紅格、蘭尖、朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX繩索取心式液動錘生產(chǎn)試驗及推廣應(yīng)用

高飛，徐柳，楊芝廣，羅思賢，李龍，張開林

紅格、蘭尖、朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX繩索取心式液動錘生產(chǎn)試驗及推廣應(yīng)用

高飛，徐柳，楊芝廣，羅思賢，李龍，張開林

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局106地質(zhì)隊，四川 溫江 611130）

攀西釩鈦磁鐵礦區(qū)深部及外圍普查項目實施中，在破碎、堅硬、打滑地層鉆進及大斷層、斷層破碎帶穿越，使用普通繩索取心鉆進，施工周期、效率、效益都受到嚴(yán)重影響。項目組嘗試多種新型鉆進技術(shù)工藝及技術(shù)關(guān)鍵，2013年優(yōu)選國土資源部勘探技術(shù)研究所研制的SYZX96和SYZX75繩索取心式液動錘，集繩索取芯與液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進為一體，在堅硬“打滑”地層和破碎地層中具有鉆進效率高、鉆孔質(zhì)量好、巖芯采取率高、鉆探成本低，鉆進技術(shù)工藝等方面取得了突破性進展，達(dá)到了預(yù)期目的，值得推廣。

整裝勘查；破碎、堅硬、打滑地層；繩索取心式液動錘；

1 概述

攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦為我國特大型礦床，上世紀(jì)70年代和80年代就進行過勘查，取得了攀西地區(qū)釩鈦磁鐵礦的重大突破。為探明深部及外圍礦產(chǎn)儲量，從2010年8月起至2014年10月，實施了攀西釩鈦磁鐵礦區(qū)深部及外圍普查項目。

四年整裝勘查實施期間，實施鉆孔中對破碎、堅硬、打滑地層的鉆進，及大斷層、斷層破碎帶的穿越，使用普通繩索取心鉆進時，施工周期、效率、效益都受到嚴(yán)重影響。我隊探礦技術(shù)組探尋、嘗試各種新型鉆進技術(shù)工藝。在總結(jié)以往技術(shù)方法，圍繞技術(shù)關(guān)鍵，發(fā)揮我隊在金剛石沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)方面的優(yōu)勢；并在2013年優(yōu)選國土資源部勘探技術(shù)研究所研制的SYZX96和SYZX75繩索取心式液動錘，在四川省鹽邊縣、會理縣紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)深部及外圍普查和四川省攀枝花市攀鋼蘭尖、朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)延伸勘探項目中，進行生產(chǎn)試驗及推廣應(yīng)用，施工鉆孔20個，累計完成工作量8 224.70m。生產(chǎn)試驗及推廣應(yīng)用數(shù)據(jù)反應(yīng)，在鉆孔質(zhì)量、鉆探效率取得突破性進展。效果明顯、經(jīng)濟效益良好，達(dá)到了預(yù)期目的。

通過生產(chǎn)試驗及推廣應(yīng)用工作，SYZX96和SYZX75繩索取心式液動錘在兩礦區(qū)完成的鉆探主要工作量及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1。

表1 SYZX系列繩取液動錘兩礦區(qū)完成工作量情況

2 礦區(qū)地質(zhì)條件

2.1 紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)

位于鹽邊縣城南西225°方向，平距約13km。地理坐標(biāo)：東徑101°59′25″，北緯26°37′37″，面積13.63km2。

詳查工作針對紅格釩鈦磁鐵礦深部及近其外圍，分布于紅格基性—超基性賦礦巖體中南段。

區(qū)內(nèi)出露地層主要有：

第四系（Q）：河流沖積、重力堆積、坡洪積、殘坡積等。堆積層為粘土、砂、礫石等；厚度幾米至數(shù)十米。

第三系昔格達(dá)組（N2X）：為湖相及小型盆地沉積?；疑?、灰白色粘土巖、砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)巖互層。中部夾炭質(zhì)頁巖，底部具一至數(shù)米厚雜性礫巖組成。與下伏巖層呈角度不整合接觸，厚度數(shù)米到226m。

二疊系峨眉山玄武巖（P2）：為一套暗綠色、灰綠色熔巖，凝灰?guī)r及火山角礫巖組成。具斑狀、塊狀、氣孔狀構(gòu)造?？拷V巖體處常有含礦巖體的俘虜體，具輝綠結(jié)構(gòu)的玄武巖（輝綠輝長巖）呈巖枝、巖脈貫入含礦巖體之中。

