黑龍江省嫩北農(nóng)場(chǎng)金銅礦普查鉆探施工技術(shù)應(yīng)用

劉立鵬

吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局六0三隊(duì)，吉林 延吉 133000

0 引言

隨時(shí)科技的進(jìn)步，鉆探技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論和技術(shù)研究日新月異，黑龍江省嫩北農(nóng)場(chǎng)金桐礦普查本著理 論與實(shí)踐相結(jié)合，通過普查找礦，為后期圈定礦體范圍和評(píng)價(jià)質(zhì)量提供直觀線索，同時(shí)鉆探技術(shù)為能夠適應(yīng)市場(chǎng)的需要與變革靈活打下長(zhǎng)遠(yuǎn)的基礎(chǔ)。

1 工程概況

1.1 勘查區(qū)交通位置

黑龍江省嫩北農(nóng)場(chǎng)金銅礦區(qū)位于嫩江縣北部門魯河—嫩北農(nóng)場(chǎng)一帶。嫩江縣有至多寶山鎮(zhèn)鐵路和至多寶山鎮(zhèn)、呼瑪縣的兩條公路穿過嫩北農(nóng)場(chǎng)工作區(qū),交通較方便。

1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

工作區(qū)位于小興安嶺西坡與松嫩平原過渡地帶；大地構(gòu)造位置屬興安嶺－內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)大興安嶺地槽褶皺系罕達(dá)氣優(yōu)地槽褶皺帶罕達(dá)氣斷褶東、座虎灘凹陷。地質(zhì)上位于晚元古代新開嶺隆起與加里東期島弧區(qū)銜接部和中生代座虎灘火山—沉積盆地西部邊緣構(gòu)造疊合部位；區(qū)域成礦上位于罕達(dá)氣-紅葉家銅、金成礦帶的西南段。

普查區(qū)所處的隆—拗構(gòu)造疊加部位，由基底和白堊紀(jì)火山—沉積蓋層構(gòu)成。

1.2.1 區(qū)域構(gòu)造

大地構(gòu)造位置屬興安嶺－內(nèi)蒙地槽褶皺區(qū)大興安嶺地槽褶皺系罕達(dá)氣優(yōu)地槽褶皺帶罕達(dá)氣斷褶東、座虎灘凹陷。

區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，褶皺見北東向的背、向斜，斷裂可分為東西、南北、北東、北北東、北西向。區(qū)域上，基底褶皺、斷裂、韌性變形構(gòu)造帶以北東向?yàn)橹?，北北東向次之。北東向構(gòu)造控制了上元古界—下寒武統(tǒng)大網(wǎng)子組（Pt3—?1d）及古生代巖漿活動(dòng)，構(gòu)造形態(tài)褶皺、斷裂均較發(fā)育；北北東向構(gòu)造控制著嫩北拗陷盆地及白堊系的巖漿活動(dòng)。南北向、東西向構(gòu)造以斷裂為主。

2 鉆探目的和技術(shù)要求

2.1 鉆探目的

利用前期物、化探勘查手段，對(duì)勘查區(qū)塊內(nèi)的金、銅礦找礦靶區(qū)繼續(xù)開展普查工作，大致查明工作區(qū)地質(zhì)成礦條件、主要控礦構(gòu)造帶分布規(guī)律、礦化蝕變帶分布特征。以鉆探方法對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金礦（化）體和重點(diǎn)物探異常進(jìn)行控制和驗(yàn)證，大致查明礦體數(shù)量、規(guī)模、形態(tài)、產(chǎn)狀及品位變化特征，擴(kuò)大礦體規(guī)模。加強(qiáng)成礦規(guī)律的綜合研究，對(duì)該區(qū)找礦潛力做出總體評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步勘查工作提供依據(jù)。

2.2 鉆探技術(shù)要求

必須要基于以下幾點(diǎn)要求進(jìn)行施工，即：（1）巖礦芯鉆探、采取率以及巖礦芯管理

在選擇鉆孔時(shí)，其終孔的孔徑應(yīng)高于75 mm。針對(duì)礦體、礦化帶以及含礦層位來(lái)說(shuō)，采取率必須要超過85%，在頂?shù)装宓母?～5米標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，巖心的采取率應(yīng)超過75%，對(duì)于全孔巖礦芯而言，采取率則需要超過70%。實(shí)際上，在施工的過程中，機(jī)長(zhǎng)負(fù)責(zé)管理鉆孔巖礦芯，在施工完成之后，將其交付于項(xiàng)目小組進(jìn)行管理。在該項(xiàng)目竣工后，將其運(yùn)回至巖心庫(kù)內(nèi)儲(chǔ)存，不可出現(xiàn)減少。

