深部找礦鉆探工程施工中的風(fēng)險評價

王家胤，陳禮儀，蔣 炳

（四川成都成都理工大學(xué)，四川 成都 610059）

淺層礦物和露頭的開采長期以來無法滿足我國對地質(zhì)礦物日益增長的需求。為應(yīng)對礦產(chǎn)儲量急劇下降的問題，近年出現(xiàn)了地質(zhì)礦產(chǎn)深度勘探的理論研究和實踐研究，以及巖心鉆進技術(shù)、定向鉆進技術(shù)、金剛石線技術(shù)、X射線熒光和低頻電磁技術(shù)等新技術(shù)。這些技術(shù)可以讓企業(yè)更好地開展地質(zhì)礦產(chǎn)勘查和深度管理，本文專門探討了這一問題。

1 我國深部地質(zhì)鉆探的現(xiàn)狀

目前，我國深部地質(zhì)礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)資源勘探的水平僅為1/3左右，其存在巨大的潛力?？碧焦ぷ髌骄疃葹?00m～500m，西方發(fā)達國家為800m。最稀有金屬和貴金屬被發(fā)現(xiàn)在數(shù)公里的深度。隨著勘探深度的增加，鉆井技術(shù)仍面臨許多需要解決的挑戰(zhàn)，巖心鉆探是地質(zhì)勘探的重要組成部分，因此加大探索地下礦物的力度。

除了地質(zhì)理論、地球物理地球化學(xué)勘探、遙感等檢測技術(shù)的先進應(yīng)用外，還需要利用巖心鉆探技術(shù)，通過實驗研究，提取地下資源，確定礦床的深度、品位和儲量，最終獲得有效的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)。

深井地質(zhì)腐蝕存在的主要問題：深井施工使用的輔助設(shè)備落后、更新緩慢和機械老化，落后的設(shè)備綜合效益低；缺乏完善的人力資源管理體系，尤其是缺乏中級鉆井技術(shù)人員，并且企業(yè)對技術(shù)創(chuàng)新的重視程度不高，生產(chǎn)線上鉆井工人的素質(zhì)參差不齊，不利于鉆井項目的發(fā)展和技術(shù)的健康發(fā)展。

2 對地質(zhì)勘查內(nèi)容進行具體分析

2.1 分析地質(zhì)金屬資源的分布狀況

首先，分析與研究金屬資源實際開發(fā)過程，確保技術(shù)的開采率，保障技術(shù)的利用價值，對開采項目進行分析與研究，明確開采主體，了解金屬資源的實際分布情況，完善開采方案。

各種金屬資源在我國分布比較分散，導(dǎo)致開采存在一定差異，因此，勘探技術(shù)尤為重要。通過有效的地質(zhì)勘探，我們可以對所有金屬資源進行合理的描繪，并且對基本情況作出具體判斷和分析。

2.2 對地質(zhì)勘查環(huán)節(jié)具體內(nèi)容進行合理制定

金屬項目開發(fā)的實際過程中，需要全面、系統(tǒng)的了解具體地質(zhì)條件，并通過有效的地質(zhì)研究實施普遍、標準化的金屬開采。從我國傳統(tǒng)礦產(chǎn)勘探面臨的挑戰(zhàn)出發(fā)，如何最好地適應(yīng)新時期各種礦產(chǎn)開發(fā)利用的現(xiàn)狀和趨勢，使綠色能源節(jié)約和環(huán)境保護的需求得到相應(yīng)反映，是一個需要考慮的重要問題。

在傳統(tǒng)勘探的基礎(chǔ)上，我們需要更加重視一些新的金屬資源，了解和重視新金屬資源的開發(fā)，以便更好地提高勘探的實際應(yīng)用效果[1]。同時，制定金屬資源的具體參數(shù)和指標，并且在掌握金屬資源開采的范圍和類型后，按順序進行。

礦山的一些主要資源正在得到有效的勘探和逐步開采。當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源存在問題或地質(zhì)勘探結(jié)果異常時，有必要全面分析和考慮金屬資源的進一步開發(fā)和利用，特別是對自然環(huán)境中稀有金屬含量低的資源。

3 深部找礦鉆探工程施工中的風(fēng)險評價實例分析

3.1 案例概況

應(yīng)提升研究價值，保障工程效益，本文以金礦勘查為研究對象，此巖層呈現(xiàn)出單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)出狀一般為310°～350°∠26°～55°，百分之七十以上的勘查區(qū)域內(nèi)部地層為第四系覆蓋，一般存在韌性剪切帶，此剪切帶是空曠構(gòu)造。晚期脆性斷裂存在于礦體中，主要分為n型、n型和NW型三類。大部分是入射誤差和正常誤差，礦體在不同程度上分離和斷裂。

3.2 工作難點

在黃金勘探地點的情況下，深入勘探工作主要面臨四個難題。

第一，很難保持墻壁的洞。與淺探相比，深探含復(fù)雜信息的金礦勘探區(qū)域存在著多種信息，鉆探的不確定性和復(fù)雜性更大。

第二，為調(diào)查擬鉆區(qū)域，作為項目一部分的待鉆鉆孔必須主要穿過巖體裂縫、裂縫區(qū)域和高度發(fā)育的節(jié)理區(qū)域。適用于巖體相交的高度發(fā)達地區(qū)，鉆后很難保持井段軟墻斷裂，多層倒塌和塊狀倒塌的現(xiàn)象也可能發(fā)生[2]。因此有必要注意擋土墻遇到的問題。

