河北赤城下窝铺铅锌多金属矿钻探施工技术

2015-12-19杨志军许京明孙利军田占成

西部探矿工程 2015年12期

关键词：绳索钻具钻杆

杨志军，许京明，熊伟，孙利军，田占成，张海，祁飞

（河北省地矿局第三地质大队，河北张家口075000）

河北赤城下窝铺铅锌多金属矿钻探施工技术

杨志军*，许京明，熊伟，孙利军，田占成，张海，祁飞

（河北省地矿局第三地质大队，河北张家口075000）

对矿区钻探技术进行设计，提出了各项保证、处理、管理、技术、措施及完成情况的总结。

钻探技术设计；各项措施；完成情况总结

1 矿区概况

1.1 自然地理及经济概况

该区属中—低山区，海拔最高1350m，最低900m，最大高差350m，一般在100m以内，地形切割强烈，沟谷陡立。属大陆性季风气候，雨季多集中在7～8月份，冰冻期为11月至下年2月。

本区以农业生产为主，主要种植物——玉米、谷黍、土豆及豆类品，另有少量家畜饲养，农闲时节，壮劳力出外打工为业，经济较为落后，劳动力较充足。

1.2 矿区地质特征

1.2.1 地层

矿区内出露地层简单，仅有第四系出露。大面积分布于整个矿区的河床、山坡、冲泡、平缓山脊等地带，出露面积占全矿区总面积的90%以上。河床、冲沟以冲洪积物为主，山坡以残坡积物为主，平缓山脊以风积黄土、风成砂以及腐殖土为主。

1.2.2 构造

由于区内第四系覆盖严重，矿区内构造简单，仅在矿区南部出露的基岩和北部槽探工程揭露地段显示出断裂构造以北西向为主，该构造断裂带正是本矿区控制的铅锌银多金属矿化带（F1），断裂性质为张性正断层，结构面局部明显，大部分地段模糊不清，以构造破碎带的形式出现，地表观察及钻孔揭露发现构造破碎带为规模大小不等的数十条构造蚀变带组成，破碎带最宽20多米，最窄几公分，一般1～10m之间。分布较为集中，主要集中在矿区含矿蚀变带及矿化带附近。形成了一条规模较大的构造控矿蚀变带，构造破碎带充填物为构造角砾岩、糜棱岩以及碎裂岩等，带内常见有褐铁矿化、锰矿化、白铅矿化、轻微孔雀石化、蓝铜矿化和硅化、碳酸盐化、高岭土化、绿帘石化等蚀变。断层产状40°～60°∠68°～77°。另外，在基岩中节理、裂隙较为发育，方向各有不同。

1.2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩以燕山期偏碱性的中酸性侵入岩为主，主要岩性为石英二长斑岩。浅紫色、浅肉红色斑状、似斑状结构，基质具隐晶质结构—球粒结构、压碎结构，块状构造。斑晶由石英、正长石和斜长石组成，少见黑云母斑晶，斑晶的直径为1.37～0.31mm。钾长石斑晶呈半自形板状—他形粒状。石英斑晶含量5%～10%，正长石、斜长石斑晶含量5%～20%。基质由晶粒细小的石英、正长石及斜长石组成，多呈半自行粒状结构、中细粒结构产出。岩石中常有黄铁矿化现象。

矿体产于石英二长斑岩的构造蚀变带中，呈脉状或透镜状产出。目前构造蚀变带中达到边界品位的矿体共53个，其中达到可采厚度的矿体23个。全部由钻孔工程控制，地表槽探工程和浅部硐探工程均未揭露出工业矿体。

1.2.4 水文地质特征

本区位于坝上高原水文地质大区高原丘陵裂隙孔隙水区，为盆地周围之山地，海拔1000～2000m，比高50～100m，山形陡峻，沟谷纵横，侵蚀切割较为剧烈，地下水径流排泄条件良好。大气降水是本区内地下水的主要补给来源，裂隙和孔隙潜水微弱，富水性极不均匀。

