湖南龍山礦區(qū)鉆孔偏斜規(guī)律分析及控制

彭橋梁， 李天虎， 劉 瑞， 易金春， 謝彪武

(1.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊，湖南 婁底 417000； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

湖南龍山礦區(qū)鉆孔偏斜規(guī)律分析及控制

彭橋梁1， 李天虎2， 劉 瑞1， 易金春1， 謝彪武1

(1.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊，湖南 婁底 417000； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

龍山金銻礦是位于湖南湘中地區(qū)龍山穹窿核心部位最具代表性的金銻礦床之一。由于劈理發(fā)育,在以往施工的所有鉆孔都存在嚴重的偏斜現(xiàn)象。在查閱以往鉆孔施工資料及相關(guān)參考文獻的基礎(chǔ)上，對造成鉆孔偏斜原因及規(guī)律進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)龍山礦區(qū)鉆孔偏斜距離與鉆孔設(shè)計孔深、巖層劈理、施工工藝等因素有關(guān)。提出了可以采用移動孔位法、改變傾角法、扭轉(zhuǎn)安裝法和采用合理的施工工藝等預(yù)防措施，減少了鉆孔偏斜強度，提高了施工效率，保證了鉆孔質(zhì)量。

龍山礦區(qū)；金銻礦；鉆孔偏斜；鉆孔質(zhì)量

龍山金銻礦區(qū)為湖南湘中地區(qū)最典型的金銻礦床之一，先后有眾多生產(chǎn)、科研與教學單位對其進行了大量的研究和勘探工作，積累了豐富的有關(guān)成礦規(guī)律、礦化與富集規(guī)律、成礦預(yù)測與成礦模式等研究和找礦成果[1-7]。由于龍山礦區(qū)劈理發(fā)育，鉆孔偏斜不可避免，以往施工的所有鉆孔都有偏斜現(xiàn)象。在新龍礦業(yè)公司的配合下，2014—2016年間，湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊在龍山礦區(qū)邊深部開展國土資源部老礦山找礦項目“湖南省新邵縣龍山金銻礦接替資源勘查”。在項目實施過程中，統(tǒng)計了礦區(qū)以往施工完成的110余個鉆孔，并對這些鉆孔的偏斜情況進行分析和研究，得出了一些新的認識，并從中找出偏斜規(guī)律、提出預(yù)防鉆孔偏斜措施，這對本次接替資源勘查坑內(nèi)鉆探工作的順利開展，具有重要的指導意義。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

龍山礦區(qū)位于華南褶皺帶的湘中凹陷帶中部,東西向白馬山-龍山隆起帶與北東向?qū)庎l(xiāng)-新寧、漣源-黃亭市基底斷裂帶和北西向錫礦山-漣源基底斷裂帶交匯部位,是一個地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜的淺變質(zhì)巖地區(qū)。礦區(qū)出露地層主要為震旦系下統(tǒng)江口組第二段，巖性為淺變質(zhì)灰綠色碎屑巖。礦區(qū)斷裂和褶皺構(gòu)造非常發(fā)育，具有明顯的多期次活動的特征，斷裂構(gòu)造按其地表走向不同可分為北西西向、北西向、北北東向和北東向等四組，其中北西西向斷裂以張扭性為主，規(guī)模大，為龍山礦區(qū)主要的工業(yè)礦體賦存場所，為礦區(qū)導礦和容礦構(gòu)造。礦區(qū)劈理同樣非常發(fā)育，總體上走向北東，傾向北西，局部反傾，傾角50°～60°。龍山礦區(qū)有工業(yè)價值的主要礦脈有1、2、6、7、8、18等6條，按走向不同可分為兩組，其中1、2、18號脈走向北西西，傾向北北東，傾角75°；6、7、8號脈走向北北東，傾向北西西，傾角77°。

2 鉆孔偏斜特征

對以往施工完成的鉆孔數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析和研究表明，所有施工的鉆孔都存在偏斜問題，且彎曲率和彎曲方向都具有一定的規(guī)律性，不同走向的礦脈方位角變化規(guī)律不同，針對北西西向(1、2、18號)礦脈施工的鉆孔，方位角呈逆時針偏斜，即方位角變小，最終穩(wěn)定方位角在160°～180°；而針對北北東向(6、7、8號)礦脈施工的鉆孔方位角呈順時針偏斜，即方位角變大，最終穩(wěn)定方位角在110°～130°；而所有鉆孔頂角都是上飄的，遞增上飄率是隨著鉆孔的加深而增大。此外，鉆孔方位角和頂角變化與鉆孔的直徑、巖石劈理化發(fā)育程度等有關(guān)，直徑越大鉆孔方位角和頂角變化則越小，而劈理越發(fā)育鉆孔方位角和頂角變化則越大。

同時鉆孔彎曲普遍存在著方向性和連續(xù)性，在同一段相同標高范圍內(nèi)彎曲規(guī)律基本上連續(xù)一致。主要是因為相同地層各向異性在某一空間范圍內(nèi)呈一定的相似的變化規(guī)律[8]，鉆孔的孔斜也因此有一定的規(guī)律性。由于礦區(qū)主要礦脈走向不同，設(shè)置的勘探線方位也不同，鉆孔彎曲情況也不同。這可從已施工的鉆孔偏斜情況看出其變化規(guī)律，詳見表1。

