气举反循环钻探工艺应用于钻孔水力采矿的研究

彭新明

(北京市地热研究院， 北京 100143)

气举反循环钻探工艺应用于钻孔水力采矿的研究

彭新明

(北京市地热研究院， 北京 100143)

气举反循环钻探工艺水力采矿系统是气举反循环钻探工艺与钻孔水力采矿技术相结合而形成的一种新的钻孔水力采矿系统。气举反循环钻探工艺可以作为输运手段，将饱含矿物质的溶液或浆液从3500 m以深的孔底提升至地表。该采矿系统可应用于原地浸出采矿、采砂等。

气举反循环钻探工艺;钻孔水力采矿;三壁钻杆;双壁钻杆;原地浸出

1 钻孔水力采矿技术

钻孔水力采矿是在穿过矿层的钻孔内，用高压水射流破碎矿层，并在孔底形成流动状态的矿浆体，然后由下入钻孔内的气力或水力提升设备将矿浆输送到地面［1］。钻孔水力采矿的工艺过程包括钻进、水力碎岩和输运3个工序，可以分阶段先后进行，也可以同时连续进行，即“随钻随采”［2，3］。

中国地质大学(北京)夏柏如教授、曾细平研究员等研究了一种钻孔水力采煤系统［4］，见图1。该系统的气举提升是从输煤管内插入风管至射流泵的喉管出口处，压缩空气通过空气混合器进入输煤管内的煤水混合物中，形成气、液、固三相流，煤水混合物的密度降低，气泡携带煤水混合物上升到地表。

图1 气举提升示意

钻孔水力采矿的基本原理分别于1932年由美国埃·克拉伊托尔和1936年由前苏联普·姆·图皮岑提出。1960年代以来，国外先后试验应用该工艺开采低强度的磷矿石、煤、建筑砂砾、铝、铀、砂金、锡砂等矿。此技术可应用于不同的工业部门开采疏松多孔的、胶结性弱的矿床，适合矿石强度低的松软矿体。到目前为止，此项技术的实际孔深已超过800 m，理论深度可达1500 m，但最适合的开采深度为 100 ～350 m［5］。

2 气举反循环钻探工艺

双壁钻具气举反循环钻探工艺是将压缩空气经双壁钻杆的环状间隙送入井内一定深度，经混合器注入内管与液体混合，由于气水混合液的密度小于冲洗液(清水或泥浆)的密度，孔壁(或井筒)与双壁钻杆外壁之间的环状间隙与钻杆内管产生压差，并在井筒液柱压力作用下使内管内混合的气液以较高的速度向上流动，从而将孔底岩屑连续不断的排出地表，见图2。

图2 气举反循环钻探工艺

水文水井气举反循环钻进技术及双壁钻具的研究是“七五”期间地矿部重点攻关课题，并获部科技成果一等奖。该工艺被广泛应用于地热井及水井钻探，效果良好。目前，该工艺在北京地区地热井钻探中最大钻进深度已超过3500 m。

气举反循环钻探工艺。沉没比:大于0．5，全风量;当孔内水位水量能满足气举反循环钻进要求时，可不向孔内泵入清水、泥浆或浆液。钻具组合:水龙头+气盒子+双壁主动方钻杆+双壁钻杆+常规钻杆 +钻铤 +钻头［6～8］。

气举反循环钻探工艺可以作为输运手段，将饱含矿物质的溶液或浆液从3500 m以深的孔底提升至地表，例如应用于原地浸出采矿、采砂等。如需向孔底泵入液体，只需在孔口将双壁主动钻杆卸下，接上高压管，由泵组经钻具内管泵入。

3 气举反循环钻探工艺水力采矿系统

采用三重壁钻杆(简称:三壁钻杆)与双壁钻杆，将气举反循环钻探工艺与钻孔水力采矿技术结合起来。压缩空气→三壁钻杆→气水混合器→钻杆内管→返出地表;高压水流→三壁钻杆→双壁钻杆→喷嘴→碎岩。水力碎岩后形成的浆液经孔底钻头、钻具内管，返至地表，见图3。

图3 气举反循环钻探工艺水力采矿系统

钻具组合:水龙头+三通盒子+三壁主动方钻杆+三壁钻杆+双壁钻具+喷嘴+钻头。

针对能采用水力碎岩的微小矿床、埋深大且产状较陡的贵重矿产、采砂、超深部矿产等，均可采用气举反循环钻探工艺水力采矿系统。

4 结语

气举反循环钻探工艺水力采矿系统是气举反循环钻探工艺与钻孔水力采矿技术结合而形成的一种新的钻孔水力采矿系统。

气举反循环钻探工艺可以作为输运手段，应用于原地浸出采矿，将饱含矿物质的溶液或浆液从3500 m以深的孔底提升至地表。

［1］ 杨 林，唐川林，张凤华．地下矿产钻孔水力开采技术及其应用［J］．地下空间与工程学报，2006，2(4):662 －665．

［2］ 乌效鸣，胡郁乐，杨倩云，等．钻孔水力采矿研究方法的探讨［J］．探矿工程，2002，(6):24 －26．

［3］ 陈 晨．钻孔水力开采工艺—开采地下矿产的新方法［J］．世界地质，1998，(4):85 －87．

［4］ 夏柏如，曾细平，毛志新．一种钻孔水力采煤系统的研究［J］．地学前缘，2008，15(4):222 －226．

［5］ 傅 春，颜恩锋．采矿新技术－钻孔水力开采技术［J］．矿冶工程，2004，24(4):7 －8．

［6］ 彭新明，李海京，朱继东，等．GS－5探采结合井成井工艺［J］．探矿工程，2002，(增刊):334 －335．

［7］ 王玉国，肖海龙，谢连生．气举反循环钻进工艺在3512 m深的京热164号井中的应用［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2009，36(2)．

［8］ 李树德，柯福奎，洪常久．气举反循环钻探技术在复杂地层应用中的探讨［J］．煤炭技术，2007，26(11):137 －138．

2010－12－01)

彭新明(1970－)，男，江西都昌人，博士，教授级高级工程师，现从事地热、矿产资源勘探开发，Email:pxm2001@163．com。