繩索取芯技術(shù)在滇中砂巖銅礦勘探的應(yīng)用

張永光

摘要：淺部可采資源日益減少，老礦山進(jìn)行深部和外圍資源勘探的模式逐步形成，結(jié)合滇中砂巖銅礦勘探的鉆探需要，采用繩索取心鉆進(jìn)工藝，選用XY-44型鉆機(jī)、NQ鉆桿鉆具及輔助設(shè)備，圓滿完成了較深部勘探工作，為我院大規(guī)模采用繩索取心鉆進(jìn)工藝提供參考。

關(guān)鍵詞：繩索取芯；滇中紅層；施工工藝

1 引言

所謂繩索取芯鉆探，是不提鉆而由鉆桿內(nèi)撈取巖心的先進(jìn)鉆進(jìn)方法。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鉆進(jìn)效率高，巖芯質(zhì)量好，巖芯浸泡時(shí)間最短，鉆頭壽命長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。與普通鉆進(jìn)方法相比，具有地質(zhì)效果好，生產(chǎn)效率高，鉆進(jìn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。不足的是對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造多變、地層條件復(fù)雜的鉆孔，施工中常遇漏失、涌水、水敏性地層與礦層的坍塌等問題，嚴(yán)重影響繩索取芯鉆進(jìn)工藝性能的發(fā)揮。

云南省牟定縣郝家河銅礦接替資源勘查項(xiàng)目是國(guó)家危機(jī)礦山接替資源找礦項(xiàng)目，由我院實(shí)施勘探工作。屬于典型的“滇中紅層”地層，地層簡(jiǎn)單，非常適宜采用繩索取芯鉆探施工，我院在該項(xiàng)目中開始采用繩索取芯技術(shù)。

2 地層概述

礦區(qū)地層為“滇中紅層”，主要為白堊系中統(tǒng)馬頭山組清水河段（K2mc）和郝家河段（K2mx），為礦區(qū)的含礦地層，也是鉆探施工中相對(duì)較簡(jiǎn)單地層。以暗紫色砂質(zhì)泥巖為主，局部粉砂巖夾層，巖性單一，成份簡(jiǎn)單多為砂、泥質(zhì)，巖石膠結(jié)緊密，固結(jié)性好，巖石類別為較軟的，抗研磨性差，壓力硬度<100（9.8×105Pa），鉆進(jìn)時(shí)效性在2.60（3×10-4m/s）。

3 配套設(shè)備

為了完成設(shè)計(jì)孔深410～790m鉆孔的任務(wù)，配套的主要設(shè)備有： XY-44型鉆機(jī)，進(jìn)口繩索取心鉆桿，繩索取心鉆具，BW—250 型泥漿泵，金剛石繩索取心鉆頭和擴(kuò)孔器。

3.1鉆機(jī)

鉆機(jī)為國(guó)產(chǎn)XY-44型鉆進(jìn)深度為1000m的機(jī)械傳動(dòng)液壓操作巖心鉆機(jī)。其特點(diǎn)及主要技術(shù)性能為立軸轉(zhuǎn)速高，最高轉(zhuǎn)速達(dá)1588r/min。調(diào)速范圍大，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比為11.76。有正轉(zhuǎn)8級(jí)，反轉(zhuǎn)2級(jí)；鉆機(jī)重量輕，可拆性好，便于搬遷；卷?yè)P(yáng)機(jī)提升能力大，單繩一速時(shí)提升能力為33000N；操縱手柄集中，靈活可靠；動(dòng)力機(jī)可配電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)。

3.2鉆桿

選用進(jìn)口寶長(zhǎng)年Q系列鉆桿，具有較高的強(qiáng)度和耐磨性。其主要特點(diǎn)有：（1） 鉆桿采用公母接頭工藝，鉆桿疲勞強(qiáng)度高，密封性能好，公母接頭與鉆桿體連接強(qiáng)度高；（2）螺紋擰緊時(shí)接觸面積大，間隙小，螺紋受力均勻，傳遞扭矩大，密封性能好，而且具有自定心的特點(diǎn)，減少螺紋的擰卸磨損。

3.3繩索取心鉆具

繩索取心鉆具分為單動(dòng)雙層巖心管和打撈器兩大部分。雙層巖心管部分由外管總成和內(nèi)管總成組成。外管總成包括彈卡擋頭、彈卡室、穩(wěn)定接頭（上擴(kuò)孔器）、外管、下擴(kuò)孔器和鉆頭組成；內(nèi)管總成由撈矛頭、彈卡、懸掛環(huán)、到位報(bào)訊、巖心堵塞報(bào)警、單動(dòng)、內(nèi)管保護(hù)、調(diào)節(jié)、扶正、內(nèi)管、巖心卡取等機(jī)構(gòu)組成。

3.4鉆頭與擴(kuò)孔器

金剛石雙管取心鉆頭采用進(jìn)口4457-1-NQ6型及ALPh206型金鋼石鉆頭用于繩索取心雙管鉆進(jìn)，由于鉆桿最大外徑約為71 mm（NQ），考慮合理的孔壁間隙，鉆頭的外徑設(shè)計(jì)為75 mm。