震旦系燈影組（Zbdn）：上部為灰白色、灰色薄至中厚層大理巖夾長巖砂巖，下部為灰至灰白色白云質(zhì)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r夾大理巖、石英砂巖，多構(gòu)成含礦巖體底板或含礦巖體侵入于大理巖之中，厚度415～804m。

礦區(qū)位于川滇南北向構(gòu)造之昔格達(dá)與安寧河兩大斷裂帶間的“地塊”，分布在米易至紅格地段。含礦體受昔格達(dá)斷裂的控制。南北向壓扭性斷裂多次活動的區(qū)域構(gòu)造背景，反咉本區(qū)經(jīng)受了不同時期、不同性質(zhì)、不同規(guī)模的復(fù)雜的構(gòu)造運動及相關(guān)構(gòu)造形跡廣泛發(fā)育，形成斷層多、長，斷裂破碎帶寬的特征。主干斷裂自東向西由密變稀，呈舒緩波狀南北向展布，斷裂結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，一般傾向東、陡傾角，多呈現(xiàn)壓扭性跡象。強裂的地質(zhì)構(gòu)造運動，造成了破碎地層、漏水、涌水、斷層等的鉆探技術(shù)需解決的難題。

礦區(qū)巖漿巖主要有輝綠輝長巖（具輝綠輝長巖結(jié)構(gòu)的玄武巖）、輝綠巖、正長巖、花崗巖，峨眉山玄武巖、花崗閃長巖、石英二長巖等。

2.2 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)

位于攀枝花市北東33°方向東區(qū)銀江鎮(zhèn)境內(nèi)，直距約11km。中心地理坐標(biāo)：東徑101°41′00″～101°46′30″，北緯26°35′00″～26°39′30″。

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，東部及中部位于揚子陸塊西南緣，包括鹽源-麗江前陸逆沖-推覆帶（龍門山-錦屏山陸內(nèi)造山帶）、康滇地塊、上揚子地塊三部分。中部的康滇地塊（康滇地軸）演化歷史長，構(gòu)造最為復(fù)雜，由磨盤山、安寧河、小江等南北向斷裂帶與其間的基底和蓋層組成，由結(jié)晶基底、褶皺基底和蓋層構(gòu)成三層結(jié)構(gòu)。主構(gòu)造線分別為近東西向（卵形）和近南北向，分別定型于印支期和晉寧期；蓋層構(gòu)造以南北向較寬緩褶皺和斷裂為主，定型于喜馬拉雅期。

區(qū)內(nèi)以南北向構(gòu)造占主導(dǎo)地位，其次為東西向構(gòu)造。南北向構(gòu)造在區(qū)內(nèi)為一系列南北向或近于南北向斷裂或斷裂帶及南北向褶皺組成，同時發(fā)育一系列北北東向、北北西向剪切斷裂，構(gòu)成南北構(gòu)造帶。這個構(gòu)造帶發(fā)生于晉寧期，經(jīng)歷了澄江期、加里東期、華力西期、印支期和燕山期等，形成以褶皺及沖斷裂為主的南北向先張后壓構(gòu)造帶。構(gòu)造帶斷裂主要有金河—箐河斷裂、攀枝花斷裂、昔格達(dá)斷裂、安寧河斷裂等。

攀枝花釩鈦磁鐵礦賦存于華里西期攀枝花層狀輝長巖體中，受斷裂控制。走向為北東（NE30°），傾向北西，傾角一般40°～60°，巖體長約19km，出露寬度2～3km，面積約40km2。含礦巖體規(guī)模較大，釩鈦磁鐵礦規(guī)模巨大，呈似層狀礦體，層位穩(wěn)定，自東北向西南可分為朱家包包、蘭家火山、尖包包、倒馬坎、公山、納拉箐等六個礦段，其中朱家包包、蘭家火山、尖包包三個礦段礦層厚、質(zhì)量好，占全區(qū)儲量95%，是主要開采對象。

