SYZX75型绳索取心液动锤在肃北德勒诺尔铁矿区的应用

罗冠平

（福建省121地质大队，福建龙岩 364021）

SYZX75型绳索取心液动锤在肃北德勒诺尔铁矿区的应用

罗冠平

（福建省121地质大队，福建龙岩 364021）

介绍了SYZX75型绳索取心液动锤在甘肃省肃北县德勒诺尔铁矿区坚硬、破碎地层中的应用情况，总结了该钻具在斜孔施工中的经验。实践表明，使用SYZX75型绳索取心液动锤，大幅度提高了回次进尺和钻进效率;有效克服了破碎地层的岩心堵塞，提高了破碎地层岩心采取率;有助于斜孔施工中的孔斜度控制。

SYZX75型绳索取心液动锤;破碎地层;斜孔;回次进尺;钻进效率;岩心采取率

1 矿区概况

德勒诺尔-石板墩铁矿区位于中祁连西段肃北县境内野马山一带，平均海拔为4000 m，寒冷时间长，可施工时间短，自然条件极其恶劣。我队自2009年6月起在该矿区施工，合计已完成钻探工作量2.5万m，探明该矿区含铁矿石资源量达2亿t以上。矿区岩层主要为千枚岩，其次为结晶石英岩、细砂岩等。上部60～80 m为风化冻土层。其地质构造发育，破碎带地层复杂，岩石破碎、易坍塌，板岩破碎成泥状，砂岩破碎成砂糖状，岩（矿）心采取困难。矿区钻孔设计深度300～1200 m，开孔倾角在60°～85°，要求岩石内钻进岩（矿）心采取率≮75%，矿化带、矿层与矿层顶底板5 m内岩心采取率≮85%。钻孔终孔孔径≮75 mm。要求斜孔每100 m钻孔倾角≯2°。

2 施工难点

矿区地层破碎，取心困难，岩（矿）心堵塞内管，回次进尺少，打捞、下放内管成功率低，严重影响钻进效率;矿层硬而碎，时效低，岩心采取率低，多次出现因岩（矿）心采取不足而补心;钻孔设计倾角较大，孔斜度要求高，稍有不慎，就将造成孔斜，多个钻孔因孔斜而降级，甚至报废。

针对上述难题，通过调研，了解到SYZX系列绳索取心液动锤是在回转钻进的基础上，通过对破碎岩石的钻头施加一定频率的冲击能量，来加速碎岩，提高钻效。同时这一冲击功还能很好地解决绳索取心钻进破碎岩层中岩（矿）心堵塞问题，因而决定在该矿区试验使用SYZX型绳索取心液动锤。

3 SYZX系列绳索取心液动锤

3.1 结构特点

SYZX系列绳索取心液动锤钻具是由双喷嘴复合式液动锤与绳索取心钻具结合而成。液动锤采用了容积式工作原理，大幅度减小冲程阻力，从而使冲击功较传统的液动锤大幅度的提高。其结构特点主要有:

（1）双喷嘴复合式结构减少密封副数量，运动件均采用金属机械式密封，且锤内无易损坏的弹簧零件，提高了钻具寿命;

（2）适应性强、稳定性好，密封接头、阀、锤上的螺旋槽具有排沙及液压定心作用，提高了液动锤对冲洗液的适应性，减轻摩擦阻力，整体工作更稳定;

（3）钻进能力强，取消固定式节流环，采用容积式冲击，击砧水垫影响小，大幅度减小冲程阻力，有利于深孔钻进作业。

3.2 工作原理

采用容积式冲击工作原理，实现过程为内管到位于传功环处定位，冲洗液流到承冲环时因密封受阻，被迫进入液动锤内，由于高压驱动的冲洗液携带了强的液压能，其通过液动锤的转化能量机构驱动冲锤产生一定频率的向下冲击运动，迫使孔底的钻头实施冲击碎岩，从而提高碎岩及钻进效率。