磨孔器為8588-6型；外徑選用75 mm，主要作用是修整孔壁，保持鉆孔直徑合乎標(biāo)準(zhǔn)尺寸； 其次起扶正和穩(wěn)定鉆頭作用。

3.5 BW250泥漿泵

選用BW-250 型泥漿泵，該泵具有壓力高、泵量大的特點(diǎn)，可用于孔徑大于70 mm、孔深小于1000 m 的全面或取心鉆進(jìn)，能夠完全滿足排粉和正常鉆進(jìn)的要求。

4 施工工藝

4.1概述

開孔采用PQ鉆進(jìn)至4-10 m，下套管處理孔口后，采用NQ繩索取心全孔鉆進(jìn)至終孔。所有鉆孔滿足地質(zhì)巖心鉆探規(guī)程地質(zhì)技術(shù)質(zhì)量要求六大指標(biāo)。

4.2沖洗介質(zhì)

沖洗液量是金剛石鉆進(jìn)的另一重要規(guī)程參數(shù)，它除了冷卻鉆頭，排除巖粉外，還具有調(diào)節(jié)金剛石胎體正常磨損，即適時(shí)暴露金剛石的作用，還有軟化巖石、保護(hù)孔壁、潤(rùn)滑減振作用。金剛石鉆進(jìn)特點(diǎn)是巖粉細(xì)小，鉆具與孔壁、孔底的間隙都很小，沖洗液流經(jīng)狹窄的通道，阻力很大，一般不需要大泵量。施工礦區(qū)巖石比較穩(wěn)定，成孔容易，因此采用泥漿泵供應(yīng)的聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素及鈉土調(diào)制的化學(xué)漿液及清水作為沖洗介質(zhì)就可滿足鉆進(jìn)要求。

4.3鉆進(jìn)工藝參數(shù)

金剛石鉆進(jìn)效率除了取決于正確選擇鉆頭外，還取決于鉆進(jìn)工藝參數(shù)：鉆壓、鉆頭轉(zhuǎn)速和沖洗液量。影響鉆進(jìn)工藝程參數(shù)的因素很多，主要有巖層的性質(zhì)和特點(diǎn)、鉆頭的類型、所用設(shè)備和鉆具性能以及鉆孔的直徑和深度等。評(píng)定金剛石鉆進(jìn)工藝是否合理，主要依據(jù)鉆速、鉆頭的總進(jìn)尺和單位進(jìn)尺金剛石的消耗量三個(gè)方面的指標(biāo)來衡量。

一般來說，在一定范圍內(nèi)鉆速是隨鉆壓的增大而增加的，但它們因孔底碎巖機(jī)理的不同而有所不同。過大的鉆壓使金剛石消耗量急劇增大，而且還會(huì)導(dǎo)致鉆速下降。開孔鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)：鉆壓3～5KN，轉(zhuǎn)速小于160r/min，泵量小于160L/min，鉆速宜達(dá)到1～3cm/min；正常鉆進(jìn)后一般采用鉆壓9～12KN，轉(zhuǎn)速大于1200r/min，泵量320L/min，鉆速宜達(dá)到5～10cm/min；在個(gè)別堅(jiān)硬、復(fù)雜地層時(shí)12 ～ 18 kN。

隨著鉆孔深度的增加適當(dāng)?shù)慕档娃D(zhuǎn)速，若孔較直，轉(zhuǎn)速不低于800r/min。

鉆進(jìn)過程中泥漿泵的泵量選用320 L /min，泵送和打撈內(nèi)管總成時(shí)，為了提高效率，泥漿泵的泵量適當(dāng)調(diào)大。

4.4施工效果

經(jīng)過幾年的施工，我單位在該礦區(qū)施工總工作量超過40000米，一般800～900米深的鉆孔，單孔施工時(shí)間一般均可控制在一個(gè)月以內(nèi)，較以前普通提鉆施工時(shí)間提前了1～2個(gè)月，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

5.1我單位在該礦區(qū)施工采用XY-44型鉆機(jī)、PQ、NQ繩索取心鉆具和BW-250 型泥漿泵等設(shè)備配合合理的鉆進(jìn)工藝，圓滿地完成礦區(qū)勘探工作。

5.2繩索取心鉆探工藝大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了鉆進(jìn)輔助時(shí)間，發(fā)揮該工藝方法應(yīng)有的鉆進(jìn)效率，以后還需要繼續(xù)做大量工作推廣應(yīng)用。

5.3隨著資源開采量的增加，淺部資源越來越少，對(duì)老礦山進(jìn)行深部和外圍資源勘探的需求越來越迫切，深部勘探是在老礦區(qū)進(jìn)行深部資源勘探的一個(gè)捷徑，繩索取心鉆進(jìn)工藝是超深孔坑道勘探的理想方法，應(yīng)用將會(huì)得到普及。

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