本区内所有矿化带均位于当地侵蚀基准面以上，水文地质条件在工作中作顺便调查。

工作区远离城镇工业区，工业污染轻微，区内植被发育，生态平衡，仅在部分地区，土地沙化，同时在未来开采时可能会产生“三废”，应因地制宜，经济合理地进行环境治理。

矿化带顶底板围岩为石英二长斑岩，直接顶底板为碳酸盐化、高岭土化蚀变岩，其物理性能不尽相同，但其稳定性较好，仅在蚀变强烈的松软地段工程施工时需要支护，工程地质条件在今后的工作中将做出进一步的调查。

2 钻探技术设计

2.1 钻井方法和钻具组合

（1）在第四系覆盖层，根据其厚度及破碎情况开孔时用Ø110mm或Ø91mm合金钻头开孔，见到基岩后下入Ø108mm或Ø89mm套管护壁，用Ø76mm孕镶金刚石钻头钻进至终孔。

（2）开孔钻进至基岩下入套管前，用Ø110mm或Ø91mm合金钻头钻进，钻杆为Ø72mm绳索取芯钻杆。

钻具组合：Ø72mm绳索取芯钻杆+Ø108mm（Ø89mm）岩芯管+Ø110mm（Ø91mm）合金钻头。

钻进技术参数：

钻压：6～10kN；

转速：50～400r/min；

泵量：60～150L/min。

下入套管后，采用Ø75mm绳索取芯金刚石钻进工艺。

钻具组合：Ø72mm绳索取芯钻杆+Ø75mm绳索取芯内外管钻具+Ø76mm孕镶金刚石钻头。

钻进技术参数：

钻压：6～11kN；

转速：400～850 r/min；

泵量：40～45 L/min。

（3）分层钻进技术要求和措施：在覆盖层及风化层采用普通泥浆钻进下入孔内1～2层套管，用合金钻头钻进。

在基岩完整地层中采用低固相或无固相冲洗液钻进，采用Ø75mm绳索取芯钻进终孔，在孔深大于750m以上时，在孔内下入Ø72mm钻杆做套管，换用Ø56mm小口径金刚石绳索取芯钻进方法钻进至终孔。

2.2 钻孔结构设计

（1）根据地质设计和设备能力确定穿矿口径和终孔直径Ø76mm，在孔深大于700m以上时采用Ø75mm口径终孔。

（2）根据地质条件、钻孔设计深度、钻进方法护壁措施及设备能力等因素确定一般开孔直径为Ø110mm或Ø91mm，下入Ø108mm、Ø89mm套管2层。

在覆盖簿或岩石出露风化较浅时，用Ø91mm口径开孔，换径次数2～3次，其深度视地层情况而定，一般十几米到几十米不等。

（3）套管的规格、数量下入深度和程序的确定，根据地层情况分层钻进分别下入。

2.3 冲洗液类型与制定护壁堵漏措施选择

（1）在第四系覆盖层及基岩风化破碎层采用普通钠土。低固相泥浆作冲洗液，性能：比重1.08～1.10g/m3，粘度18～20s，含砂量小于4%，穿过覆盖层及基岩风化破碎层后采用无固相PHP冲洗液。PHP携带岩粉，净化冲洗性能良好。

（2）用搅拌机将钠土加清水充分搅拌均匀。每箱加25kg钠土。根据地层情况适时增减泥浆粘度，用控制增减用钠土量来实现。

完整基岩层钻进时采用PHP无同相冲洗液，每六方米加PHP300～500g。

在钻孔300m以上回转阻力较大时，可适量加入皂化油减阻。

（3）护壁堵漏措施。一般情况下，上部采用单层或双层套管护壁，Ø75mm绳索取芯金刚石钻进时采用锯末堵漏，特殊情况下，漏失严重、坍塌、掉块地层采用水泥护壁堵漏。

（4）冲洗液循环和固控系统的布置：开挖泥浆坑、沉淀坑、循环槽长度不少于15m，并挖2个以上沉淀坑，进行沉淀岩粉并及时清理，净化冲洗液。

2.4 钻探设备选择

钻机：XY-44，1台(钻深Ø75mm，800m)；

泥浆泵：BW-250 1台（泵压5GPa，泵量250L/min）；

动力机：100kW发电机（兼照明）1台（功率100kW）；

钻塔：AG-13-20（塔高13m，承载20t）；

泥浆搅拌机：0.7m3。

3 供水设计

根据当地水源条件，确定供水方法，采取机场附近挖蓄水池20m3，用塑料布防渗水，使用车辆拉水，注入池内备用。

离水源地近时，建泵房，由高压泵将水送到机场蓄水池内备用。

4 供电设计

采用电力驱动，使用100kW发电机驱动钻机上配置的电动机，并兼机场照明。采用铜芯四芯25mm2，50～100m长度的电缆，一般设立在机场下风处，以方便使用和管理为原则。