投放液动锤内管总成到位后，送水即启动液动锤，开始正常作业程序钻进。采心时，当内管总成的下分离接头打捞到孔口后，用垫叉将下分离头叉住，挡环上移，将上、下分离接头拆开，此时内管总成分成两段，即可方便和安全地提出地表。当钻具处于悬吊状态时，冲洗液与钻头中心孔直接相通，此时送入小量冲洗液时液动锤以低频小功率工作，可实现冲孔的目的。

3.3 性能参数

SYZX系列绳索取心液动锤钻具的技术性能及与之配套的绳索取心钻具型号如表1所列。

表1 SYZX绳索取心液动锤钻具主要性能参数

4 SYZX75型绳索取心液动锤的应用

4.1 钻孔结构

考虑到风化冻土层遇水便松散，为了防止孔斜，确保后续施工顺利，开孔采用130 mm或110 mm单管干抓钻进，穿过冻土层后下入127 mm或108 mm套管隔离，然后采用S95绳索取心钻进穿过上部破碎、漏失层，下入89 mm套管隔离护壁，最后采用SYZX75型绳索取心液动锤配S75A钻具钻进至终孔。钻孔结构如图1所示。

图1 ZK4005号钻孔结构示意图

4.2 设备和钻具选型

为了满足斜孔施工要求，施工钻机主要选用全液压动力头式钻机，其中进口的 Atlas Copco CS1000P6型全液压钻机1台、山东探矿机械厂生产的XDF系列全液压钻机5台。动力选型主要为上海强辉生产的 GFZ-100、GFZ-120、GFZ-150等型号柴油发电机组。泥浆泵和供水泵选用BW-250型。

绳索取心钻杆主要选用普通型S95、S75及加强型S75A等。

4.3 主要护壁措施

上部冻土层、松散、破碎漏失层采用套管隔离，中部较完整孔段采用PHP-润滑性型无固相冲洗液，下部矿层及其顶、底板采用植物胶无固相冲洗液护壁，坍塌、缩径严重孔段采用低固相冲洗液护壁。

4.4 钻进规程参数

为防止斜孔施工孔斜，要求钻压不能太大，一般控制在8～12 kN;斜孔施工中，为了减少钻具磨损，要求冲洗液润滑性能好，润滑系数＜0.5，含砂量＜1%，同时转速控制在250～600 r/min;绳索取心冲击回转钻进中，液动锤靠泥浆泵产生的高压液流驱动，在其工作范围内泵量越大，冲击频率、冲击功也越高，所以使用液动锤正常钻进时，要求采用二挡泵量或三挡泵量（90～150 L/min），泵压在4 MPa以上。

4.5 钻孔防斜技术措施

（1）在安装时，应严格按照设计方位角、顶角安装，设备应安装稳固，可靠，并保证钻孔轴线、动力头和主动钻杆中心线在一条直线上;在施工中，要经常检查主动钻杆与孔口中心线是否一致。

（2）开孔干抓穿过冻土层时，应轻压慢转，并将回次进尺控制在0.5 m以内。

（3）换径时应先打小眼，即采用变径接头连接同级钻杆和小一级短管（0.5 m）及钻头，小眼形成后再下入技术套管。

（4）钻进过程中换层时，均应减压、减速钻进。特别是在岩层倾角较大的情况下，要适当把钻头提起一定高度，反复钻扫，通过上部孔径的导正，使钻头在进入新的岩层界面时，保持钻孔中心线不发生变化。

（5）应按要求50 m测斜一次，一经发现孔斜，及时纠正。

4.6 使用注意事项

（1）液动锤各部件制造精细，易磨损件多，因此要求泥浆含砂量低，施工中应加长泥浆循环槽，在循环槽中间多做几个沉淀坑，勤捞砂，最好配备除砂器。

（2）每次提钻一定要认真检查液动锤各零部件，及时更换易损件。

（3）为了减少磨损，在投入内管总成前，应在上、下活塞密封处涂抹黄油。

（4）定期检查传功环外径、承冲环内径的磨损情况，比设计尺寸间隙（0.05～0.15 mm）大0.2～0.3 mm时应予以更换。

（5）应定期检查下活塞冲击面上的4个起振槽深度，若磨损变浅后，应用手砂轮加深加宽，否则会影响液动锤启动。

5 应用效果分析

2010年6月起我队开始在该矿区使用SYZX75型绳索取心液动锤，先后共进了4套，到10月，使用该型液动锤完成钻探进尺近8000 m。表2为应用SYZX75型绳索取心液动锤效果统计数据表。

