句容市大華山—西銀坑礦區(qū)巖芯鉆探施工技術(shù)

徐日勇，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，江蘇南京210007）

1 概述

大華山—西銀坑礦區(qū)從1962年開始勘探，經(jīng)過多年數(shù)次的勘探工作，獲取了銅鋅鐵等金屬礦體及硫等非金屬礦體若干，隨著我國(guó)工程建設(shè)的需要，對(duì)銅鋅鐵等金屬及硫等非金屬的需求不斷增加，對(duì)該礦區(qū)持續(xù)有效的勘探工作勢(shì)在必行；我單位通過招投標(biāo)承接了句容市大華山-西銀坑銅多金屬礦普查項(xiàng)目的巖芯鉆探工作，除從招標(biāo)文件及施工現(xiàn)場(chǎng)踏勘獲取的巖芯鉆探施工所需的信息外，施工項(xiàng)目部又對(duì)該礦區(qū)前期的巖芯鉆探施工資料進(jìn)行了收集，通過分析及研究，尋找出該項(xiàng)目的施工難點(diǎn)，運(yùn)用先進(jìn)的鉆探施工設(shè)備、合理的鉆探施工工藝、有效的沖洗液配置等手段，使項(xiàng)目得以順利實(shí)施，為今后在該區(qū)域巖芯鉆探施工提供借鑒。

2 礦區(qū)地質(zhì)情況

2.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)內(nèi)分布的地層為志留系墳頭組至三疊系青龍群，以及新生界第四系，地層由老至簡(jiǎn)詳述如下：

（1）志留系：墳頭組為黃綠色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾薄層狀細(xì)粒石英砂巖；高家邊組為灰綠色粉砂質(zhì)泥巖。

（2）泥盆系五通組：為灰白色厚層狀含礫石英砂巖、礫巖；灰白色厚層狀細(xì)粒石英砂巖夾少量砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖；黃灰色粉砂巖、粘土巖夾石英砂巖、灰質(zhì)頁(yè)巖，局部有透鏡、瘤狀褐鐵礦。

（3）石炭系：黃龍組上部為灰白、肉紅色厚層純灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，下部為粗晶灰?guī)r、硅質(zhì)巖；高驪山組為砂巖、頁(yè)巖、泥巖；和洲組為灰黃色厚層狀泥質(zhì)白云巖。

（4）二疊系：龍?zhí)督M為黑色炭質(zhì)、砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖、淺灰色薄層狀長(zhǎng)石石英砂巖夾透鏡狀灰?guī)r；棲霞組為塊狀瀝青質(zhì)灰?guī)r，夾生物碎屑鈣質(zhì)頁(yè)巖，硅質(zhì)巖夾透鏡狀灰?guī)r，厚層狀灰?guī)r，結(jié)核狀、透鏡狀、條帶狀硅質(zhì)巖體、碎屑泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)頁(yè)巖，薄層狀硅質(zhì)巖夾透鏡狀灰?guī)r。

（5）三疊系：為中下統(tǒng)青龍群地層，上青龍群為薄—中層狀灰?guī)r，泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r；下青龍群由塊狀、中層狀灰?guī)r和頁(yè)巖、泥巖夾薄層狀灰?guī)r組成。

（6）第四系：由砂巖、少量灰?guī)r碎塊、棕色亞粘土及植被組成。

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

（1）褶皺構(gòu)造：礦區(qū)位于東西向背斜南翼，地層總體向南陡傾。

（2）斷裂構(gòu)造：縱向斷裂構(gòu)造走向近東西向，隨褶皺而生成，長(zhǎng)約8km，產(chǎn)于泥盆系五通組頂部和二疊系棲霞組灰?guī)r之間，斷層面傾向南，傾角80°～88°，局部向北傾，傾角較陡。該類斷層在地表的跡象不明顯，但深部經(jīng)鉆探驗(yàn)證該類斷裂是存在的；橫向斷裂構(gòu)造北西向和北北東向，在地貌上表現(xiàn)為一大的沖溝，地層沿走向有錯(cuò)開不連續(xù)現(xiàn)象。