3 SYXZ液動錘沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)條件與技術(shù)措施

3.1 鉆探設(shè)備

鉆機：HXY-6、HXY-5、XY-44、XY-4

鉆塔：SGZ18、SGZ13

泥漿泵：BW300、BW250

繩取絞車：1000m、1500m、2000m絞車

繩取夾持器：自重式、木馬式

動力：6108型、295型、1115型

鉆桿：SA75ZD、SA95

表2 SYZX繩索取心式液動錘鉆具主要技術(shù)性能參數(shù)

3.2 繩索取心金剛石液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)

繩索取心鉆探以其少提大鉆增加純鉆進時間，提高臺月效率，減輕勞動強度等優(yōu)勢獲得廣泛的應(yīng)用。存在破碎巖層巖心易堵塞，回次進尺短，打撈頻繁，純鉆進時間少，臺月效率低等問題；繩索取心鉆探用鉆頭因底唇面較厚，刻取巖石面積較大，尤其鉆進堅硬打滑巖層，效率低下。是待解決的突出問題。

我隊“七五”期間完成地礦部重點科研項目“液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進配套工藝研究及大規(guī)模推廣使用”和“八五”期間完成四川地礦局“四川巖金礦鉆探取心配套技術(shù)的研究與應(yīng)用”項目。先后在釩鈦磁鐵礦、錳礦、銅鎳礦、鋁土礦、石墨礦、富鐵礦、巖金礦大小11個礦區(qū)應(yīng)用，累計完成鉆探工作量152 258m，鉆孔367個。鉆孔質(zhì)量及鉆進效率得到大幅度提高，普通金剛石液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)是我隊的主要優(yōu)勢與強項。本項目研究應(yīng)用是將這一先進鉆探技術(shù)，擴大應(yīng)用到繩索取心鉆探技術(shù)上;使繩索取心技術(shù)與液動沖擊回轉(zhuǎn)技術(shù)有機相結(jié)合，進一步提升鉆孔質(zhì)量及鉆進效率，使鉆探技術(shù)再上臺階。

首先，對我隊原使用的傳統(tǒng)ZF-56型正作用、SX-56型雙作用、SX-75型雙作用、YZ-75單作用沖擊器進行分選。我隊技術(shù)人員、現(xiàn)場員工對其使用調(diào)試、操作比較熟練;但只能適用于普通金剛石鉆探技術(shù)，不能用于繩索取心技術(shù);限制其作用發(fā)揮。因而，我隊2013年引進國土資源部勘探技術(shù)研究所采用、取得兩項專利并經(jīng)科鉆1號井5000m深度3000余米鉆探進尺檢驗的YZX系列液動錘與繩索取心相結(jié)合，研制出SYZX96和SYZX75繩索取心液動錘技術(shù)。其主要技術(shù)性能參數(shù)如表2。

SYZK75和SYZX96繩索取心液動錘的基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同，只是尺寸有所不同。整套鉆具分為雙管和打撈器兩部分。

1）雙管包括外管總成和內(nèi)管總成。外管總成含彈卡擋頭、彈卡室、上擴孔器（內(nèi)裝上扶正環(huán)）、上外管、承沖環(huán)接頭（內(nèi)裝承沖環(huán)）、下外管、下擴孔器（內(nèi)裝下扶正環(huán)）和鉆頭；內(nèi)管總成包括打撈、彈卡、沖擊（YZX液動錘）、傳功和到位報信、緩沖、單動、上下分離、調(diào)節(jié)、巖心容納及卡取巖心等機構(gòu)組成。各機構(gòu)的工作原理詳見“SYZX系列繩索取心式液動錘使用指南”。

2）打撈器部分，打撈器與同規(guī)格繩索取心用打撈器相同。

SYZX繩索取心液動錘鉆具的使用方法跟同規(guī)格繩索取心鉆進基本相同，只是在鉆進參數(shù)的選擇上略有不同：

1）為使打撈工作能順利進行，打撈開始前應(yīng)開泵循環(huán)。防止巖粉沉在承沖環(huán)和傳功環(huán)之間，致使兩者無法分開，導(dǎo)致打撈失敗。

2）當(dāng)打撈器接近內(nèi)管總成時，要適當(dāng)減速，以防撈矛頭和打撈鉤受到過大的沖擊力而損壞。當(dāng)打撈器落在內(nèi)管總成上端時，孔口能聽到輕微撞擊聲，即可開始緩慢提升。在內(nèi)管總成提動后，再按正常速度提升。此時，如果鉆桿內(nèi)有大量的沖洗液流出，說明已打撈成功，否則應(yīng)停止提升，重新打撈。