表1 龍山礦區(qū)施工鉆孔實際彎曲情況

3 鉆孔偏斜原因分析

龍山礦區(qū)影響鉆孔偏斜的主要原因是礦區(qū)處于龍山穹窿核部，褶皺及斷裂非常發(fā)育，含礦圍巖為含礫砂質(zhì)板巖，劈理發(fā)育且各向異性非常明顯，在鉆機鉆進過程中，在鉆頭頂層鉆進的情況下，隨著鉆孔加深，當?shù)貙优懋a(chǎn)狀較陡又有礫石不均勻含礫砂質(zhì)板巖時，在鉆具回轉(zhuǎn)力的作用下產(chǎn)生橫向推力作用，導致鉆孔方位角偏移，但當鉆進到一定深度時，這種變化趨緩。

4 鉆孔糾斜預(yù)防措施

鉆孔偏斜會加大鉆孔施工成本，并給施工本身帶來困難，嚴重時可能因達不到原設(shè)計的地質(zhì)要求導致鉆孔報廢。在了解和掌握礦區(qū)鉆孔偏斜彎曲規(guī)律的前提下，利用鉆孔偏斜彎曲規(guī)律性特征[8，10]，通過改變地質(zhì)布孔設(shè)計與改變施工工藝技術(shù)措施來減弱或消除地層的造斜作用，并隨時控制鉆孔在空間位置的變化是十分必要的，為此可采取以下幾種方法來預(yù)防和糾正鉆孔的偏斜。

4.1 沿勘探線移動孔位法

龍山礦區(qū)所有鉆孔頂角都往上飄，為此移動孔位步驟如下：(1)在勘探剖面線圖上作平行直線，作為坑道內(nèi)施工鉆孔用聯(lián)絡(luò)巷道，A點為設(shè)計開孔點，設(shè)計80°斜孔，則終點D為預(yù)測實際理想鉆孔見礦點，直線L1則為理想鉆孔軌跡；(2)根據(jù)彎曲規(guī)律，做出從A點開孔實際鉆孔軌跡線L2，見礦點為C點；(3)平移軌跡線L2，見礦點位置移動至D點，則鉆孔軌跡線L3與聯(lián)絡(luò)巷道交點B為調(diào)整施工鉆孔位置。傾角和方位角變化情況見圖1。因此，為達到設(shè)計的地質(zhì)目的，地質(zhì)設(shè)計人員在指導聯(lián)絡(luò)巷道施工時需根據(jù)偏斜規(guī)律對設(shè)計鉆孔位置進行適當調(diào)整。

圖1 移動孔位法示意圖

4.2 改變鉆孔傾角法

龍山礦區(qū)所有鉆孔頂角都往上飄，為此改變傾角法的步驟如下：(1)在勘探剖面線圖上作平行直線，作為坑道內(nèi)施工鉆孔用聯(lián)絡(luò)巷道，A點為設(shè)計開孔點，設(shè)計80°斜孔，則終點D為預(yù)測實際理想鉆孔見礦點，直線L1則為理想鉆孔軌跡；(2)根據(jù)彎曲規(guī)律，做出從A點開孔實際鉆孔軌跡線L2，見礦點為C點；(3)保持開孔位置B不動，沿B點轉(zhuǎn)動軌跡線L2，使見礦點位置移動至D點，則B點外切線L3為調(diào)整施工鉆孔開孔傾角，注意傾角最大不超過90°，否則鉆孔軌跡可能反向，無法達到地質(zhì)目的。根據(jù)礦區(qū)鉆孔偏斜規(guī)律，一般設(shè)計孔深≤300 m，實際施工鉆孔傾角可由設(shè)計的80°調(diào)整為84°～86°開孔，設(shè)計孔深>300 m，則調(diào)整為88°～90°開孔。傾角和方位角變化情況見圖2。

4.3 立軸扭轉(zhuǎn)安裝法

龍山礦區(qū)北西西向(1、2號)礦脈施工的鉆孔，方位角呈逆時針偏斜，而北北東向(6、7、8號)礦脈施工的鉆孔方位角呈順時針偏斜，為此立軸扭轉(zhuǎn)安裝法扭轉(zhuǎn)的方位不一樣，對北西西向(1、2號)礦脈施工鉆孔時開孔方位角由原設(shè)計的200°增大α后施工。根據(jù)實踐經(jīng)驗，調(diào)整角α大小與設(shè)計孔深有關(guān)，一般按100 m調(diào)整6°，傾角和方位角變化情況見圖3；而北北東向(6、7、8號)礦脈施工鉆孔時開孔方位角由原設(shè)計的115°減小β后施工，β大小一般按100 m調(diào)整3°，傾角和方位角變化情況見圖4。

圖2 改變傾角法示意圖

圖3 立軸扭轉(zhuǎn)安裝法(北西西向礦脈)

圖4 立軸扭轉(zhuǎn)安裝法(北東東向礦脈)