（3）接觸帶構(gòu)造：東培山至猴子石一帶存在大面積的志留系地層與巖體的接觸帶，以及巖體中大量捕擄體的接觸帶。

（4）巖體邊部微裂隙構(gòu)造：巖體邊部的微裂隙構(gòu)造較為發(fā)育。

2.3 礦區(qū)巖漿巖

（1）侵入巖：本區(qū)域巖漿巖侵入體有斑狀花崗閃長(zhǎng)巖—花崗閃長(zhǎng)斑巖和二長(zhǎng)花崗斑巖2種。

（2）脈巖：本區(qū)域主要脈巖有石英閃長(zhǎng)斑巖、角閃閃長(zhǎng)玢巖、石英二長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)細(xì)晶巖、斜長(zhǎng)霏細(xì)斑巖、鈉長(zhǎng)斑巖、拉輝煌斑巖、閃斜煌斑巖、花崗巖等9種。

通過以上地質(zhì)資料的收集可以看出，本礦區(qū)巖芯鉆探施工中將鉆遇到的主要堅(jiān)硬巖石包括：斑狀花崗閃長(zhǎng)巖—花崗閃長(zhǎng)斑巖等及石英閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖等，由于該區(qū)域褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、接觸帶構(gòu)造等構(gòu)造現(xiàn)象的存在，同時(shí)疊加鉀化、青磐巖化等蝕變現(xiàn)象，在巖芯鉆探施工中將可能出現(xiàn)巖石堅(jiān)硬，斷裂或接觸帶構(gòu)造產(chǎn)生的地層破碎漏失、縮徑坍塌，地層傾角較陡產(chǎn)生的鉆孔順層跑斜等巖芯鉆探施工難題。

3 鉆孔技術(shù)及質(zhì)量要求

3.1 巖礦芯采取率

全孔取芯，巖芯平均采取率達(dá)到75%以上，礦芯和近礦圍巖平均采取率應(yīng)達(dá)到80%以上，礦芯單回次采取率不小于80%。

3.2 鉆孔彎曲度與測(cè)量間距

設(shè)計(jì)或?qū)崪y(cè)鉆孔頂角不大于3°時(shí)，每鉆進(jìn)100m測(cè)一次頂角（不測(cè)方位角）；頂角大于3°時(shí)，每鉆進(jìn)50m測(cè)一次頂角和方位角，直孔施工每鉆進(jìn)100m頂角偏斜不應(yīng)超過2°，斜孔施工每鉆進(jìn)100m頂角偏斜不應(yīng)超過3°。

3.3 孔深誤差測(cè)量與校正

每鉆進(jìn)100m測(cè)孔深一次，進(jìn)、出礦層、下套管前和終孔后必須進(jìn)行孔深校正。

3.4 鉆孔結(jié)構(gòu)

終孔孔徑應(yīng)不小于?75mm。

4 鉆探施工難點(diǎn)

（1）巖石的差異性，礦區(qū)內(nèi)除正常地層序列的巖石外，可能還有花崗閃長(zhǎng)巖—花崗閃長(zhǎng)斑巖等侵入巖漿巖及石英閃長(zhǎng)斑巖等脈巖的存在，同時(shí)具有褶皺、斷裂及接觸帶等構(gòu)造現(xiàn)象，使巖芯鉆探施工鉆遇的巖石出現(xiàn)較大的差異性。

（2）地層的破碎漏失性，在該礦區(qū)地層的斷裂和不整合接觸帶部位，極有可能地層呈現(xiàn)破碎狀態(tài)，地層中的泥盆系五通組石英砂巖、礫巖等有較好的透水性，石炭系黃龍組的灰?guī)r有可能出現(xiàn)溶洞現(xiàn)象，使巖芯鉆探施工中的沖洗液出現(xiàn)大面積的漏失。

（3）地層巖石的膨脹性，在該礦區(qū)地層有可能出現(xiàn)石炭系高驪山組的頁(yè)巖、泥巖，二疊系龍?zhí)督M的砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖等，該類型巖石具有遇水膨脹的現(xiàn)象，使巖芯鉆探施工中出現(xiàn)縮徑坍塌現(xiàn)象。

（4）地層的陡立性，產(chǎn)于泥盆系五通組頂部和二疊系棲霞組灰?guī)r之間的縱向斷裂構(gòu)造，傾角較陡，使巖芯鉆探施工中出現(xiàn)鉆孔跑斜現(xiàn)象。

