谈甘肃—东洞沟金矿区斜孔施工技术

赵 宝 平

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)

谈甘肃—东洞沟金矿区斜孔施工技术

赵 宝 平

(福建省121地质大队，福建 龙岩 364021)

以肃北县盐池弯乡东洞沟和西洞沟金矿破碎带地层为研究对象，结合ZK1202钻孔斜孔钻探施工技术的应用情况，着重分析了较厚破碎带地层中泥浆的应用和泥浆严重漏失时的钻进方法及护壁堵漏措施，总结了绳索取心钻探在金属矿破碎带地层中采取的技术措施和保证钻孔施工技术指标应注意的事项。

破碎带地层，斜孔钻探，泥浆，全液压钻机

1 地质概况及地层分析

1.1 区域地质特征

本矿区位于甘肃省酒泉市肃北县以西盐池弯祁连山地带，祁连山褶皱带是华北板块裂解闭合过程中形成的加里东造山带，早古生带有明显的三分构造格局，由北祁连海槽、中祁连隆起、南祁连弧后洋盆组成完整的沟弧盆体系，本矿区处于南祁连区，矿区地层较为复杂。

1.2 地层简述

1.2.1 地层

区域地层划属秦昆地区之中的南祁连小区。区域出露地层有下元古界、长城系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。该矿区地层由老到新分述如下：

1)下元古界(Ptlb)。

为区域深变质岩，主要岩性黑云石英片岩、角闪片岩、钙质黑云角闪片麻岩、石榴石斜长片麻岩、混合片麻岩、白云岩、大理岩、混合花岗岩、眼球状条纹状钾长混合岩等，与长城系不整合接触。

2)长城系(Ch)。

主要岩性为玄武岩、中基性熔岩角砾岩、基性火山角砾岩、夹泥灰岩、泥灰质板岩、粉砂质板岩、泥灰质砂岩、石英砂岩及少量硅质岩、灰岩等。

3)奥陶系(O)。

主要由中基性、中酸性火山岩段、灰岩、砂岩、板岩等组成，本矿区是盐池弯组，属于滨浅海陆架沉积，以陆源碎屑为主，以砾岩、复矿砂岩、板岩为主夹少量千枚岩及带状硅质岩，上部局部地段有中酸性火山岩。

4)志留系(S)。

主要分布在乌力沟一带，与奥陶系地层呈断层接触，岩性为变质粗砾岩、碎屑岩、板岩夹变质火山岩等。

5)泥盆系(D3)及石炭系(C1)。

主要在盐池弯以东党河北坡有零星出露，与下伏地层呈平行不整合或不整合接触。岩性为紫红色～杂色砾岩、砂岩、粉砂岩、夹少许灰岩以及白云岩等。

6)石炭系(C)。

主要是下石炭统党河南山组(Cldh)：上部以深灰色厚层灰岩、泥灰岩、下部为砂岩、页岩夹灰岩，含石膏。

7)二叠系(P)。

下二叠统巴音河群(Plb):岩性主要为浅紫色中层中细粒长石石英砂岩或白色中层状石英砂岩为主，上部为灰色薄层灰岩。

上二叠统诺音河群(P2n)：岩性主要为浅紫色、杂色长石石英砂岩、石英砂岩及石英岩、灰岩、页岩等。

8)三叠系(T)。

下三叠统下环仓组(T2j)：主要为碎屑岩，下部灰黑色粉砂质页岩夹薄层扁豆体状砂质灰岩；上部灰色石英长石砂岩夹砂质泥质灰岩。

9)第四系(Q)。

主要分布在乌兰达坡山南坡大哈拉腾河流域及北坡党河河谷地带，有冲、洪积物、冰啧物、残坡积物、沼泽积物等。

1.2.2 构造

本矿区位于祁连加里东褶皱带内，次级构造为乌兰达坂挤压带、褶皱和断裂构造发育，呈北西—南东向展布，构成本区的主要构造行迹。

2 技术要求及发展前景

2.1 地质质量要求

矿区是以60°～70°为倾角，以180°为方位角，岩心采取：钻孔全段取心，岩心采取率大于65%、矿心采取率大于80%，在破碎带岩层中钻进，岩心采取率不小于65%，否则要进行补救取心、补救取心仍然不能达到要求按废孔处理；钻孔测斜要求：每钻进50 m须测斜一次，偏斜率控制在1.5%以内；每钻进50 m进行孔深丈量且验证、平差、对孔深误差超限时应进行合理平差和孔深校正，校正最大允许误差小于1.5‰。