（2）測(cè)量鉆孔彎曲度

在進(jìn)行鉆探時(shí)，或者實(shí)現(xiàn)終孔之前，應(yīng)基于相關(guān)的測(cè)量規(guī)定，對(duì)鉆孔的頂角以及方位角進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，進(jìn)而明確其在深部所處的方位。在對(duì)其彎曲度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，建議在開孔50米進(jìn)行一次測(cè)量，之后可以每100米進(jìn)行一次測(cè)量。與此同時(shí)，必須要對(duì)彎曲度進(jìn)行合理控制，應(yīng)達(dá)到每一百米不超過1°鉆孔方位角偏斜距離的允許范圍不能超過勘探線間距的五分之一。

（3）校正孔深

在進(jìn)行校正孔深的過程中，應(yīng)與測(cè)斜同步進(jìn)行，測(cè)量鉆桿的誤差是：1/千。每當(dāng)鉆進(jìn)一百米或者在重要礦體等應(yīng)用鋼卷尺對(duì)鉆具進(jìn)行測(cè)量，對(duì)其孔深進(jìn)行驗(yàn)證后所產(chǎn)生的誤差不可高于0.001%。所應(yīng)用的鉆具一般均為鋼尺，在進(jìn)行校正時(shí)，一般分成兩個(gè)階段，即下鉆前與提鉆后，誤差不可高于0.1 m，不然則需要重新操作，若是誤差超過0.2 m，則需要了解出現(xiàn)問題的原因，及時(shí)改正錯(cuò)誤。

（4）簡(jiǎn)易水文觀測(cè)

每班在對(duì)水位進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，至少要1～2回次。在此過程中，下鉆前與提鉆后對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量，間隔為5 min。在鉆進(jìn)時(shí)將會(huì)面臨很多情況，包括涌水、漏水、涌砂以及掉塊等，這時(shí)候必須要正確計(jì)入其深度。

（5）原始資料以及班報(bào)表

在進(jìn)行鉆探時(shí)所產(chǎn)生的原始記錄尤為關(guān)鍵，能夠使整個(gè)施工流程得到全面反映，同時(shí)也是制作地質(zhì)報(bào)表必不可少的重要組成部分，是對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行分析的基本材料，也可以為今后各項(xiàng)工作的展開提供有力參考。對(duì)于原始表來(lái)說(shuō)，應(yīng)符合以下幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即：及時(shí)性、準(zhǔn)確性、有效性以及整潔性。必須要在施工現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)錄入，由機(jī)長(zhǎng)進(jìn)行簽字，完成終孔之后對(duì)其進(jìn)行整理。

（6）封孔

在施工建設(shè)期間，若想進(jìn)行終孔、封孔施工，則需要由相關(guān)負(fù)責(zé)人簽訂通知書方可開展；完成終孔后，全部所鉆孔都應(yīng)該依照流程而實(shí)現(xiàn)封孔處理。在通知書中應(yīng)明確各個(gè)鉆孔的封孔段范疇以及技術(shù)要求等。

3 施工難點(diǎn)及鉆孔情況

3.1 施工難點(diǎn)

（1）地層上部第四系覆蓋層較松散，為砂巖、含礫砂巖、泥巖、含礫泥巖、硅藻泥，礫石粒徑大小不一，膠結(jié)松散，在進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，極易在礫石層出現(xiàn)坍塌以及漏失的情況，并且在砂土中也容易出坍塌，在粘土中則容易出現(xiàn)縮徑套管無(wú)法提起等情況。

（2）通過對(duì)礦區(qū)巖層進(jìn)行分析，其具有極高的強(qiáng)度與硬度，可鉆性級(jí)別為10～11級(jí)，所具有的石英含量比較高，研磨性相對(duì)比較差，在進(jìn)行鉆進(jìn)操作時(shí)，打滑情況十分常見，特別是在鉆遇到花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英巖易出現(xiàn)卡鉆等情況。