（5）巖石的堅(jiān)硬性，礦區(qū)內(nèi)花崗閃長(zhǎng)巖及花崗閃長(zhǎng)斑巖的巖漿巖侵入體及石英閃長(zhǎng)斑巖及石英二長(zhǎng)斑巖的脈巖，其硬度分別達(dá)到9～10及8～9，使巖芯鉆探施工中出現(xiàn)進(jìn)尺速度慢、鉆頭擴(kuò)孔器消耗較快的現(xiàn)象，礦區(qū)內(nèi)堅(jiān)硬巖石主要機(jī)械物理性質(zhì)一覽表見表1。

表1 礦區(qū)內(nèi)堅(jiān)硬巖石主要機(jī)械物理性質(zhì)一覽表

5 鉆探施工工藝

5.1 施工設(shè)備

鉆機(jī)選用北京天和眾邦勘探技術(shù)有限公司生產(chǎn)的CSD-1800型全液壓動(dòng)力頭式巖芯鉆機(jī)，CSD-1800型全液壓動(dòng)力頭式巖芯鉆機(jī)的主要性能參數(shù)見表2。

表2 CSD-1800型全液壓動(dòng)力頭式巖芯鉆機(jī)主要性能參數(shù)表

泥漿泵選用衡陽(yáng)中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的BW-250型三缸單作用往復(fù)活塞泵，BW-250型三缸單作用往復(fù)活塞泵的主要性能參數(shù)見表3。

5.2 鉆孔結(jié)構(gòu)及鉆進(jìn)方法

基于該地區(qū)以往巖芯鉆探施工經(jīng)驗(yàn)的了解及本次鉆孔技術(shù)及質(zhì)量要求，結(jié)合上述鉆探施工難點(diǎn)的分析，本次巖芯鉆探施工鉆孔采用三開鉆孔結(jié)構(gòu)，鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見圖1，鉆進(jìn)方法主要采用金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝。

表3 BW-250型三缸單作用往復(fù)活塞泵主要性能參數(shù)表

具體施工方案包括：

（1）一開，采用?117mm單管合金鉆進(jìn)方法開孔，穿過第四系（表土）覆蓋層（0～10m左右），下入?114mm井口套管并進(jìn)行止水工作；

（2）二開，利用?95mm金剛石繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)穿過破碎帶至完整基巖（10～50m），下?89mm套管；

（3）三開，選用?76mm金剛石繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)鉆至終孔。

5.3 鉆具及鉆頭

鉆具鉆頭依據(jù)施工順序由上往下選用方案如下：

（1）第四系（表土）覆蓋層，采用?114mm單管鉆具及?117mm合金鉆頭；

（2）破碎地層，采用?95mm系列鉆具及孕鑲金剛石繩索取芯鉆頭；

（3）花崗閃長(zhǎng)玢巖及石英閃長(zhǎng)斑巖等基巖地層，采用?76mm系列鉆具及孕鑲金剛石繩索取芯鉆頭；

孕鑲金剛石繩索取芯鉆頭可選用40～60目，濃度為100%，HRC25°～35°高胎體長(zhǎng)壽命孕鑲金剛石鉆頭，可減少提鉆次數(shù)，增加提鉆間隔，降低輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

5.4 鉆進(jìn)參數(shù)

根據(jù)不同的地層條件及施工口徑選用不同的鉆進(jìn)參數(shù)值，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況加以調(diào)整，不同施工口徑的鉆進(jìn)參數(shù)詳見表4。

表4 鉆進(jìn)參數(shù)表

5.5 沖洗液

根據(jù)該礦區(qū)地層特點(diǎn)及以往巖芯鉆探施工經(jīng)驗(yàn)的了解，本次鉆孔技術(shù)及質(zhì)量要求，巖芯鉆探施工難點(diǎn)的掌握，沖洗液配置方案如下：

（1）一開、二開（第四系覆蓋層及破碎帶）采用低固相沖洗液系統(tǒng)，選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土并加入純堿、Na-CMC等添加劑的配方，其作用主要為保護(hù)孔壁，防止孔內(nèi)漏失、縮徑等孔內(nèi)事故隱患的存在，其性能控制為：粘度20～30s，pH值8～9.5，密度1.05～1.08g/cm3。

（2）三開（花崗閃長(zhǎng)玢巖及石英閃長(zhǎng)斑巖等基巖地層），采用無(wú)固相沖洗液系統(tǒng)，在清水中加入適量PAM、純堿及潤(rùn)滑劑等添加劑的配方，其作用主要為懸浮巖粉、保護(hù)孔壁、潤(rùn)滑鉆具等，其性能控制為：粘度為18～20s，pH值為7～8.5，密度為1.03～1.05g/cm3。