2.2 斜孔施工发展前景

通过这几年对斜孔钻探施工技术的总结及金属矿施工的发展路径的学习，无论从钻探效率还是施工技术来看，斜孔钻探的发展前景都是令人鼓舞的，其优越性已逐渐为人们所接受。现在很多矿区都是以斜孔和深孔为主，适用该条件的设备和施工技术也有所完善，这都为以后的斜孔施工奠定了坚实的基础，所以继续对斜孔钻探施工技术的研究是至关重要的。今后斜孔钻探技术的要点有：

1)宣传斜孔钻探施工技术，促进该项技术在勘探找矿中的应用，解决适合斜孔勘探技术的方法研究；

2)了解国内斜孔钻探技术现状和发展动态，学习国内斜孔钻探先进技术，加大对斜孔施工技术的研究，尽快制定出斜孔施工规范，使斜孔钻发展为一个技术成熟的勘探手段；

3)对复杂地层条件下的钻进工艺技术研究。通过对钻孔结构，施工技术措施的研究，探索出符合复杂地层条件下的钻进工艺技术；

4)泥浆体系的研究。选择适应斜孔钻进技术的低粘度、低失水、高润滑性、护壁性能好的低固相冲洗液或具有流变性好、润滑性好的无固相泥浆冲洗液；

5)选用长寿命、高时效金刚石钻头，通过对钻头胎体、水口、保径、金刚石粒度和品级等方面的研究，特别是在岩石坚硬、研磨性强的地层中，保持金刚石钻头的长寿命、高时效，以达到提高综合效益的目的。

3 钻探设备、管材及钻具的选择

进口Atlas.copco CS1000P6全液压钻机、国产XDF-5A全液压钻机、BW-250泥浆泵、S75A/S95A加强型绳索取心钻杆；套管规格分别为：φ127 mm套管、φ108 mm套管、φ89 mm套管。

4 钻探施工技术措施

4.1 钻孔结构

钻孔结构是指钻孔由开孔至终孔，钻孔剖面中各孔段的深度和口径的变化情况。根据地质设计要求，确定相应的终孔直径；根据不同的地层条件、钻孔设计深度、钻进方法、护壁措施及设备能力等因素，合理确定开孔直径、换径次数及其深度。根据以往施工实践经验，大多数钻孔采用φ110 mm开孔就能满足钻探施工需要。上部破碎、易坍塌地层分别用φ108 mm，φ89 mm等口径的套管隔离，然后换用S77绳索取心钻进至终孔。ZK1202号孔钻孔柱状图见图1。

4.2 主要技术措施

4.2.1 把好开孔关

把好开孔换径关是斜孔施工的主要措施，开孔时轻压慢转，φ127 mm换φ108 mm套管时先导(钻具组合：变径接头+φ108 mm钻具+φ110 mm钻头)钻进到不能钻进，然后下入φ108 mm套管，再采用φ95 mm套管钻进至完整基岩，符合坐立技术套管的条件时下好φ89 mm技术套管，这样的方法是防止扰动土坍塌和防止钻孔倾角变动。

4.2.2 选择合理的设备

必须选择能够大幅度调节钻探倾角的钻机(本次施工选择全液压动力头钻机)；选用变量高的泥浆泵以便有效排出孔底岩粉。因为是大斜度施工，特别是在复杂地层、强研磨性地层和坚硬地层中施工，绳索取心钻杆和钻具偏磨较严重，造成使用寿命降低，最好选用特殊处理过的管材。为了能有效的提高钻孔岩粉的排出能力、冲洗液的润滑性、防止卡钻、抱钻等事故的发生，福建省121地质大队施工中采用φ81钻头钻进，经过多次的试验，能有效提高钻探效率。