（3）在進(jìn)行鉆進(jìn)施工時(shí)，如果在蝕變帶以及構(gòu)造破碎帶條件下進(jìn)行，巖石的軟度與硬度不均勻，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，孔壁出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，極易出現(xiàn)卡鉆等情況。

3.2 鉆孔情況

根據(jù)激電測(cè)深異常電阻率高阻確定鉆孔施工位置，地質(zhì)效果向兩側(cè)或深部展開，控制礦體延深、產(chǎn)狀。直孔鉆進(jìn)，開孔直徑110 mm，終孔直徑75 mm，開孔傾角90o,設(shè)計(jì)鉆探300～1 000 m。

4 鉆進(jìn)設(shè)備及工藝

4.1 鉆進(jìn)設(shè)備

通過對(duì)該礦區(qū)鉆孔進(jìn)行分析后可知，其設(shè)計(jì)深度一般介于300～1 000 m這一范圍內(nèi)，所應(yīng)用的鉆機(jī)是XY-4型（配45kw電動(dòng)機(jī)）和 XY-6B型（配75 kw電動(dòng)機(jī)），XY-4泥漿泵沖洗液泵為BW-125型（配15 kw電動(dòng)機(jī)），鉆塔SGX-12.5型鉆塔型鉆塔，SJ-1繩索絞車，XY-6B泥漿泵沖洗液泵選擇應(yīng)用的是 NBB-260/7 型，鉆塔選擇應(yīng)用的是SGZ-23 型，擰管機(jī)、攪拌機(jī)等。設(shè)備組成表見圖（表1）

4.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

（1）0～6.00 m,110 mm鉆具施工，下108 mm套管，保證上部地層穩(wěn)定.

（2）6.00～30.00 m,用91 mm鉆具施工，下飽89 mm套管，對(duì)含水層以及坍塌區(qū)域起到保護(hù)作用。

（3）30.00 m-終孔，選擇應(yīng)用S75繩索取芯方法進(jìn)行處理，飽75 mm鉆具施工，鉆頭成孔。

4.3 鉆探工藝

4.3.1 鉆機(jī)工作原理

巖心鉆機(jī)基本原理：借助動(dòng)力機(jī)械動(dòng)力，帶動(dòng)鉆具破碎巖石，向地殼鉆進(jìn)的過程。工作區(qū)以XY-4為例，鉆機(jī)基本構(gòu)成及功用見圖（表2）。

4.3.2 鉆進(jìn)參數(shù)的選擇

（1）鉆壓的選擇

在進(jìn)行鉆進(jìn)施工時(shí)，當(dāng)鉆壓提升后，金剛石的磨損量也會(huì)隨之顯著上升。通過對(duì)繩索取心鉆頭胎體壁進(jìn)行分析后可知，與常規(guī)鉆頭相比要更厚2 mm，所以對(duì)于繩索取心鉆進(jìn)環(huán)狀克取面積來(lái)說(shuō)，與普通的取心鉆進(jìn)顯著提升了10%不止。在該孔中，所應(yīng)用的為孕鑲金剛石鉆頭，基于地層的真實(shí)狀況進(jìn)行考慮，正?？纂A段75 mm口徑鉆壓選擇為11～14 KN。

（2）鉆頭參數(shù)

在選擇鉆頭時(shí)，應(yīng)基于地層狀況考慮，采用直徑與胎體硬度符合標(biāo)準(zhǔn)的金剛石鉆頭，進(jìn)而提升其應(yīng)用年限與運(yùn)行效率。通過對(duì)第四系覆蓋層進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，其可鉆性等級(jí)相對(duì)比較低，所采用的金剛鉆頭一般為胎體硬度HRC40-50，且粒度大約 50 ，提升其鉆探進(jìn)尺。針對(duì)硬度較高的二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英巖等，巖石具有一定的可鉆性，且等級(jí)比較高，能夠應(yīng)用的金剛石鉆頭應(yīng)滿足這一要求，即胎體硬度 HRC25-35、粒度達(dá)到80目。胎體的硬度適當(dāng)，底端則極易出刃，進(jìn)而使鉆進(jìn)效率得到顯著提升。當(dāng)孔徑存在差異時(shí)，所應(yīng)用的鉆頭直徑必須要高于常規(guī)直徑，通常情況下，在進(jìn)行操作時(shí)，飽115 mm鉆頭和飽110 mm鉆頭的適配性比較高；飽104 mm 鉆頭和飽89 mm 鉆頭的適配性比較高；飽78 mm鉆頭與飽75 mm鉆頭的適配性比較高。對(duì)于環(huán)狀間隙來(lái)說(shuō)，必須要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，這樣一來(lái)則可對(duì)鉆進(jìn)效率的提升產(chǎn)生有利影響，同時(shí)也便于套管下入。從某種程度上來(lái)看，也可產(chǎn)生防止孔壁縮徑等孔內(nèi)故障的情況，與此同時(shí)起下鉆也會(huì)更加順利。金剛石鉆頭磨損情況分析見圖（表3）