第三，降低鉆孔效率。金礦勘探區(qū)深鉆面臨巖層的高度致密性和強度問題，巖層強度將隨著沉陷深度的增加而增加。在某些情況下，金礦勘探區(qū)內(nèi)第5類以上的巖石較多，導(dǎo)致深鉆困難，進而造成磨損程度升高，降低了使用壽命。

第四，很難防止和治愈偏差。堅硬的巖石和具有許多結(jié)構(gòu)的軟巖存在于復(fù)雜的深部巖石地層中。具有明顯各向異性的巖體使得深井鉆井過程中容易發(fā)生鉆井傾斜。

3.3 完善深部找礦取芯鉆探方式

對于勘探過程中進行深度勘探的不提鉆換鉆頭、提鉆取芯、液動錘提鉆取芯、繩索取芯鉆探、液動錘繩索取芯鉆探等常用方法。結(jié)合類似項目的相關(guān)經(jīng)驗，獲得表1所列的比較數(shù)據(jù)。

表1 深部找礦取芯鉆探不同方法的對比數(shù)據(jù)

從表1中的分析可以看出，液動錘繩索取芯法效率最高，隨著鉆孔深度的增加，其優(yōu)勢逐漸被呈現(xiàn)，在巖石深井施工中具有較強的適用性，而效率最低的吊索法不適合巖石深井施工。提鉆取芯、繩索取芯、不提鉆換鉆頭、液動錘提鉆取芯四種方法的有效性很低。

3.4 研究深部找礦鉆探技術(shù)應(yīng)用

3.4.1 對找礦孔身結(jié)構(gòu)進行設(shè)計

本文方案基于金礦開采地點的地層特征，對采金區(qū)特殊復(fù)雜的鉆井段進行了綜合分析，采用了三層鉆井結(jié)構(gòu)，預(yù)留了一層儲量井。

采用直徑217mm的鉆頭來控制孔的直徑，因此，進入儲層空間后，采用直徑146mm的鉆頭穿透地層的斷裂區(qū)域，索道孔的終止直徑設(shè)置為76.5mm。

在困難的地質(zhì)條件下，由于鉆孔地層時，可能發(fā)生無法正常鉆孔的情況，因此，預(yù)留直徑114mm的導(dǎo)線鉆具進行地層解耦。在地層區(qū)域通過后，鉆孔工具可交換直徑77mm，最后鉆孔至完井孔。圖1為礦井鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 礦井鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

3.4.2 鉆探參數(shù)

本例中WOB和泵體積的選擇直接影響采金區(qū)的深度鉆探和找礦。鑒于WOB的增加會導(dǎo)致鉆井速度的提高，并且隨著鉆井速度的提高而提高了鉆井效率，因此，需要注意油井可能出現(xiàn)的巨大損失。WOB系列的科學(xué)選擇應(yīng)結(jié)合具體的地質(zhì)條件，提高鉆井效率，順利降低資本建設(shè)成本。

發(fā)生高巖石破碎碰撞和斷裂區(qū)形成的情況下，應(yīng)該正確糾正和減少WOB。根據(jù)對金礦勘探區(qū)實際情況的分析，確定金礦勘探區(qū)礦址信息中巖體硬度為4度～6度，即在不同鉆井地點的WOB參數(shù)情況下。其中，0m～500m孔段的WOB控制間隔為8kN～15kN，500m～1000m孔段的WOB控制間隔為15kN～30kN，1000m～1500m孔段的WOB控制間隔為10kN～15kN，15kN～20kn對于1500m～2000m的孔型段，泵量的選擇直接影響鉆井的效率，因此，重點關(guān)注參數(shù)的選擇，尤其在井深孔時，為科學(xué)控制一定區(qū)域的泵送量，充分實現(xiàn)金剛石鉆頭的潤滑和冷卻，徹底清除破碎的礦塊。結(jié)合類似技術(shù)經(jīng)驗可知，當(dāng)巖體硬度高、儲層完整性高時，選擇較小的泵容量，而對于巖體結(jié)構(gòu)較差、位錯較弱的情況，選擇較大容量的泵。

3.4.3 沖洗液選擇

作為鉆具的“血液”，鉆具的效率取決于洗滌液，鉆具的成本也有很大的影響。本文根據(jù)金礦勘查區(qū)的實際情況，有目的地分析鉆井設(shè)計要求和地質(zhì)條件，去除巖泥和巖粉，采用水解聚丙烯酰胺液進行固相沖洗，其基懸浮包括聚苯胺纖維素、聚乙烯醇、磺化煙堿和水解聚丙烯酰胺。比率為0.05‰、2.5‰、3‰。0.3′洗滌液密度介于1.02g/cm3～1.03g/cm3之間，pH值約為11。

3.4.4 成果總結(jié)結(jié)合案例

在本例中開發(fā)了鉆機和鉆井技術(shù)，提出了一種實用的深孔施工技術(shù)方案。該應(yīng)用方案在一定程度上解決了鉆深復(fù)雜地層的問題，降低了生產(chǎn)成本，提高了鉆效率和經(jīng)濟效益。因此，該技術(shù)的地質(zhì)礦產(chǎn)深度勘探實踐具有很高的參考價值。

4 結(jié)語

地質(zhì)勘探和地質(zhì)深孔技術(shù)在現(xiàn)代采礦技術(shù)中的應(yīng)用是有效的，這有助于尋找金屬資源，反映了它們的明確位置和開發(fā)金屬資源的重要性。通過對相關(guān)技術(shù)的研究和分析，有效地利用技術(shù)，進而合理地開發(fā)利用深部金屬資源。