60m，遇到溶洞時機上鉆桿快速下放，孔口突然不返水，泵壓突然減少，泥漿池水位快速降低，通過快速補充濃泥漿，慢慢孔口開始少量返漿，遇到以上情況我們通過鉆進起上巖樣填充物為粘土、砂、碎石等，判斷出是不大的封閉式有填充物伴有巖層裂隙，此處通過孔外泵送水泥漿（水灰比0.5）到底充填，待孔內(nèi)穩(wěn)定24小時再行施工，處理效果很好。在孔深251.40m～251.70m又遇上一小溶洞（也可能是小裂隙）情況和上一個溶洞類似，孔底沖洗液漏失嚴重，填充物為粘土、砂、碎石等，未經(jīng)膠結(jié)，故較為松散，穩(wěn)定性極差，極易塌坍，此時先采用優(yōu)質(zhì)濃泥漿適當提高粘度來護孔，現(xiàn)場我們買了幾十斤新鮮黃豆，投下研磨之后，小溶洞裂隙填充后，孔內(nèi)開始返水，泵壓又開始正常，后面的施工沒有碰到類似的溶洞，我們的后續(xù)工作為穩(wěn)妥起見，φ91套管（實為￠95mm繩索鉆桿）自孔口下到了379m，把上部的溶洞、裂隙完全封住，為下部的深層次鉆探施工打下堅實的基礎(chǔ)。

三、zk120-1深孔鉆探質(zhì)量要求與探索技術(shù)保證措施及管理體系分析

1.地質(zhì)設(shè)計對zk120-1孔質(zhì)量要求。⑴礦芯采取率頂?shù)装甯?米，采取率為≥85%，巖芯采取率>80%，進入礦層回次進尺控制在1m以內(nèi)，巖礦芯洗凈后按順序裝箱，>5cm用紅油漆編號，巖芯箱寫明序號、孔號、孔深及礦區(qū)名稱。⑵下套管前50m下套管后100m需測斜，每鉆進100m≯2°。⑶每鉆進100m需要進行孔深校正，孔深誤差在1/1000以內(nèi)。⑷水文觀測，正常鉆進每小班觀測1-2次，提鉆后下鉆前各測一次，間隔10分鐘觀測一次，遇掉塊涌水、崩塌、溶洞等要記錄清楚，詳細位置。⑸班報表記錄應(yīng)準確、整潔、無誤。終孔后裝訂移交地質(zhì)歸檔。⑹終孔以見終孔通知書方可停鉆，按地質(zhì)設(shè)計要求封孔及立孔口標志，終孔后巖心及時入庫并有管理。

2.深孔鉆探施工技術(shù)質(zhì)量保證措施。鉆進施工中嚴格按照地質(zhì)設(shè)計要求的鉆孔六大質(zhì)量指標規(guī)范要求執(zhí)行，嚴格規(guī)范施工。⑴鉆進施工中保證巖礦心采取率的技術(shù)措施，按地質(zhì)設(shè)計要求，礦芯采取率頂?shù)装甯?米，采取率為≥85%，巖芯采取率>80%，要求進入礦層回次進尺控制在1m以內(nèi)。⑵鉆孔彎曲的預防措施。為保證ZK120-1孔鉆探施工鉆孔彎曲度符合地質(zhì)設(shè)計要求，需要做好以下幾點：把好設(shè)備安裝和開孔驗收關(guān)、把好開鉆鉆進和換徑關(guān)、保持鉆具結(jié)構(gòu)的合理性、選擇先進的鉆進工藝以及合理的鉆進參數(shù)、把好鉆孔測斜關(guān)。

參考文獻

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作者簡介

李長春，工程師，探礦工程院技術(shù)部主任，長期深入巖心鉆探施工現(xiàn)場，處理研究施工實際問題。撰寫時間：2015年10月.