表 1 設(shè)備組成Table 1 Equipment composition

表 2 鉆機(jī)基本構(gòu)成及功用Table 2 Basic structure and function of drilling rig

（3）轉(zhuǎn)速的選擇

在進(jìn)行操作的過程中，轉(zhuǎn)速將會(huì)對(duì)繩索取心金剛石的鉆進(jìn)速度產(chǎn)生決定性影響，必須要對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理把控，不管是太快還是太慢，均會(huì)產(chǎn)生很多不利因素。針對(duì)孕鑲金剛石鉆頭而言，一般其圓周線轉(zhuǎn)速介于1.5～3 m/s這一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)即可，針對(duì)表鑲金剛石鉆頭來(lái)說(shuō)，一般介于 1～2 m/s這一標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)比較適當(dāng)。結(jié)合實(shí)際狀況進(jìn)行考慮，這一孔飽75 mm的轉(zhuǎn)速是500～800 r/min飽91 mm 轉(zhuǎn)速則是400～700 r/min.

4.4 沖洗液的配置和要求

4.4.1 適當(dāng)?shù)拿芏?/p>

在施工期間，如果鉆開了地層，地應(yīng)力將會(huì)得到釋放，對(duì)于孔內(nèi)沖洗液來(lái)說(shuō)，其在孔壁的壓力產(chǎn)生作用，對(duì)所鉆巖層之前對(duì)孔壁巖石的壓力產(chǎn)生了取代作用，使地層與之前應(yīng)力的均衡受到了破壞，導(dǎo)致孔壁四周應(yīng)力的分布結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，為了提高地層的穩(wěn)定性，必須要應(yīng)用適當(dāng)?shù)臎_洗液而致使孔內(nèi)沖洗液柱和地層壓力之間呈現(xiàn)為均衡狀態(tài)，進(jìn)而避免圍巖對(duì)孔壁產(chǎn)生過多壓力，致使坍塌現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.4.2 有較好的護(hù)壁防砂性能

通過選擇應(yīng)用聚合物低固相沖洗液進(jìn)行操作后，能夠使井壁的穩(wěn)定性得到顯著提升，效果較佳。選用的聚合物具有一定的抑制性，能夠?qū)趲r粉與粘土的分散與吸水膨脹顯著得到有效抑制。若想提高攜砂排砂效果，則必須要具備以下幾個(gè)條件，即：東茄梨比較高、塑料粘度比較低、粘度政正常，其具有多種優(yōu)勢(shì)特征，包括潤(rùn)滑性以及流變性較佳等。

4.4.3 沖洗液配置

在應(yīng)用XY-4型繩索取芯鉆，應(yīng)盡可能選擇應(yīng)用無(wú)固相沖洗液或者是清水，盡量防止出現(xiàn)設(shè)備內(nèi)壁結(jié)垢的情況。在該礦區(qū)中，基巖地層基本上均呈現(xiàn)為單一穩(wěn)定的狀態(tài)，并且比較完整，與此同時(shí)，也能使鉆探進(jìn)尺的運(yùn)行效率得到顯著提升，大約提升了50%左右。針對(duì)破碎以及漏失嚴(yán)重地層而言，可以選擇應(yīng)用低固相沖洗液進(jìn)行操作，這樣的話則能夠使孔壁的穩(wěn)定性得到保障，使漏失量下降，回次進(jìn)尺長(zhǎng)度顯著提升，降低了提鉆頻率，滿足繩索取芯液動(dòng)潛孔錘所需的條件，提高工作效率。

表 3 金剛石鉆頭磨損情況分析Table 3 Analysis of diamond drill wear

4.4.4 沖洗液的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)