4.2.3 选择合理的冲洗液

泥浆是钻探施工的血液，在简单地层采用无固相和低固相并加1%的润滑剂泥浆；在复杂地层中，选用润滑性好、高密度、中粘度、降失水性好、抗污染性好、护壁防塌性能好的泥浆。通过该矿区使用的泥浆总结出，聚丙烯酰胺体系泥浆和超低固相(纳土)泥浆体系可以满足该矿区施工要求。在泥浆中加入磺化沥青、HAN-3

等处理剂效果更佳。

该矿区0 m～80 m地层较破碎、易坍塌、胶结性差，并伴有冲洗液漏失，必须快速钻进穿过此孔段后均用套管隔离。80 m～400 m地层采用边钻进边堵漏，此阶段主要从泥浆配比方面下手，上部采用无固相泥浆可满足钻进施工要求，但是钻进至370 m处时出现了一层破碎带，岩心很破碎，漏失严重，甚至有时不能返水，采用无固相泥浆已不能满足钻探施工要求。因此，在钻进该地层时宜采用低固相泥浆，该矿区的施工中泥浆配比情况见表1。

ZK1202号钻孔桩状图见图1。

表1 泥浆配比及性能指标表

4.2.4 钻压

钻具压力在破碎地层中控制在4 kN～6 kN，由于采用的φ77 mm加强型绳索取心钻杆和加强型钻具，其金刚石钻头的HRC硬度较大，随着地层的硬度变化应适当增加钻压。

4.2.5 转速

结合矿区地层、钻孔润滑性、钻具强度及防止钻孔弯曲等因素，转速控制在500 r/min～700 r/min之间。

4.2.6 冲洗液量

由于φ77 mm金刚石绳索取心钻进钻速快，孔内岩粉较多，因此冲洗液宜取较大值，一般采用90 L/min～145 L/min。

通过不同地层冲洗液的选择和钻进参数的应用比较，尤其破碎、漏失严重地层，采用低固相泥浆，对钻孔的润滑、护壁性能等方面取得较好的效果。

5 取得成果

由于矿区属于4 000 m高原地带，施工周期短，给施工带来极大的困难，福建省121地质大队于2013年共施工19个钻孔累计工作量4 000多米，最浅孔深170.23 m、最深孔深804.02 m，倾角最大为63°、最小为70°，台月效率348.68 m，纯钻进时间利用率21.8%，平均时效2.66 m。岩心采取率达到96.3%，矿心采取率99.4%，钻孔其他质量指标均满足地质经济指标。

6 结语

通过在甘肃—东洞沟金矿区ZK1202号孔的施工实践，总结出以下几点：

1)在钻进第四系较厚覆盖地层时要多用干抓的方法，提高岩心采取率；

2)下好各种技术套管防止孔内地层的不稳定性；

3)利用不同的地层来配比好各种性能的泥浆；

4)在钻探的过程中，应保持孔内冲洗液柱的静压力，提钻或漏失时应及时回灌冲洗液，以保持孔内压力平衡，防止孔壁失去稳定；

5)提、下钻时要稳、慢，以防止动压力所造成的孔壁失稳，造成掉块。

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Introduction to Gansu—East oblique hole groove gold mining area construction technology

ZHAO Bao-ping

(121GeologicalTeamofFujianProvince,Longyan364021,China)

Taking Subei county bending of salt pond township hole groove East and West hole fracture zone formation of gold mine as research object, combining ZK1202 drilling inclined hole drilling technology application, this paper analyzes the thicker in the fracture zone formation of serious leakage in the application of the mud and mud drilling method and plugging and protecting measures, summed up the rope coring drilling technical measures applied in the metal fracture zone formation and ensure drilling construction specifications that should be paid attention to matters.

broken belt formation, inclined hole drilling, mud, full hydraulic drilling rig

1009-6825(2014)13-0082-03

2014-02-20

赵宝平(1984- )，男，助理工程师

P634.5

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