空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)技術(shù)在紫金山金銅礦區(qū)的應(yīng)用

李 汞，王德龍，王占丑，羅 強(qiáng)

(1.福建巖土工程勘察研究院，福建 福州 351100；2.無(wú)錫金帆鉆鑿設(shè)備股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214112)

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空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)技術(shù)在紫金山金銅礦區(qū)的應(yīng)用

李 汞1，王德龍2，王占丑2，羅 強(qiáng)2

(1.福建巖土工程勘察研究院，福建 福州 351100；2.無(wú)錫金帆鉆鑿設(shè)備股份有限公司，江蘇 無(wú)錫 214112)

紫金山金銅礦礦產(chǎn)勘查中使用空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)工藝，解決破碎地層、缺水地區(qū)鉆探取樣難、施工成本高的問(wèn)題。介紹了機(jī)具的配套、鉆進(jìn)工藝流程及施工注意事項(xiàng)，特別是針對(duì)紫金山金銅礦區(qū)破碎、漏失地層，為提高鉆進(jìn)效率，采用正反循環(huán)2種潛孔錘鉆進(jìn)，獲得了高的采樣率，提高了施工效率，大幅度降低了施工成本。

空氣潛孔錘鉆進(jìn)；反循環(huán)連續(xù)取樣；雙壁鉆桿；紫金山金銅礦區(qū)

1 工程概況

紫金山金銅礦床是20世紀(jì)80年代在我國(guó)東部陸相火山巖區(qū)勘查的一個(gè)大型金銅礦床，位于福建省上杭縣城北15 km處，礦田范圍40 km2。目前紫金山金銅礦探明黃金儲(chǔ)量約310 t，探明銅儲(chǔ)量約400萬(wàn)t。

鉆探施工區(qū)域?yàn)樽辖鹕浇疸~礦露采場(chǎng)東部銅礦區(qū)域，容礦圍巖以碎裂花崗巖為主，次為隱爆角礫巖。礦區(qū)內(nèi)無(wú)地表水系，可用灑水車提供鉆探少量用水。

1.1 鉆探工程量

設(shè)計(jì)鉆孔數(shù)105個(gè)，總工程量11447 m。所有鉆孔均為地表鉆，最小孔深94 m，最大孔深154 m。

1.2 工程技術(shù)和質(zhì)量要求

生產(chǎn)勘探要求終孔孔徑≮75 mm，鉆孔位置采用GPS放樣和收測(cè)。

(1)巖樣采取率:要求巖樣的采取率≥80%。

(2)鉆孔彎曲度測(cè)量:鉆孔均為直孔，要求每鉆進(jìn)50 m和終孔后必須測(cè)定鉆孔天頂角，且頂角≯2°/100 m。

(3)孔深校正:終孔后均應(yīng)校正孔深，允許誤差≯1/1000。

1.3 鉆進(jìn)方法的選擇

由于礦區(qū)內(nèi)無(wú)地表水系，且大部孔段地層破碎，沖洗液易漏失，普通金剛石取心鉆進(jìn)進(jìn)尺慢、成本高，因此選用空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)方法。

經(jīng)與礦區(qū)地勘科最終確認(rèn)，鉆孔孔徑為115 mm，每2 m一個(gè)樣袋，巖粉的采取率≥80%。單孔孔深根據(jù)標(biāo)高及具體位置確定。

2 空氣反循環(huán)取樣鉆進(jìn)技術(shù)

空氣反循環(huán)取樣鉆進(jìn)技術(shù)是利用壓縮空氣為沖洗介質(zhì)，將壓縮空氣從雙壁鉆桿環(huán)狀間隙送到孔底，然后攜帶巖樣從雙壁鉆桿中心通道返回地面，巖樣由地面收集器收集利用。因這種工藝將鉆進(jìn)和連續(xù)取樣結(jié)合起來(lái)，鉆進(jìn)效率高，樣品采取率高，非常適合不需要取心分析的鉆探工程。