3）從內(nèi)管取出巖心時，可從卡簧座或調(diào)節(jié)接頭卸開，用橡膠錘或木錘輕敲內(nèi)管，切勿用鐵器敲打，以免內(nèi)管產(chǎn)生凹坑，在鉆進時影響巖心進入；取出巖心后，要清洗和檢查內(nèi)管總成，然后重新組裝、備用。

4）在正?？讜r，可以將內(nèi)管總成從孔口處往鉆桿里投放，然后接機上鉆桿，開大泵量用沖洗液往下壓送，當(dāng)泵壓突然升高—液動錘正常工作，表明內(nèi)管總成已經(jīng)到位，可以開始正常鉆進。

5）在漏失地層鉆進時，應(yīng)先往孔內(nèi)注入沖洗液，等液面升到正常位置時再投放。如鉆孔嚴(yán)重漏失，孔內(nèi)無沖洗液（干孔）或液面很低（半干孔），應(yīng)用打撈器將內(nèi)管總成送入，以免撞壞鉆具和鉆頭，造成事故。

6）選擇鉆進參數(shù)時，繩索取心液動錘鉆進和普通的繩索取心鉆進，均為金剛石鉆進，故所用鉆壓、轉(zhuǎn)速基本相同或略低于普通繩索取心鉆進。一般鉆壓為8～12KN，最大鉆壓不超過15KN。嚴(yán)禁為了增加機械鉆速而一味加大鉆壓。

泵量與泵壓：繩索取心液動錘鉆進中的液動錘靠泥漿泵輸出的高壓液流驅(qū)動，在其工作范圍內(nèi)泵量越大，沖擊頻率、沖擊功也越高，所以在泥漿泵及鉆孔條件允許情況下，最好選用較大的泵量。隨著鉆孔深度的增加，鉆孔環(huán)狀空間產(chǎn)生的壓力降增大，為保證液動錘正常工作，可適當(dāng)降低泵量。泵壓的適用范圍為0.5～4.5MPa。但是，在適應(yīng)孔內(nèi)其他鉆進因素要求的情況下，隨著孔深的增加，同樣的地層鉆進所需的沖擊功也會增加，因此在深部孔段施工中應(yīng)盡量使液動錘的泵壓保持在工作范圍的較高值。

SYZX繩索取心液動錘對沖洗液的要求：沖洗液以清水+潤滑劑（無固相泥漿）為佳，低固相泥漿次之，即沖洗液中的固相含量越低，液動錘中的運動副磨損越慢，壽命越長，因此現(xiàn)場最好配備泥漿凈化設(shè)備。沒有，則應(yīng)盡可能增加泥漿沉淀回路長度，同時使泥漿泵進水的蓮蓬頭靠近泥漿液面。如果泥漿中需加入膨潤土等或高分子材料，則必須將泥漿攪拌均勻后才可使用。特別注意：因液動錘中運動副配合間隙很小，因此泥漿中禁止加入鋸末、錦籽殼、堵漏王等堵漏材料，同時注意泥漿的維護，及時將樹葉、塑料碎片、線頭等砸不斷、擠不爛的物質(zhì)清理干凈。

4 SYZX繩索取心液動錘生產(chǎn)試驗情況及技術(shù)經(jīng)濟效果

按照項目實施的安排，2013年下半年首先在紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)ZK13202鉆孔和ZK11424鉆孔采用SYZX96繩索取心液動錘進行小規(guī)模的生產(chǎn)試驗，現(xiàn)場試驗記錄的數(shù)據(jù)來看，使用效果非常好。通過研究分析，總結(jié)完善，2014年在紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)和攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)同時進行大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用試驗，通過進一步的檢驗應(yīng)用，證明其先進性、優(yōu)越性，同時也獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

4.1 SYZX繩索取心液動錘單孔試驗鉆進與普通繩索取心單孔鉆進各項技術(shù)指標(biāo)綜合對比見表3、表4:

表3 紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)不同鉆進方法試驗對比

表4 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)不同鉆進方法的生產(chǎn)應(yīng)用對比