表2 甘肃德勒诺尓矿区应用SYZX75型绳索取心液动锤情况对比表

从表2中可以看出，使用绳索取心液动锤后，主要取得以下效果:

（1）回次进尺由原来的1 m左右提高到3 m，大幅度减少了单位进尺打捞和投放内管的操作次数。

（2）平均小时效率提高了46.6%，台月效率提高了47.1%。由于绳索取心液动锤在绳索取心钻具的基础上增加了一定频率的轴向冲击作用，可减少岩心堵卡，使得钻压有效地作用在钻头上，同时还使金刚石回转过程中产生了微冲击体积破碎作用，增加了金刚石在同样钻压情况下的压入深度，提高了每转的碎岩量，因而在提高机械钻速方面表现明显。

（3）岩（矿）心采取率有很大的提高，避免了因岩（矿）心采取率不足而造成补心。

（4）降低了钻探成本，使用液动锤后，钻孔单位成本降低了近30%。

（5）内管总成打捞成功率和投放到位率都达到了100%，很好地解决了破碎岩层中内管总成打捞、投放困难的问题。

6 存在问题及建议

（1）由于材质、淬火等因素影响，在高频率、高泵压的作用下，冲锤和砧子易损坏。

（2）在使用低固相泥浆时，由于其固相含量高，钻具易损件磨损快，建议进一步提高易损件的耐磨强度，延长钻具使用寿命。

（3）冲击功未能充分发挥。由于护孔的需要工作泵量受到限制，如何更有效地提高液动锤的能量转换，在小泵量条件下实现高冲击功输出还需要进一步研究。

7 结语

（1）绳索取心液动锤是集绳索取心与液动冲击回转钻进为一体的国内最新钻探技术，具有钻进效率高、钻孔质量好、岩心采取率高、钻探成本低等诸多优点，不仅可以提高钻进效率，还可以克服破碎地层的“堵心”和坚硬致密地层的打滑现象，同时可以有效防止孔斜。

（2）SYZX系列绳索取心液动锤具有结构简单、启动容易、工作稳定可靠、使用维修方便的特点，易于推广应用。

（3）SYZX系列绳索取心液动锤适应性强，有利于深孔钻进，是绳索取心钻进技术向更高层次发展的必然趋势，是一项值得推广的高效新技术。

［1］ 蒋光旭，等.SYZX96/75绳索取心液动锤钻具的应用效果［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2010，37（6）:13-19.

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［3］ 朱金凤，陈师逊.SYZX75型绳索取心液动锤在招远玲珑金矿勘探中的应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2008，35（8）:22-26.

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［5］ 福建省121地质大队.绳索取心煤田深孔（≥1200 m）施工工艺技术总结［R］.福建龙岩:福建省121地质大队，2010.

Application of SYZX75 Wire-line Coring Hydro-hammer in Delenuoer Iron Deposit of Subei

LUO Guan-ping（No.121 Geological team of Fujian Province，Longyan Fujian 364021，China）

This paper describes the application of SYZX75 wire-line coring hydro-hammer in hard and broken formation of Delenuoer iron deposit in Subei County of Gansu Province and summarizes the experience of inclined hole drilling construction with the drill.The practice showed that by using SYZX75 wire-line coring hydro-hammer，the round trip meterage and drilling efficiency were greatly enhanced，core blockage in broken formation was effectively overcame and core recovery was improved in broken formation;all these contributed to control the inclination in inclined hole drilling construction.

SYZX75 wire-line coring hydro-hammer;broken formation;inclined borehole;round trip meterage;drilling efficiency;core recovery

P634.5

B

1672-7428（2012）01-0047-03

2011-08-11;

2011-11-15

罗冠平（1984-），男（汉族），福建人，福建省121地质大队助理工程师，勘查技术与工程专业，主要从事钻探施工技术与管理工作，福建省龙岩市新罗区曹溪镇中粉路35号福建省121地质大队总工办，lgp121@139.com。