甘家巷礦區(qū)提高鉆探施工效率的措施

徐日勇，陳 濤，杭 程

（江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局江蘇華東地質(zhì)工程有限公司，江蘇南京210033）

巖芯鉆探施工已從單一的為地質(zhì)找礦勘探服務(wù)，轉(zhuǎn)變?yōu)榈厍蚩茖W(xué)探測(cè)、國(guó)家戰(zhàn)略資源安全保障及生態(tài)環(huán)境文明等眾多領(lǐng)域的服務(wù)工作，鉆探施工手段及施工效率也在鉆探人員孜孜不倦的努力下得到了不斷的提高；本文以我單位施工的甘家巷鉛鋅礦區(qū)地質(zhì)普查項(xiàng)目鉆探工程的2個(gè)鉆孔施工過(guò)程為藍(lán)本，通過(guò)對(duì)前期施工鉆孔資料的收集、分析及研究，從鉆探設(shè)備、沖洗液應(yīng)用技術(shù)以及工程管理3個(gè)方向著手，利用不同的鉆探施工設(shè)備，使用不同的沖洗液配方，貫徹執(zhí)行編制合理有效的施工方案為手段，取得了顯著不同的施工效率，為今后在該區(qū)域巖芯鉆探施工提供很好的借鑒作用。

1 項(xiàng)目概況

為展開(kāi)甘家巷地質(zhì)普查項(xiàng)目鉆探工程的工作任務(wù)，我單位于2105年12月21使用XY-44型立軸式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)施工ZK14805，經(jīng)過(guò)11d的籌備期，于2016年1月1日開(kāi)始施工，并于2016年3月10日結(jié)束施工作業(yè)，終孔孔深為821m。剔除輔助及其他時(shí)間，該鉆孔的鉆探實(shí)際作業(yè)時(shí)間為55d，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)后得出其施工效率為14.93m/d。

2016年12月6日，我單位再次施工該區(qū)域的ZK15012，為避免出現(xiàn)之前ZK14805時(shí)施工效率低下的現(xiàn)象，成立了《甘家巷鉛鋅礦鉆探工程提高施工效率攻關(guān)》小組，采用了分析對(duì)比方法，對(duì)前期施工鉆孔存在的問(wèn)題進(jìn)行收集、并從眾多的不利因素中提取了重要影響因素，研究制定出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，用以提高鉆探施工效率。

2 礦區(qū)地質(zhì)條件

寧鎮(zhèn)地區(qū)地層自震旦系至第四系均有出露，其巖性由老到新簡(jiǎn)述如下：

（1）震旦系（Z）：下統(tǒng)為含礫千枚巖、千枚巖，上統(tǒng)為厚層灰?guī)r及白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。

（2）寒武系（∈）：厚層白云巖及含燧石條帶（或結(jié)核）白云巖，含灰質(zhì)白云巖，局部夾薄層磷灰?guī)r。

（3）奧陶系（O）：下統(tǒng)中厚層白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r；中統(tǒng)瘤狀灰?guī)r、中厚層灰?guī)r夾薄層灰?guī)r；上統(tǒng)為泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖及硅質(zhì)頁(yè)巖。

（4）志留系（S）：下統(tǒng)為頁(yè)巖；中上統(tǒng)為粉砂巖夾細(xì)砂巖。

（5）泥盆系（D）：中下統(tǒng)為紫色頁(yè)巖、粉細(xì)砂巖；上統(tǒng)為含礫粗砂巖、石英巖狀砂巖夾粉砂巖、粘土巖。

（6）石炭系（C）：下統(tǒng)為砂頁(yè)巖、泥灰?guī)r及結(jié)晶灰?guī)r；中統(tǒng)為白云質(zhì)灰?guī)r、粗晶灰?guī)r、灰?guī)r；上統(tǒng)為灰?guī)r。

（7）二疊系（P）：下統(tǒng)為灰?guī)r、含燧石結(jié)核灰?guī)r，夾硅質(zhì)巖；上統(tǒng)為砂頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖，夾薄煤層及灰?guī)r透鏡體。