4.2 SYZX96和SYZX75繩索取心液動錘在兩礦區(qū)純沖擊回轉(zhuǎn)鉆進各項技術(shù)指標(biāo)

表5、表6、表7反映紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)、攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)、攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)試驗完成情況:

表5 紅格釩鈦磁鐵礦區(qū)試驗完成情況

表6 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX96生產(chǎn)應(yīng)用完成情況

表7 攀鋼蘭尖—朱家包包釩鈦磁鐵礦區(qū)SYZX75生產(chǎn)應(yīng)用完成情況

4.3 取得綜合技術(shù)效果

在兩大釩鈦磁鐵礦區(qū)巖心鉆探中，應(yīng)用SYZX系列繩索取心式液動錘回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)，對解決鉆探技術(shù)存在問題，取得明顯的綜合技術(shù)效果。

1）由于繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，其沖擊力量始終保持沿鉆孔軸線作功，能減小巖石各向異性造成的鉆孔彎曲機率，對各向異性的地層，有效地降低鉆孔彎曲，因此，在兩礦區(qū)施工的鉆孔中，均設(shè)有出現(xiàn)鉆孔彎曲超差的問題。

2）由于繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)基本上消除了巖心堵塞，特別是破碎地層，避免了因堵塞造成的磨損，增加了回次進尺長度，提高了時間有效利用率；再配合優(yōu)質(zhì)沖洗液形成的吸附膠膜與隔水護壁作用，能起到良好的護心作用，合理的鉆具結(jié)構(gòu)，避免沖蝕，也不改選形成的巖礦心的分選，采取率都能達(dá)到90%以上，且品質(zhì)高、代表性強。

3）較高的能量利用率。由硬度較高的礦物和膠結(jié)物質(zhì)組成的8~9級以上的巖石，它的物理力度性質(zhì)而言，抗壓強度高脆性大，在沖擊荷載作用下，受較小的沖擊功即可破碎。因此，巖石的動硬度變比靜應(yīng)變更大，而沖擊荷載可以以較小的沖擊功產(chǎn)生很大的破碎力，這就是SYZX系列繩索取心液動沖擊器在高硬度地層中鉆進的突出優(yōu)點。

4）經(jīng)過生產(chǎn)試驗應(yīng)用綜合數(shù)據(jù)對比，SYZX系列繩索取心液動錘相比普通繩索取心鉆進，純鉆進時效提高35%以上，最高班進尺達(dá)到67.20m，回次進尺增加30%以上，成本降低15%以上，臺月效率提高30%以上，鉆頭使用壽命提高25%以上。

5）通過現(xiàn)場使用情況來看，該系列繩索取心沖擊器地層適應(yīng)性強，對沖洗液的適應(yīng)性也較強，工作穩(wěn)定性可靠性較高，易損件較少，能夠更好的適應(yīng)野外環(huán)境。

4.4 結(jié)論

1）繩索取芯液動錘是集繩索取芯與液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進為一體的較新鉆探技術(shù)，在堅硬“打滑”地層和破碎地層中具有鉆進效率高、鉆孔質(zhì)量好、巖芯采取率高、鉆探成本低等優(yōu)點，是值得推廣的高效鉆進新技術(shù)。

2）繩索取芯液動錘結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠，使用維修方便，易于推廣。

3）繩索取芯液動錘的推廣應(yīng)用，優(yōu)質(zhì)孔率增加，能取得良好的經(jīng)濟和社會效益。

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Production Test and Application of SYXZ Wire-Line Coring Hydro-Hammer in Hongge, Lanjian and Zhujiabaobao Ore Districts

GAO Fei XU Liu YANG Zhi-guang LUO Si-xian LI Long ZHANG Kai-lin

(No.106 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611130)

Production Test of SYXZ wire-line coring hydro-hammer carried in Yanbian, Hongge, Lanjian and Zhujiabaobao ore districts and so on in 2013 has achieved good results. Integrating the wire-line coring with the hydraulic impact rotary drilling, The SYXZ wire-line coring hydro-hammer is characterized by high drilling efficiency, good drilling quality, high core recovery rate and low drilling cost in drilling in hard -"slip" formation and fractured formation.

hard -"slip" and fractured formation; wire-line coring hydro-hammer; production test

2018-12-31

高飛（1984—），男，江蘇淮安人，工程師，研究方向：巖心鉆探施工

P642

A

1006-0995（2020）01-0068-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.015