6 主要施工難點(diǎn)技術(shù)措施

6.1 破碎漏失地層

針對(duì)該類型地層可采取的方法為：如地層位置位于鉆孔的淺部時(shí)，可根據(jù)地層破碎程度采取擴(kuò)孔下套管法或水泥漿封孔法，待處理結(jié)束后掃孔繼續(xù)施工；如地層位置位于鉆孔深部時(shí)，可考慮配備低固相沖洗液，在選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土的基礎(chǔ)上，添加高濃度聚丙烯酰胺1%+鋸末屑等添加劑方案或著腐植酸鉀10%+植物膠10%+純堿1%等添加劑方案，可以達(dá)到較好的護(hù)壁效果。

6.2 縮徑坍塌地層

該類型地層關(guān)鍵在于防止地層巖石的水化作用，可考慮要使用固相沖洗液并配備適當(dāng)?shù)奶砑觿┻M(jìn)行施工，達(dá)到保護(hù)孔壁、防止水化作用，從而避免發(fā)生地層縮徑坍塌現(xiàn)象。

6.3 鉆孔跑斜地層

針對(duì)該類型地層可采用繩索取芯鉆進(jìn)工藝，因鉆具鉆桿與其鉆孔孔壁的環(huán)狀間隙較小，使其具有較好的導(dǎo)正作用，同時(shí)還應(yīng)采取以下措施，防止鉆孔跑斜現(xiàn)象的發(fā)生。

（1）加強(qiáng)機(jī)臺(tái)生產(chǎn)技術(shù)管理，增強(qiáng)工作人員責(zé)任心；嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度，遵守施工方案及操作規(guī)程，杜絕違章作業(yè)。

（2）當(dāng)出現(xiàn)繩索取芯鉆桿磨損大于1mm，螺紋副出現(xiàn)曠動(dòng)，螺紋磨損出現(xiàn)嚴(yán)重裂紋，鉆桿體偏磨嚴(yán)重等現(xiàn)象時(shí)，則嚴(yán)禁下入孔內(nèi)。

（3）提下鉆要平穩(wěn)，合理控制速度，提鉆過程應(yīng)及時(shí)回灌，特別是在斷層、接觸帶等構(gòu)造存在及巖層破碎的孔段更應(yīng)引起重視，當(dāng)孔深超過500m時(shí)下鉆應(yīng)使用水剎系統(tǒng)。

6.4 堅(jiān)硬巖層

該類型地層主要是由于鉆頭胎體硬度不適合刻取巖石，鉆頭金剛石不出刃等現(xiàn)象而產(chǎn)生的，針對(duì)該種現(xiàn)象可采用硫酸燒或打磨鉆頭胎體、孔內(nèi)投入磨料等技術(shù)手段加以解決。

7 結(jié)論及建議

句容市大華山—西銀坑礦區(qū)巖芯鉆探項(xiàng)目共施工鉆孔5個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺2740m，巖芯鉆探施工質(zhì)量、安全、環(huán)保等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)及相關(guān)要求，取得的在該地區(qū)巖芯鉆探項(xiàng)目施工的經(jīng)驗(yàn)，探索出類似地區(qū)有針對(duì)性的項(xiàng)目實(shí)施方案，通過對(duì)先進(jìn)鉆探施工設(shè)備的使用、鉆探施工工藝技術(shù)的實(shí)施、有效的沖洗液配置的運(yùn)用等手段，使項(xiàng)目得以順利實(shí)施，為今后在類似區(qū)域巖芯鉆探施工提供借鑒，同時(shí)提出以下建議供同行們共同探討：

（1）對(duì)于漏失量中—大的鉆孔，可加大沖洗液濃度直接從孔口倒入孔內(nèi)，再利用泥漿泵送至漏失處進(jìn)行封堵，也可考慮采用水泥封孔或下入套管（飛管）等措施。

（2）鉆進(jìn)參數(shù)的選擇上，應(yīng)充分考慮地層的特點(diǎn)及各個(gè)參數(shù)間的匹配關(guān)系，結(jié)合不同的巖石進(jìn)行靈活應(yīng)用。

（3）在解決堅(jiān)硬巖石問題上，除使用上述的技術(shù)方法外，也可試用“繩索取芯液動(dòng)潛孔錘”鉆探工藝技術(shù)。