沖洗液材料一定要準(zhǔn)確計(jì)量，沖洗液的使用和維護(hù)不好將會(huì)造成孔內(nèi)重大事故。 定時(shí)、定人對(duì)返漿性能進(jìn)行認(rèn)真測(cè)試，并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)處理，有機(jī)處理劑要先浸泡依順序加入，先無(wú)機(jī)處理劑后有機(jī)處理劑，先分子量小的再分子量大的，需要用熱水的一定要用熱水浸泡，要保證足夠的浸泡時(shí)間，使處理劑浸泡充分，再用攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢琛?沖洗液使用過程，要勤測(cè)量并認(rèn)真記錄，防止其他液體混入。發(fā)現(xiàn)性能不符合要求時(shí)要及時(shí)調(diào)整，應(yīng)根據(jù)地層情況及時(shí)調(diào)整漿泥或配置新漿液替換、補(bǔ)充，以滿足鉆進(jìn)施工需要，但不能隨加入清水進(jìn)行稀釋沖洗液，確保沖洗液性能穩(wěn)定。處理劑存放要得當(dāng)，防止自然條件和人為原因?qū)_洗液的侵害，以免處理劑性能發(fā)生變化，從而影響泥漿。

5 施工效果

該項(xiàng)目通過前期物化探掃面確定異常區(qū)域，通過鉆探手段驗(yàn)證異常，設(shè)計(jì)孔均在各自方向上穿過目標(biāo)靶點(diǎn)，證實(shí)該區(qū)域?qū)儆谄扑槲g變帶成礦類型，金賦予破碎蝕變帶以及石英脈中。該項(xiàng)目在施工的過程中，各方面均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，并掌握了該區(qū)域鉆進(jìn)參數(shù)。

6 結(jié)論

在黑龍江嫩北農(nóng)場(chǎng)礦區(qū)在進(jìn)行普查施工時(shí)，選擇應(yīng)用繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行操作，其具有多種優(yōu)勢(shì)，不管是鉆進(jìn)時(shí)效，亦或者是巖心采取率，均得到了顯著提升；巖心擁堵的頻率降低，純鉆時(shí)間的應(yīng)用效率提升，明顯縮短了輔助時(shí)間與項(xiàng)目工期。通過對(duì)該礦區(qū)進(jìn)行分析后可發(fā)現(xiàn)，其局部巖石具有如下特點(diǎn)，即：致密、堅(jiān)硬以及可鉆性級(jí)別比較高等，在選用此種工藝方法后，能夠顯著延長(zhǎng)鉆頭的應(yīng)用年限，減少成本費(fèi)用的支出，具有良好的市場(chǎng)效益，可以在今后的施工中對(duì)其進(jìn)行廣泛的推廣及應(yīng)用。

（1）通過進(jìn)行實(shí)踐后，不僅積累了鉆探工藝的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，也對(duì)今后各項(xiàng)工作的開展創(chuàng)造了有力條件。

（2）對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，正確選擇套管以及鉆頭級(jí)別，對(duì)其下入深度進(jìn)行合理設(shè)定，能夠有效提升鉆進(jìn)效率。

（3）應(yīng)基于不同的地層狀況進(jìn)行充分考慮，科學(xué)選擇沖洗液與鉆頭，并且定期進(jìn)行檢驗(yàn)處理，可以使深孔鉆進(jìn)的效果更加明顯，在進(jìn)行操作的過程中，對(duì)巖層的變化進(jìn)行觀察時(shí)，不但要基于鉆孔的加深情況進(jìn)行考慮，同時(shí)也要對(duì)沖洗液的配方與類型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

（4）結(jié)合當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，淺表礦產(chǎn)的可采儲(chǔ)量越來(lái)越少，已經(jīng)面臨枯竭狀況，而朝著深部探礦已經(jīng)成為了大勢(shì)所趨。所以，對(duì)深部找礦的工藝流程進(jìn)行探討具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，也是我們今后研究的重要方向。

（5）在進(jìn)行施工之前，必須要對(duì)施工環(huán)境有著細(xì)致的了解，明確基本的施工條件，制定合理的工藝流程，嚴(yán)格遵循操作規(guī)范，提高工作人員的責(zé)任意識(shí)，勇于提出問題，并在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，防止在施工期間出現(xiàn)安全事故，這是鉆探施工成功的關(guān)鍵。