（8）三疊系（T）：中下統(tǒng)為頁(yè)巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r，頂部含石膏層；上統(tǒng)為紫紅色粉砂巖、頁(yè)巖。

（9）侏羅系（J）：中下統(tǒng)為含礫砂巖、砂巖、粉砂巖；上統(tǒng)為火山碎屑巖。

（10）白堊系（K）：角礫巖、砂巖、粉細(xì)砂巖。

（11）第三系（N）：砂礫巖、泥砂巖和玄武巖。

（12）第四系（Q）：泥礫、亞粘土及卵礫層。

3 施工效率的影響因素

3.1 設(shè)備因素

施工ZK14805采用的是機(jī)械傳動(dòng)（回轉(zhuǎn)與升降鉆具）、液壓給進(jìn)（給進(jìn)與卡夾）的XY-44型立軸式巖芯鉆機(jī)，該鉆機(jī)有較明顯的缺陷，主要包括：（1）升降作業(yè)時(shí)需由卷?yè)P(yáng)機(jī)與滑輪組配合才能完成，需要配備一定高度的鉆塔，鉆塔的拆裝與安裝過(guò)程需要消耗較多的輔助時(shí)間，也存在一定的安全隱患；（2）作業(yè)時(shí)，鉆機(jī)的卷?yè)P(yáng)機(jī)軸線與天車(chē)軸線需垂直才能作業(yè)，鋼絲繩纏繞需縱向纏繞，故易損壞鋼絲繩，增加了鉆探施工成本；（3）鉆進(jìn)過(guò)程中需頻繁倒桿，易造成孔底巖芯堵塞，增加了輔助工作時(shí)長(zhǎng)；（4）鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)器不能兼做擰卸工具，擰卸鉆桿時(shí)需工作人員手動(dòng)操作，同樣增加了輔助時(shí)間。

3.2 地層因素

3.2.1 松散破碎地層

ZK14805施工至495m處遭遇破碎帶，鉆進(jìn)過(guò)程中孔內(nèi)不返水，出現(xiàn)嚴(yán)重的坍塌、掉塊現(xiàn)象，使鉆具無(wú)法下至孔底，從而形成無(wú)法加桿鉆進(jìn)，不得不采取擴(kuò)孔下套管的技術(shù)措施，以應(yīng)對(duì)該段破碎地層，這一技術(shù)措施的使用花費(fèi)了8d輔助時(shí)間，較大地影響了施工效率。

3.2.2 裂隙發(fā)育地層

ZK14805施工至602m處，孔內(nèi)出現(xiàn)大裂隙，無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，經(jīng)討論后決定采取水泥封孔的技術(shù)措施進(jìn)行護(hù)壁堵漏，使用水泥封孔技術(shù)措施，則需要等待水泥凝固后方能掃孔繼續(xù)鉆進(jìn)，增加了施工輔助時(shí)間，降低了施工效率。

3.2.3 水敏地層

ZK14805施工過(guò)程中遭遇到水敏性地層，鉆進(jìn)時(shí)，地層遇水膨脹，鉆孔孔徑縮小，導(dǎo)致起下鉆極為困難，甚至出現(xiàn)鉆桿鉆具卡死現(xiàn)象，使作業(yè)無(wú)法繼續(xù)，也成為影響施工效率的因素之一。

3.3 管理因素

3.3.1 工程施工方案

ZK14805的施工組織設(shè)計(jì)（施工方案）不夠完善，未對(duì)施工中的存在的難點(diǎn)及困難進(jìn)行有針對(duì)性的分析判斷，也未能提出有針對(duì)性的防范措施。