為提高鉆進(jìn)效率，空氣反循環(huán)鉆進(jìn)大都使用潛孔錘鉆進(jìn)。根據(jù)潛孔錘結(jié)構(gòu)形式，有普通正循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘及反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘2類，相同直徑的正循環(huán)潛孔錘其沖擊功要大于反循環(huán)潛孔錘，在堅(jiān)硬地層，大都使用正循環(huán)潛孔錘，以提高鉆進(jìn)效率，但正循環(huán)潛孔錘不適合破碎及漏失地層的取樣鉆進(jìn)。

使用正循環(huán)潛孔錘的空氣反循環(huán)取樣鉆進(jìn)，其鉆孔底部是局部正循環(huán)，通過(guò)正反轉(zhuǎn)換接頭實(shí)現(xiàn)正反循環(huán)的轉(zhuǎn)換，由于孔底封堵的限制，鉆孔直徑不宜太大。

紫金山金銅礦區(qū)取樣鉆探施工布孔分散，有松散破碎地層，也有少量完整地層。鉆孔大都是上段破碎，而下段地層較完整。為取得更佳的經(jīng)濟(jì)效益，不同地層、不同孔段使用不同的工藝方法，即松散破碎地段使用反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘取樣鉆進(jìn)，而深部完整地段使用正循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘取樣鉆進(jìn)。

3 施工設(shè)備及鉆具

3.1 鉆機(jī)

鉆機(jī)采用無(wú)錫金帆鉆鑿設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的YGL-150A(F)型多功能履帶工程鉆機(jī)(見(jiàn)圖1)。該鉆機(jī)為履帶底盤(pán)裝載、全液壓驅(qū)動(dòng)、動(dòng)力頭式鉆機(jī)，是適用于多角度多方位鉆進(jìn)的鉆孔設(shè)備，鉆機(jī)適用多種鉆進(jìn)工藝方法：無(wú)循環(huán)螺旋鉆進(jìn)(干鉆)、空氣潛孔錘鉆進(jìn)、泥漿正循環(huán)鉆進(jìn)、空氣反循環(huán)鉆進(jìn)等。鉆機(jī)主要適用于水電工程、鐵路、公路邊坡等巖土工程中的大噸位預(yù)應(yīng)力錨固孔；城市深基坑支護(hù)及地基加固工程孔；隧道管棚孔；小型樁基孔、水井；礦產(chǎn)勘查等工程。

圖1 YGL-150A(F)型多功能履帶工程鉆機(jī)

鉆機(jī)采用柴油動(dòng)力，安裝雙通道動(dòng)力頭及雙通道水龍頭。主要技術(shù)參數(shù)為：名義鉆孔深度150 m，鉆孔直徑110～250 mm，轉(zhuǎn)速30～210 r/min，最大輸出扭矩8000 N·m，給進(jìn)行程3500 mm；柴油機(jī)功率125 kW。

3.2 空壓機(jī)

因鉆孔直徑在115 mm，孔深在150 m以內(nèi)，先期使用壽力660RH型移動(dòng)螺桿式空壓機(jī)，該空壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：額定排氣壓力2.0 MPa,公稱容積流量18.5 m3/min，工作壓力范圍0.97～2.0 MPa，柴油機(jī)功率260 kW。

3.3 雙壁鉆桿

隨機(jī)配套?89/43 mm外平雙壁鉆桿，長(zhǎng)度3 m。鉆桿采用接頭與管體螺紋連接形式，環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)，既保證了氣密性又便于更換損壞件。內(nèi)管采用插接式結(jié)構(gòu)，2道密封，鉆桿柱的氣密性好。

3.4 氣動(dòng)潛孔錘及鉆頭

使用的氣動(dòng)潛孔錘有DHD340型正循環(huán)潛孔錘及FQC345型反循環(huán)潛孔錘2種型號(hào)。鉆頭分別為全面鉆進(jìn)鉆頭和中心取樣鉆頭，直徑均為115 mm。