5 钻孔质量要求及保证措施

5.1 工程质量指标

除地质特殊要求外，按《地质岩芯钻探规程》要求的6项质量指标为准。

5.2 质量保证措施

（1）采用Ø75mm绳索取芯钻具取芯，各机台至少配备2套取芯钻具以提高纯钻时间，减少辆助时间，配备胎体硬度不同的孕镶金刚石钻头几种，选择性能良好卡簧并用岩芯实验松紧度，合适为宜，投入内管要到位，防止打单管和岩芯脱落。

（2）测斜仪选择JXY-2罗盘测斜仪，在易斜地层钻进采用小规程参数钻进，掌握一定规律后可采用初级定向进行施工，偏斜较大时，可采用孔内下入偏心楔子。

（3）全孔水泥浆封闭，水灰比0.5，水泥标号32.5，采用孔口灌注法或用钻杆送入，用水文绳下入孔内检验封孔位置。

（4）使用性能完好的钻具，取芯外管、内管刚、直，钻头内径不能超差过大，保证岩芯顺利进入内孔，卡簧、卡簧座配合适当，卡簧卡取牢固有效。

钻进时，不打懒钻，努力提高岩矿芯采取率。原始班报、记录完整、整洁、齐全。

按地质质量要求和规程做好每一项工作，接受地质人员的检查和验证。

6 孔内事故预防及处理措施

预防烧钻事故的发生，是十分重要的，勤检查水泵供水情况是否有效，钻杆、钻具是否开裂漏水，丝扣部位是否损坏，发现问题及时更换。

一旦发生烧钻事故，要冷静处理，根据具体情况进行处理，一般采取拉、反、推等方法。

7 安全技术措施

防寒、防火、防洪和防滑坡等灾害对人员和财物的损害，施工全过程给予充分关注施工区的自然环境。

人员防寒配置棉衣、棉鞋，设备防寒发动机加注防冻液。防火，配置灭火器、取暖设施远离易燃物品，并对余火进行熄灭。

在雨季施工，特别注意防洪和防滑坡，尽量不在底凹地施工、开挖排水沟渠、清理山坡活石等。

钻探安全技术要求是，预防3大事故的发生：人身事故、孔内事故、机械事故，严格按有关规程、规定执行，落实在各项工作中，各级各岗位认真履行职责，配合安全部门和安全员的检查与监督。

8 施工组织与管理措施

在钻孔深度超过700m以深后，用Ø75mm绳索取芯Ø72mm钻杆下入孔内做套管，换用Ø56mm小口径绳索取芯钻进方法进行施工，直至达到地质设计要求，孔深一般可达到1000～1200m。

用Ø72mm绳索钻杆做套管，要保证在完工后能起拨上来。在下入时，要仔细检查钻杆接手是否完好，并在钻杆外壁涂抹黄油，孔内注入PHP冲洗液，把孔口围严，洒上PHP粉末。

深孔钻进对设备管材、操作都提高了要求，更加对冲洗液性能循环系统仔细观察，发现问题及时处理解决，营造一个良好的工作条件，确保施工顺利进行。

钻探工作主要用于对矿体、矿化体的深部和矿体延伸控制与探索，以及对物探异常的验证。根据本区岩石硬度采用小口径金刚石回转钻井，本次为斜孔（60）钻进，开孔直径为Ø110mm，终孔直径不小于Ø56mm。钻孔安装前和施工结束，均由项目负责人签发《安装通知书》、《施工通知书》、《终止通知书》。在施工过程中和结束后按规范及设计要求进行孔深检查和钻孔弯曲度测量等工作，并在施工结束后填写《封孔登记表》和《完工验收表》。钻探质量要求严格按照《岩芯钻探规程》钻探工程质量6项指标执行。