3.3.2 施工現(xiàn)場(chǎng)管理

ZK14805施工前未進(jìn)行施工作業(yè)計(jì)劃，導(dǎo)致施工過(guò)程中遇到難點(diǎn)時(shí)，盲目地采用不合適的措施進(jìn)行處理，帶來(lái)的結(jié)果是事故越處理越復(fù)雜，因而增加了輔助時(shí)間；而在施工期間各項(xiàng)制度（班前班后會(huì)制度及交接班制度等）執(zhí)行力度不足，產(chǎn)生了施工管理不夠嚴(yán)謹(jǐn)，力度不夠強(qiáng)，使施工效率受到影響。

4 提高施工效率的方法

4.1 采用先進(jìn)的鉆探設(shè)備

使用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的全液壓動(dòng)力頭式巖芯鉆機(jī)（CSD-1800型），該鉆機(jī)主（回轉(zhuǎn)與升降鉆具）傳動(dòng)與輔助（給進(jìn)與卡夾）傳動(dòng)均以液壓系統(tǒng)為動(dòng)力完成，其中液壓動(dòng)力頭則為主要單元及部件；該鉆機(jī)的特點(diǎn)是：（1）動(dòng)力頭可沿桅桿移動(dòng)，其導(dǎo)向性好且實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)行程給進(jìn)功能，不僅大幅度增加了純鉆時(shí)間，還通過(guò)鉆機(jī)的連續(xù)作業(yè)，大幅度減少了孔內(nèi)事故發(fā)生的概率，同時(shí)可有效提高巖芯采取率；（2）鉆進(jìn)角度可任意調(diào)整，鉆機(jī)移動(dòng)搬遷極為方便，無(wú)需單獨(dú)配置鉆塔，這樣可減少輔助作業(yè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；（3）動(dòng)力頭與孔口夾持器相互配合可實(shí)現(xiàn)鉆桿的機(jī)械化擰卸工作，同時(shí)由于鉆機(jī)在施工作業(yè)期間所有動(dòng)作均由液壓系統(tǒng)中的液壓元件完成，必然減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2 調(diào)整沖洗液（泥漿）配方

4.2.1 松散破碎地層

鉆遇該類(lèi)地層時(shí)，采用聚丙烯酰胺為主要添加劑的低固相預(yù)水化膨潤(rùn)土泥漿，該種沖洗液的特點(diǎn)是：能夠有效抑制鉆屑分散及快速形成低滲透泥餅，維護(hù)鉆孔孔壁穩(wěn)定。

4.2.2 裂隙發(fā)育地層

鉆遇該類(lèi)地層時(shí)，一是可從設(shè)備操作著手，在起下鉆過(guò)程中采用平穩(wěn)升降，避免出現(xiàn)過(guò)猛過(guò)快升降；二是針對(duì)泥漿泵的操作時(shí)，應(yīng)按照開(kāi)泵平穩(wěn)的原則進(jìn)行開(kāi)泵操作，避免出現(xiàn)孔內(nèi)激蕩壓力的出現(xiàn)，從而產(chǎn)生人為的地層壓裂，形成孔內(nèi)漏失現(xiàn)象；三是從沖洗液著手，采用低粘度Na-CMC為主要添加劑的低固相泥漿，可產(chǎn)生較為顯著的降失水效果。

4.2.3 水敏性地層

為了應(yīng)對(duì)水敏性地層，一是從操作上加強(qiáng)縮徑的預(yù)防措施，即在起下鉆遇阻時(shí)，不可生拉硬提，可采用上下緩慢串動(dòng)的措施；二是配置高密度、低失水的沖洗液，主要添加劑可使用腐植酸鉀；其特點(diǎn)是：高密度可以平衡孔壁巖石的側(cè)壓力，阻止泥巖的水化膨脹，防止孔徑變?。坏褪畡t可防止其中的自由水失去后進(jìn)入巖層中，也可以使粘土顆粒不易水化膨脹，使孔徑不易變小，從而降低縮徑卡鉆的可能性。