DHD340型潛孔錘外徑92 mm，工作氣壓1.2～2.0 MPa，耗風(fēng)量7.6～18 m3/min。

FQC345型反循環(huán)潛孔錘外徑105 mm，工作氣壓0.7～2.1 MPa，耗風(fēng)量5.7～14.7 m3/min。

3.5 正反分流接頭

使用正循環(huán)潛孔錘實(shí)現(xiàn)反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)必須使用正反分流接頭(見(jiàn)圖2)，刻取的巖樣從鉆頭以正循環(huán)的形式流到反流口，進(jìn)入到鉆桿中心通道，排到地表。同時(shí)正反分流接頭起到封隔器的作用，阻止了巖屑從孔壁排出。

圖2 正反分流接頭

3.6 旋流除塵器

鉆機(jī)配帶有旋流除塵器(見(jiàn)圖3)，這種除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部無(wú)運(yùn)動(dòng)件，體積小，除塵效率高，使用壽命長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是對(duì)細(xì)微塵粒的分離效率較低。

圖3 旋流除塵器

4 鉆進(jìn)施工技術(shù)

4.1 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇

潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)，其鉆進(jìn)工藝與普通潛孔錘鉆進(jìn)相似。根據(jù)施工鉆孔直徑115 mm，孔深150 m之內(nèi)情況及沖擊器性能，推薦鉆進(jìn)參數(shù)為：鉆壓5～7 kN；鉆具鉆速30～40 r/min；風(fēng)壓1.8～2.0 MPa。

4.2 樣品的收集

上返到孔口的樣品，送至旋流除塵器，經(jīng)過(guò)旋流器的分離和除塵，巖樣從旋流器的下出口排出，用樣袋收集，凈化后的氣體經(jīng)排氣管排出器外。本項(xiàng)目每2 m一個(gè)樣袋，收集后稱重，填寫(xiě)放置巖樣卡，同時(shí)在樣袋口處做好標(biāo)識(shí)，防止巖樣卡污損，而影響樣品的辨識(shí)。

4.3 鉆桿密封檢查

由于高速流動(dòng)的巖樣磨蝕鉆桿內(nèi)管，使用中內(nèi)管接頭有磨穿現(xiàn)象，加之鉆桿經(jīng)常拆卸，密封件也會(huì)損壞。要求每次都要對(duì)下入孔內(nèi)的鉆桿進(jìn)行外觀檢查，及時(shí)更換缺損的密封件及鉆桿零件，確保其氣密性。

4.4 潛孔錘的潤(rùn)滑

由于壓氣管路中未加油霧器，為了潤(rùn)滑潛孔錘，同時(shí)為防止過(guò)多的潤(rùn)滑油污染巖樣，加接鉆桿時(shí)僅允許向鉆桿環(huán)隙加注不超過(guò)50 g的機(jī)械油，施工結(jié)束后清洗保養(yǎng)潛孔錘。

4.5 正反循環(huán)潛孔錘交換施工

由于施工現(xiàn)場(chǎng)在采礦區(qū)，施工中往往遇到爆破撤場(chǎng)時(shí)段，合理安排開(kāi)孔時(shí)間，在爆破撤場(chǎng)前力爭(zhēng)鉆孔達(dá)到60～70 m?？紤]到DHD340型潛孔錘沖擊功較大的特點(diǎn)，施工工序安排上，上部破碎地層孔段用FQC345型反循環(huán)潛孔錘反循環(huán)鉆進(jìn)，下部完整地層孔段用DHD340型潛孔錘鉆進(jìn)。下鉆前測(cè)量鉆頭直徑，保證鉆頭能順暢地下到孔底。

4.6 常見(jiàn)事故及處理方法

4.6.1 中心通道堵塞

鉆孔施工中由于巖樣塊上返途中相互擠卡堵塞中心通道，有時(shí)會(huì)有較大石塊堵在入口處，出現(xiàn)中心通道氣堵不返渣。一般情況下，通過(guò)反復(fù)提送鉆具就能疏通中心通道。如果反復(fù)提送鉆具不能解決卡阻，就在孔口接上正反轉(zhuǎn)換接頭，將反循環(huán)改為正循環(huán)，用高壓氣流解堵。

4.6.2 泥環(huán)