4.4 鉆進工藝與參數(shù)控制

由于龍山礦區(qū)地層構(gòu)造相當復(fù)雜，劈理非常發(fā)育，施工鉆孔時極容易發(fā)生偏斜。在鉆進時應(yīng)選用有防斜作用的繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進方法，適當?shù)臎_洗液量，減輕對孔壁的沖刷，采用合理的鉆壓與較低的轉(zhuǎn)速等，以提高鉆具在鉆進過程中的穩(wěn)定性。根據(jù)設(shè)計孔深的不同，鉆孔結(jié)構(gòu)也不一樣，設(shè)計孔深≤400 m的鉆孔，采用的鉆孔結(jié)構(gòu)為?91～75 mm，即使用?91 mm普通鉆具開孔，下套管至巖面，然后用?75 mm繩索取心鉆具鉆至終孔；而對設(shè)計孔深>400 m的鉆孔，采用XY-4型鉆機，BW250型泥漿泵，鉆孔結(jié)構(gòu)為?110～91 mm。當鉆孔在破碎帶地段或易偏斜孔段鉆進時相關(guān)規(guī)程參數(shù)應(yīng)適當減小，鉆壓降低1/3左右，或降低轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速控制在900 r/min以內(nèi)，沖洗液由皂化油改為泥漿混合沖洗液，主要由膨潤土和燒堿等組成，粘度控制在20 s左右，以提高施工鉆孔的合格率，達到設(shè)計的地質(zhì)目的。

在采取上述糾偏措施的同時，應(yīng)加強鉆孔彎曲的測量，利用高精度數(shù)字顯示測斜儀及時進行測斜工作，在偏斜較大地段，適當加密測斜距離，及時完成鉆孔連圖并進行對比，在超過允許偏斜范圍應(yīng)及時進行鉆孔的糾斜工作。

5 鉆孔施工情況

在礦區(qū)270中段施工ZK10002孔時由于開孔未采取糾斜措施及礦脈傾角變陡，使用的XY-4型鉆機鉆進能力偏小，施工至660.61 m時無法繼續(xù)鉆進，未達到設(shè)計目的。為此重新調(diào)配XY-6型鉆機在原機室移孔位重新施工(編號ZK10003)，施工前利用前述糾偏方法對開孔方位角和頂角進行了調(diào)整，2次施工測斜情況見表2。從表2可以看出，開孔時對方位角和頂角進行調(diào)整雖不能完全避免鉆孔偏斜，但還是取得了一定的效果，重新施工的ZK10003孔基本達到了設(shè)計的地質(zhì)目的。

6 結(jié)語

3年來，在龍山金銻礦區(qū)，地質(zhì)設(shè)計人員按照前述糾斜措施，北西西向(1、2、18號)礦脈勘探線方向為200°，將開孔方位角由設(shè)計的200°調(diào)整為206°～236°，開孔頂角由設(shè)計的80°調(diào)整為82°～90°；而北北東向(6、7、8號)礦脈勘探線方向為115°，將開孔方位角由設(shè)計的115°調(diào)整為100°～112°，開孔頂角由設(shè)計的80°調(diào)整為82°～90°。鉆探施工技術(shù)人員采用具有針對性的鉆進方法與合理的技術(shù)措施，先后施工完成了坑內(nèi)鉆孔35個，鉆孔終孔時測定的方位角和頂角都在允許的誤差范圍之內(nèi)，達到了地質(zhì)設(shè)計的見礦目點，鉆孔質(zhì)量符合要求，采取的糾偏措施對防止和糾正鉆孔偏斜具有較明顯的效果。

表2 同一機臺施工的ZK10002孔和ZK10003孔測斜情況對比

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AnalysisandControlofBoreholeDeviationRegularityofLongshanMiningAreainHunan

/PENGQiao-liang1,LITian-hu2,LIURui1,YIJin-chun1,XIEBiao-wu1

(1.Team 418 of Hunan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Loudi Hunan 417000, China; 2.Xi’an Center of Geological Survey, China Geological Survey, Xi’an Shaanxi 710054, China)

Being located at the core area of Longshan dome, Longshan gold antimony deposit is one of the most representative gold antimony deposits in the central Hunan Province. All the boreholes in the previous construction are deviating seriously due to cleavage development. Based on the review of previous borehole data and related references, the statistical study and analysis on the reasons which caused borehole deviation and the deviation regularities are made, it is found that the borehole deviation distance is connected with borehole design depth, rock cleavage and construction technology. The prevention measures, such as hole location moving, inclination angle changing, vertical shaft azimuth adjusting and reasonable construction technology adopting, are put forward to reduce the borehole deviation, improve construction efficiency and ensure the borehole quality.

Longshan mining area; gold antimony deposit; borehole deviation; borehole quality

2017-03-23；

2017-09-30

國土資源部老礦山找礦項目“湖南省新邵縣龍山金銻礦接替資源勘查”(編號：12120114066901)

彭橋梁，男，漢族，1984生，碩士，從事礦產(chǎn)資源調(diào)查與勘探工作，湖南省婁底市婁星區(qū)長青中街4號，penglang1229@163.com。

P634.7

A

1672-7428(2017)11-0012-04