4.3 加強(qiáng)施工管理

4.3.1 工程施工方案

鉆探工程施工方案（或組織設(shè)計(jì)）是指導(dǎo)鉆探施工作業(yè)的重要依據(jù)，方案中的內(nèi)容應(yīng)全面、系統(tǒng)、詳細(xì)，具有較強(qiáng)的可操作性，并應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際過(guò)程進(jìn)行必要的修正、補(bǔ)充和完善。

針對(duì)ZK15012的施工，在施工之前通過(guò)前期施工的ZK14805的了解、分析及研究，有針對(duì)性地編制了該孔的施工方案，其內(nèi)容包括設(shè)備投入情況、鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不同深度內(nèi)對(duì)應(yīng)地層的配套沖洗液（泥漿）類(lèi)型，并提出針對(duì)性較強(qiáng)的施工技術(shù)方案（包括護(hù)壁堵漏措施、孔內(nèi)事故預(yù)防與處理措施等）以及質(zhì)量、安全、進(jìn)度及環(huán)保等保障措施。

4.3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工管理

嚴(yán)格執(zhí)行項(xiàng)目管理制度，通過(guò)班前班后會(huì)、交接班等制度的運(yùn)行，使班前會(huì)能夠做到先期了解上一班的生產(chǎn)情況；而班后又能夠做到交班后查看任務(wù)完成情況、技術(shù)措施執(zhí)行情況、安全操作規(guī)程執(zhí)行情況，在交接班時(shí)能夠做到按崗位分工進(jìn)行對(duì)口交接，除此之外，還應(yīng)編制施工日志，記錄每日的施工進(jìn)尺情況、安全生產(chǎn)情況以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

5 施工效果對(duì)比

（1）通過(guò)施工設(shè)備的更換，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的整體搬運(yùn)，降低了施工期間勞動(dòng)者的作業(yè)強(qiáng)度，縮短了輔助作業(yè)時(shí)間；

（2）調(diào)整了沖洗液的配方，針對(duì)不同的地層選用相應(yīng)的沖洗液配方，有效地解決了鉆孔內(nèi)的坍塌、掉塊及縮徑等現(xiàn)象的發(fā)生；

（3）施工效率得到明顯提高，鉆進(jìn)效率由14.93m/d提高到27.52m/d；

（4）縮短了施工工期，由原來(lái)的耗時(shí)55d（鉆孔深度：821m）提升到耗時(shí)33d（鉆孔深度：908m）。

6 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)甘家巷礦區(qū)巖芯鉆探施工過(guò)程的總結(jié)，利用對(duì)前期鉆孔資料的收集、分析及研究等手段，探索出適合該區(qū)域的施工設(shè)備、技術(shù)及管理手段，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)圓滿(mǎn)完成了工作任務(wù)，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)提出以下建議供探討：

（1）在施工場(chǎng)地及道路允許的前提條件下，可采用全液壓動(dòng)力頭式巖芯鉆機(jī)這樣可以有效地提高施工作業(yè)時(shí)間，減少輔助作業(yè)時(shí)間。

（2）通過(guò)不斷的調(diào)整沖洗液（泥漿）配方，獲取適合某一區(qū)域施工的沖洗液（泥漿）體系。

（3）做好施工組織策劃工作，編制詳細(xì)且有針對(duì)性的施工方案，為施工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

[1] 王達(dá)，何遠(yuǎn)信，等.地質(zhì)鉆探手冊(cè)〔M].長(zhǎng)沙∶中南大學(xué)出版社，2014.

[2] 杭程，魏厚紅，等.云南東川播卡礦區(qū)復(fù)雜地層泥漿技術(shù)的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2017,29(2)：171-174.

[3] 王扶志.地質(zhì)工程鉆探工藝與技術(shù)〔M].長(zhǎng)沙∶中南大學(xué)出版社，2008.

[4] 魏厚紅，方紅亮，等.云南曼龍溝礦區(qū)復(fù)雜地層鉆探技術(shù)措施[J].西部探礦工程,2017,29(3)：36-37,45.

[5] 杭程，余漢東，等.安徽馬頭銅鉬礦深孔巖芯鉆探施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2015,27(8)：51-53.