金属矿山坑内钻探技术问题的探讨

吕锋

【摘 要】金属矿山利用坑内钻探和坑道相结合的方法进行地质探矿，是一种低成本、高效、快捷的有效手段。为此，根据钻探需要选择钻机，如何提高岩矿心采取率和处理钻孔事故，提高钻探效率、质量等，是必须要解决的关键问题。

【关键词】坑内钻探；岩矿心采取率；钻孔事故处理

0 引言

山东金岭铁矿（以下简称金岭矿）是典型的矽卡岩型铁矿，金岭矿为确保资源优势，并充分利用资源，在开采过程中除了要对矿石贫富兼采外，还充分利用已有的巷道，在现有地质资料的指导下，对矿床边缘地段、无矿天窗以及平行小矿体等进行坑内钻探，尽可能低成本、高效、快捷地找出更多矿体，做到节流与开源并重，以保证矿山拥有一定的矿石储量，延长其服务年限。

1 钻机类型与选择

由于全液压坑内钻机动力强劲，具操作简单、安全，、效率高、安装和搬迁方便等优点，已成为当今坑内钻探设备的主流，深受矿山欢迎。另外，坑内钻探要尽可能利用已有巷道直接安装施工，还要求钻机可以施工任意角度钻孔。

根据坑内钻探的上述特点和施工要求，结合市场上坑内钻探设备的性能特点等，金岭矿从青岛前哨精密机械有限责任公司购进了Z46210型全液压坑内钻机，该钻机采用金刚石钻头回转钻进，操作简单、安全，效率较高，并且性能较先进，体积较小，易于搬迁，比较适合用于坑内钻探。该钻机基本满足金岭矿钻探施工技术要求，所以一直沿用至今。

2 提高岩矿心采取率的技术措施

2.1 岩矿心采取率在钻探中的作用

岩心钻探的主要目的就是为了获取结构完整、不受污染、有足够数量的岩矿心。通过岩矿心来了解矿体的埋藏深度、厚度、产状、品位以及地质构造和岩石物理机械性质等，这是进一步对矿产资源进行综合评价，提交矿产储量报告的第一手资料。所以，在钻探的过程中，要求所采取的岩矿心能够力求准确地代表相应孔段的岩矿层，在质量上能够保持原生结构和含矿品位，保证采取的岩矿心具有最大的代表性。

2.2 影响岩矿芯采取率的因素

2.2.1 地质方面

地质方面主要是岩矿石的组织构造和力学性质所造成的。例如：岩石的松软、不均质、节理片理发育，胶结性差、裂隙多等等，在以上情况下施工，钻进中易于破碎，岩芯在岩芯管内互相磨损而使得岩矿芯采取率降低。

2.2.2 技术与组织管理方面

（1）钻孔的种类及参数不合理。

（2）钻进方法选择不当。

（3）采用的钻具不合规格，如岩芯管弯曲等。

（4）采用的钻进参数不合理。

（5）提钻长度过长或岩芯堵塞时未及时提钻，增加了岩矿芯的磨损。

（6）缺乏对职工责任心的培养，以及质量检查和验收制度不健全等。

2.3 提高钻探岩矿心采取率的技术措施

2.3.1 地质方面因素解决方法

经过反复的实践试验后，根据岩石破碎情况，采用每个回次只钻进50～70㎝就提钻取心一次的办法来提高采取率。实践表明，利用该方法在破碎岩层中钻进时，岩矿心采取率大部分能达到80%以上，比打完一根钻杆提钻取心一次，采取率高出了很多。

2.3.2 技术与组织管理方面因素解决方法

（1）合理设计钻孔参数。实践表明，施工下角孔时，如果钻孔轴线与岩层层理面夹角太小，特别是<30°时，在岩层层理或节理发育的情况下，岩心很容易产生楔子形或破碎，在重力作用和振动下很容易堵钻，造成岩心磨损，从而使采取率大大降低。因此，在设计下角孔时，要根据各矿床岩层产状，尽量使该夹角>30°，以利于提高采取率。

