河南省多金属矿区复杂地层钻探施工方法研究

2018-09-12范崇满张远峰

世界有色金属 2018年13期

范崇满，张远峰

（1.河南省地矿局第二地质勘查院，河南郑州 450000；2.中铁十二局集团第七工程有限公司，湖南长沙 410000）

钻探工艺是大型金属矿开采最重要的技术手段之一，也是矿产资源开发效率的主要保证。相比较一般的金属矿区，多金属矿区地层大多更为坚硬且矿区开采环境复杂，制约因素较多，施工队地层进行钻探工作也具有更高难度。必须设计一种多金属矿区复杂地层钻探施工方法，应对多金属复杂地区地层钻探工作。

对此以河南省某多金属施工矿区为研究对象，设计多金属矿区复杂地形施工钻探方法。首先对研究矿区进行实际综合性分析，获取主要开采问题。针对获取的分析结果，对施工队所用的钻探设备和钻孔结构进行重新设计，提高钻探设备对坚硬地层的掘进效率[1]。

1 多金属矿区钻探问题分析

经过探究可以确定，该矿区地层褶皱及断裂构造发育较为完全，地层褶皱构造对矿体控制作用明显，内部断裂层结构对目标研究矿区具有一定的破坏作用。

因为矿区整体处于倾斜构造带中，所以内部地质起伏波动较大。经过实际勘测，矿区轴面略向西部倾斜，倾斜角度大约在48°左右。

矿区整体呈内部断裂发育，综合走向为NEE、NW、NNE三组。其中NNW方向最为明显，主要露出两条断裂层，对矿区影响挫动较大。利用三维影像仪，对矿区各层结构进行三维扫描，其主要问题分析如下：矿区表层第四系和表面强风化岩层整体胶结性较差，因为矿体种类较多所以全区结构分散。

在实际钻进操作中很容易发生垮塌、掩埋以及挤钻事件；矿区褶皱和断裂层发育完善，矿区碎裂带较多，岩石层破碎状态明显，裂隙发育较差，很容易发生垮塌、掉块、漏水包括憋水等现象。矿层上部普遍存在坚硬的表皮结构，表面硅化强烈，硬度较大，钻进较为困难，整体属于最典型的的硬、脆、碎地形。对此，必须合理开发钻探技术。

2 多金属矿区复杂地层钻探方法设计

2.1 钻探设备及钻孔结构设计

为了应对复杂地形，设备整体选用XY-57型和XY-15型轴立矿区岩芯钻机。泥浆泵选择为SG-15型四角直角塔装结构。电机功率为15kw左右。

绳索轿车选择JSJ-1500绞索车结构，绳索取心钻杆。由于目标研究矿区岩石层破碎状态明显，裂隙发育较差，很容易发生垮塌、掉块且矿层坚硬打滑等问题。为了解决这一问题，保证钻探设备正常运行，决定使用下属钻孔结构，具体参数下：

180毫米口径作为开孔口，钻头覆盖层下入距离为145毫米，外部包裹孔口套管。利用110毫米口径钻头直接开孔，钻入覆盖层下方108毫米处，进行套管。中间包口为130毫米口径，为钻进过程中出现的特殊情况保留控制空间。利用95毫米口径的绳索钻直接钻入到矿区200米后，入89毫米套管，最后用77毫米绳索钻一直钻到终孔，其结构如图1所示。

图1 钻孔结构示意图

2.2 钻进工艺程序设计

在实际操作时，开工采用180毫米合金制或者复合片空心钻头，钻进距离为0到20m，下入145毫米套管为孔口管。为了避免硬质的核心钻头与套管产生剧烈摩擦而导致钻头损坏，可以采用胎式复合片进行钻头隔离，等到钻头穿过矿床风化层后，再进行套管操作。根据该矿区传统地层资料，其200米以下的矿层裂隙破碎带发育完善，且伴有极强的掉块现象，危险性较高，所以为了保证钻进效率，直接选用95毫米绳索取芯工艺钻，取250米左右距离，隔离上部破碎带，减少矿区掉块发生。研究发现，该矿区表面第四系露出面积较大，矿层堆积物结构及其松散，覆盖层胶结性极差，矿层取芯困难。

但是我国地质技术要求施工队取芯率必须小于65%，所以需要采用150毫米硬质核心复合片进行低速满转，通知钻取压力采用泥浆钻进。泥浆混合材料选用膨润土水和火碱的混合物，采用比例结构为75:20：5.当钻进设备钻进到矿区砂砾岩层时，如果出现泥浆侧漏包括坍塌现象，可以在孔内添加泥球，提高泥浆性能，保证孔壁的稳定性[2]。