紫金山礦區(qū)破碎地層含水，沿孔壁上返的粉塵遇水形成泥環(huán)，影響鉆具的提升，此時(shí)切忌強(qiáng)力提拉?？梢越由险崔D(zhuǎn)換接頭，將反循環(huán)改為正循環(huán)，用高壓氣流解堵，同時(shí)沿孔壁向孔內(nèi)注水，反復(fù)提送鉆具，稀釋泥環(huán)解卡。

4.6.3 卡鉆

在破碎地段鉆進(jìn)，容易發(fā)生塌孔、掉塊卡鉆事故，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)經(jīng)常掃孔，觀看鉆具在孔內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。發(fā)現(xiàn)卡鉆事故，不得強(qiáng)行提拉鉆具。接上正反轉(zhuǎn)換接頭，將反循環(huán)改為正循環(huán)，用高壓氣吹開(kāi)孔壁堵塞的巖粉，上下活動(dòng)鉆具，較高轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)鉆具，排出細(xì)小巖渣，稍大顆粒磨碎后排出孔內(nèi)，解除卡鉆。由于潛孔錘直徑大于鉆桿直徑，為防止過(guò)度磨損潛孔錘上接頭，施工中在鉆桿與潛孔錘之間加一過(guò)渡接頭，接頭上端焊保徑硬質(zhì)合金，既能起到耐磨效果，也能起到反向切削的作用。

4.6.4 破碎地段取樣不足

破碎地層鉆進(jìn)時(shí)巖粉易從裂隙或沿孔壁排出，導(dǎo)致取樣不足。該類地層必須使用反循環(huán)潛孔錘。反循環(huán)潛孔錘的保護(hù)套外徑與鉆頭外徑相近，可以減少巖粉的漏失量。鉆進(jìn)時(shí)可以經(jīng)常提拉鉆具，強(qiáng)力吹孔清渣，這樣可以收集到更多的巖樣，提拉鉆具的幅度不宜過(guò)大，以能強(qiáng)力吹孔為限，防止攪動(dòng)碎塊，造成卡鉆事故。

5 結(jié)語(yǔ)

潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)在紫金山金銅礦勘查中取得了較好的效益，鉆孔速度快，成本低，取樣率高。其勘查成本從金剛石取心鉆進(jìn)的650元/m，下降到連續(xù)取樣鉆進(jìn)的210元/m，施工成本僅為原來(lái)的1/3。鉆孔取樣率平均96%，即使在破碎地層鉆進(jìn)，其取樣率也高于90%，所有鉆孔傾斜角度<1°/100 m,完全滿足地質(zhì)取樣要求。

潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)在紫金山金銅礦勘查中的成功應(yīng)用，為干旱缺水地區(qū)礦產(chǎn)勘察提供了一種很好的鉆進(jìn)方法。

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Application of Air Reverse Circulation Continuous Sampling Drilling Technology in Zijinshan Gold-copper Mine/

LIGong1,WANGDe-long2,WANGZhan-chou2,LUOQiang2

(1.Fujian Geotechnical Engineering Research Institute, Fuzhou Fujian 351100, China; 2.Wuxi Jinfan Drilling Equipment Co., Ltd., Wuxi Jiangsu 214112, China)

In the mineral exploration of Zijinshan gold-copper mine, air reverse circulation continuous sampling drilling technology was used to solve the problems of the broken formation drilling, the difficult sampling in water-deficient area and the high construction cost. This thesis introduces machines matching, drilling process and attentions of construction; especially in broken and leakage formation of Zijinshan gold-copper mine, normal and reverse circulation DTH drilling were used to improve drilling efficiency, high sampling rate is received with improved construction efficiency and reduced cost.

air DTH drilling; reverse circulation continuous sampling; dual-wall drill pipe; Zijinshan gold-copper mine

2016-07-26；

2017-03-30

李汞，男，漢族，1968年生，院長(zhǎng)助理，高級(jí)工程師，礦山機(jī)械專業(yè)，從事鉆探技術(shù)管理與施工工作，福建省福州市閩侯縣上街鎮(zhèn)科技東路1號(hào)，281672742@qq.com。

P634

B

1672-7428(2017)06-0045-03