（2）钻进方法与钻进规程的条例化、制度化。使用金刚石钻进方法。钻进规程参数的选择对岩矿芯采取率也有很大的影响。压力过大、钻进过快，对松散、粘性大的地层易糊钻、堵塞和烧钻，对硬岩易使钻头变形，引起岩矿芯破碎。同时压力过大，加剧孔底钻具的弯曲和振动，使岩矿芯受到强烈的机械破坏。压力不足，进尺慢，延长了岩矿芯受到破坏作用的时间。因此，应当根据理论与实践经验相结合的方法，选用适当的压力参数。

转速过高，钻具受离心力作用大，其振动摆动也大，对岩矿芯的破坏加剧；转速过低，则钻速低，延长了岩矿芯受破坏作用的时间。因此，在取芯困难的地层中钻进，要选用适当的转速。

（3）对操作技术的严格化。钻进中严格按操作规程进行操作，不随意提动钻具，不盲目追求进尺和增加回次长度，提高取芯技术和操作水平，对于取芯工作要有严格的工作程序，从而避免人为因素对取芯质量的影响。

（4）对组织、技术管理的制度化。钻探人员和管理人员都要从思想上重视质量问题，树立对地质成果负责的观点。要求钻机施工人员和工程管理人员严格按照相关规定施工和管理。同时，加强对钻探人员的技术培训。定期进行技术培训，组织学习相关条例规程以及常见钻探事故的预防和处理。

3 孔内事故的处理

在钻孔施工过程中，由于种种原因，常常发生各种孔内故障而中断正常钻进。孔内事故的发生，不但耽误钻探进尺，推迟施工进度，如果处理不当，还要报废进尺量和管材，使成本增高，浪费大量人力、物力，严重时还会损坏机器设备，造成 人身伤害事故的严重后果。

3.1 孔内事故的种类

孔内可分为人为和自然两大类。实际上大多数事故的发生都与人为因素有关，纯自然的事故比较少见。根据事故发生的原因及现象可归纳为下列几种：

（1）卡、夹钻事故。

（2）埋钻事故。

（3）糊、烧钻事故。

（4）钻具、钻杆折断、脱扣及跑管事故。

（5）孔内掉入小物件等事故。

3.2 处理孔内事故的基本方法

孔内事故一旦发生，应根据事故的发生性质、类型、情节及物质情况，分别选用不同的处理方法。一般可采用以下方法：

（1）在设备能力允许的条件下，可用钻机液压系统和液压旋转装置强力提拉孔内受阻钻具。当钻具被卡、埋时，一般均用此法。

（2）用公、母锥、卡管器等捞取脱扣或折断的事故钻具。这是常用的一种处理事故的方法。

（3）用下部带齿的抓筒处理掉入孔内的小物件。

（4）用粘土、黄腊、沥青等粘取掉入孔内的小物件或金刚石胎体或碎合金块等。

（5）用钻机提拉，吊锤上下打击、或开机上下扫，用以处理还有一定活动余地的被阻事故钻具。

（6）用千斤顶或油压钻机油缸顶拨事故钻具。

（7）用反丝钻杆和丝锥，找好中和点，尽可能多地返回一些事故钻杆，再配合其它方法处理。

（8）用特制平面钻头将残留孔内粗径钻具或钻头劈开或扫掉，然后取出。

总之，事故处理的方法很多，事故的情况也是千变万化的，因此，在处理时，应根据具体情况，深入调查分析，采取一种或多种方法综合处理。

4 结语

以上是金岭矿生产实践中遇到的坑道水平钻探中经常需要解决的主要技术问题，通过理论分析和实践证明，按照本文的方法，选择的钻机型号能很好的满足生产的需要。在复杂地层中，通过本文中所述的各种措施，确保了岩矿芯采取率，取得了比较满意的效果，能够满足地质工作的要求；作为钻探工程的普遍难题，事故的处理占有重要的地位，因此，如何有效地处理钻探中所发生的各种事故，是钻探工作得以顺利进行的关键，对发生率比较频繁的一些典型事故进行探讨，可用以指导实践，并从实践中积累方法和经验，进一步完善理论，从而使金属矿山坑内钻探工作得以更加顺利地进行。

【参考文献】

[1]杨惠民.钻探设备[M].北京：地质出版社，1994.

[2]王生.钻探工程[M].北京：地质出版社，2009-6-1.

[3]王文臣，华祥征.钻探工程概论[M].长春：长春冶金地质专科学校，1989.

[责任编辑：薛俊歌]