鞍山李三台子铁矿普查2500m钻孔施工技术

刘锡金

摘 要：鞍山李三台子铁矿异常区，在70年代之前曾经做过三次普查工作，通过磁法、重力、地震等综合方法确认该异常是由深部含铁石英岩引起的，圈定了李三台子磁异常的形态、走向和范围。为了促进辽宁矿业发展，增加铁矿资源储备，在进行物探测量工作的基础上，采用钻探方法进行深部验证，大致查明普查区内铁矿体的埋藏深度、规模、产状等赋存要素及矿石质量特征，探获铁矿资源量。

关键词：地质勘查；李三台子铁矿；钻孔施工

1 概况

该项目设计2个钻孔，单孔设计孔深1800m，设计倾角85°，方位245°。ZK1号钻孔于2009年6月开工于2009年10月竣工，终孔深度1839.1m。ZK2号钻孔于2009年6月开工，于2010年6月竣工，中间冬季停工4个月。钻孔达到设计深度后，经井中三分量检测，下部还有磁异常现象，加深钻孔至2522.09m终孔。终孔直径76mm，为东北地区小口径岩心钻探最深钻孔。该钻孔的施工为鞍本地区的深部找矿钻探施工提供了非常宝贵的经验。

2 施工地层

岩层至上而下：第四系：厚度100米；灰岩和石英砂岩交替互层：厚度1350米，以灰岩为主；页岩、石英砂岩交替互层：厚度300米，以页岩为主；千枚岩、绿泥片岩、石英岩、磁铁石英岩交替互层：厚度900米，以千枚岩为主。地表由新生界第四系覆盖，第四系由东向西变厚，覆盖层下地层为太古界鞍山群，下元古界辽河群，上元古界青白口系，震旦系及古生界寒武系和奥陶系。矿区内没有大规模的断裂构造，在千枚岩层局部小构造比较发育。

3 施工设备及配套

选用XY-6B型钻机及其配套设备，钻机设计能力76mm直径钻孔钻进深度2000m。水泵BW320泥浆泵。

对钻机动力系统和泥浆泵的动力及活塞缸径进行了改动。将XY-6B钻机的动力由原来的75KW变成在0-1500m深度之内采用50KW动力，1500m至终孔采用75KW动力。这样在不影响钻进效率的情况下可以降低成本。BW-320泥浆泵的最小泵量为96L/min在76mm口径钻孔钻探过程中需要的泵量在40-65L/min之间，过大泵量会带来冲洗液上返速度过快和泵压增高不利于孔壁稳定，因此将缸径由原来的80mm减小到60mm，最高工作泵压维持在8MPa以内，动力由原来的30KW降低到22KW，既节省能源，又满足施工要求。

4 钻孔结构设计依据和设计原则

地层条件，地质所要求的穿矿口径和终孔直径，钻探能力，钻孔深度和倾角以及钻进工艺方法。

地质设计过程中按照相应勘探和采矿规范要求，对穿矿口径和终孔直径都有最小下限要求。所以在设计钻孔结构时必须按地质设计要求设计相应的钻孔直径，然后采取倒推法依次向上设计钻孔直径。按照所使用的钻机在不同直径钻孔中最大钻进能力为上限划定各级钻孔直径所对应的钻进深度范围。使用各种浆液仍不能保证孔壁稳定和严重涌水和漏水时，必须下套管隔离后换径钻进。钻进过程中一旦发生孔内事故而无法在同径进行下一步钻进时必须换径。

5 钻探施工技术

5.1 钻进工艺及钻杆的选择

钻孔在150-110mm口径选择双管双动取芯钻进工艺，96-76mm口径选择绳索取芯钻进工艺。孔深0-2000m采用无锡钻探工具厂生产的S95A（89mm）、CNH（71mm）钻杆及配套钻具，2000m至终孔采用CNH（T）（71mm）钻杆及配套钻具。

5.2 钻进参数的选择

本矿区主要以灰岩、页岩和千枚岩为主，可钻性在4-6级，在1500m以后有较硬的石英岩和磁铁石英岩可钻性可达到8级。钻进参数选择如表1。

表1 钻进参数一览表

钻头规格

（mm） 150 130 110 96 76

钻进压力

（KN） 16-20 14-18 12-16 12-14 10-12

转速

（转/min） 150-300 200-400 200-400 300-700 300-700

泵量

（L/ min） 100-130 90-110 80-100 60-90 40-70

注：遇到可钻性达到8级的岩石，其钻压可在最高钻压的基础上增加20%，其他参数不变。

5.3 钻头及扩孔器选择

该孔施工选用人造金刚石孕镶平底钻头，具体参数如表2：

表2 人造金刚石孕镶钻头参数

钻头直径（mm） 金刚石品种 目数 胎体硬度 浓度 胎体高度（mm） 保径

76/96 SMD 40-60 35-40 75% 10 聚晶

在确定钻头参数时一定要选择较高强度的聚晶保径，否则高胎体将无意义，发挥不了深孔超长寿命少提钻的优点。扩孔器在施工过程中往往被現场施工所忽视。扩孔器起到两大作用在深孔钻进时必须要重视。一是保径功能。当我们在深孔钻进时要提高工作效率，要求增加钻头寿命的同时，也要相应的提高扩孔器的工作寿命即保径功能的寿命，保径材料的选择要好，不能造成二次扩孔。二是扩孔器的磨削功能。这一功能往往不被现场所注意到，磨削功能不好大大降低钻进效率。所以，扩孔器的金刚石选择在品质上要等于或优于钻头所用金刚石。本孔施工所用钻头平均进尺145.60m，单只钻头最高进尺243.5m。

6 钻孔质量评述

ZK2号钻孔设计钻孔深度1800m，实际终孔深度2522.09m，主要质量指标如下：

（1）岩矿心采取率：岩心采取率91.2%，矿心采取率98.6%，符合要求。

（2）钻孔弯曲度：设计倾角85°方位245°；终孔倾角87.2°方位250°，钻孔弯曲符合地质设计及规程要求。

7 结束语

该孔是我队施工的首个超过2000m以上钻孔，钻孔各项技术指标均达到要求。通过这一钻孔的施工，在设备选型、钻杆使用、钻进参数选择、孔内润滑和护壁堵漏、孔内事故防治等方面取得了宝贵的经验，为后期鞍本地区铁矿深部勘探钻探施工具有非常重要的指导意义。

参考文献：

[1]施建勇，赵维炳.地基处理及基础工程[M].南京：河海大学出版社，1997：8-60.

[2]刘景政，杨素春，钟冬波.地基处理与实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.