阳储岭钨钼矿钻探工艺的优化选择

朱建良

（江西省地质矿产勘查开发局九一六大队，江西 九江 332100）

钻探工艺是一种直接的隐蔽致灾因素探查技术，通过获取地下矿产资料、验证矿产信息，从而计算矿产储量的技术手段，具备高精度、高直观性的优点。在工业对金属的需求日益增长的现代社会，矿产勘查已经成为了一个经久不衰的课题，地质矿产勘查工作的活跃，正反映了社会工业环境对于矿产的渴望。我国的钻探技术近年来发展得很快，已经具备国际领先标准。为总结钻探工艺的技术手段，本文以阳储岭钨钼矿为工程实例对其钻探工艺的优化选择进行了分析和探究。首先简要介绍阳储岭钨钼矿的工程和地层概况，然后对钻探设备进行选择。在钻探工艺优化的程序中，为了得到最安全高效的针对阳储岭钨钼矿的钻探工艺，对孔身结构设计、钻探工具组合设计、冲洗液、以及钻探参数的设置进行了深入的探究[1]。

1 工程实例

本文所述的工程实例阳储岭钨钼矿位于江西省都昌县江南造山带东段，地处九岭东西构造带与赣州、波阳新华夏系拗陷带的交接部位。阳储岭钨钼矿的主要矿体位于斑岩体内，矿内的矿石大多呈细脉浸染状和浸染状。其蚀变的空间分带程度较浅，主要为钾硅化、绿泥石化和碳酸盐化。该矿区属于高度-中度湿热液矿床，其中成矿以中型湿度为主。其成矿流体中富含CO2，成分来自于地下岩浆。

2 钻探设备选择

钻探设备主要包括钻机、泥浆泵、钻塔等，在选择钻探设备时，应根据工程矿区的实际情况进行选择，对底层结构、钻探工艺以及钻探工作人员的技术方法进行综合考虑。依据本文所述的工程实例选择的钻探设备及所需组合道具如下表所示。

表1 钻探设备及所需组合道具

如上表所示，本工程地理位置较为偏僻复杂，因此选用的设备在功能之外还需要考虑轻便安全，在数值上选择系数较小的设备。

3 钻探工艺优化

针对阳储岭钨钼矿的实际情况，选择最安全、最高效的钻探工艺，包括孔身结构设计、钻探工具组合设计、冲洗液、以及钻探参数的设置[2]。

3.1 孔身结构设计

孔身结构一般指钻探工具在开孔时切开钻孔纵剖面的形状，其基本指数包括孔身直径、换径次数、孔身各阶段的具体数据。在这些数据中，换径次数越多，孔身结构就越复杂。因此，对于孔身结构的设计，要严格遵循阳储岭钨钼矿的地质结构以及具体的施工要求，尽最大能力提高钻探效率。在设计孔身结构时，需首先确定终孔直径，并由上至下分层设计各阶段的深度和直径。将孔身结构简化到最大限度，并减少换径次数，以控制施工成本和事故概率。为了预防孔身结构过于复杂，需要在设计孔身结构前就预留一个用来补充套管的孔径，且在开孔时需尽量加大开口面积，以预留扩孔空间。如在开孔时出现地下孔洞不稳等情况，需及时处理不稳定的地层，必要时可以下水套管处理。根据阳储岭钨钼矿的具体情况，现多数采用全液压钻机（如图1）。

图1 EP600plus 英格尔便携式全液压钻机施工图

如上图所示，根据阳储岭钨钼矿的地质特点，将孔身结构分为四个部分，第一部分是土壤及腐殖质的覆盖层，使用Φ127 套管，这一层的孔洞面积最大，也是位置最高的阶段。第二层是碎石层，这一层土壤较少，几乎都是破碎的小石块，开孔面积相应缩减，使用Φ108 套管。第三层是复杂地层，这一层物质种类较多，开孔面积进一步缩小，使用备用套管。最后一层直到终点没有套管，是孔洞面积最小的一个阶段。阳储岭钨钼矿中孔洞各阶段的实际结构及孔深都不相同，下入套管的深度也需要根据实际情况决定。

3.2 钻探工具组合设计

钻探工具包括开孔钻具、一级钻具、二级钻具和备用孔具，是根据上文中的孔身结构和阳储岭钨钼矿的具体地质情况决定的。主动钻杆是钻具中必不可少的一项，一般使用108mm 的口径。选择钻杆时，需要考虑施工孔深，不同阶段的孔洞有不同的深度，需要选用不同的钻杆，距离地面越远的孔洞，使用的钻杆就越粗。选取钻头的方法与钻杆类似，但是还需要考虑地层特点和孔洞要求，矿区的地质结构越向下，硬度就越大。因此在最上层的土壤覆盖层，只需要选择最小的口径，深度越大钻头的口径就越大。备用孔具因所处地层的矿石环境过于复杂，只能依据具体情况进行选择，在本文阳储岭钨钼矿中，与开孔钻具一样选择220mm 口径。根据以上钻具组合的选取方式，可以列出三种钻具的组合情况如下表所示[3]。

表2 钻具组合型号

如上表所示，将主动钻杆、钻杆、钻头组合起来，就能得到不同效果的钻探工具，并分别应用在不同阶段的孔身钻探中。

3.3 配置冲洗液

冲洗液在矿产钻探工艺中十分重要，通常被称为钻探技术的血液。想要保证钻探施工的完整性和安全性，提高钻探效率，降低钻探施工成本，就需要配置出适合当前情况的冲洗液。在施工过程中，通常会根据具体的施工要求，在两种冲洗液的配置方案选取最合适的一种。

3.3.1 随钻无固型冲洗液

随钻无固型冲洗液一般具备良好的防坍塌功能，且拥有一定的排烟排尘功能，即使岩石粉末堆积得很厚，也能轻易清除。随钻无固型冲洗液的润滑性能十分优越，使得钻杆表面几乎看不见油污。伴随深度的变化，可以适当在随钻无固型冲洗液中增添能够调整冲洗液性能的材料。

3.3.2 堵漏正电胶型冲洗液

堵漏正电胶型冲洗液一般针对拥有较大裂缝且濒临破碎的矿井，直接在地层中填补漏缝。配置好堵漏正电胶型冲洗液后，应在充分循环后直接排除空洞内的原浆。组合钻具之下需要反复清扫，防止工程开始后泥浆灌入。且在配置过程中，需要谨慎添加清水比例，严格按照配料表添加辅料，不能过多也不能过少，整个钻探过程中要随时维护泥浆的完好情况。

3.4 钻探参数设置

钻探参数主要包括钻探压力和钻头转速。设置合适的钻探参数能够辅助增加钻探工艺的效率并节约时间成本和人力物力成本。在依据实际情况设置钻探参数时，需要同时考虑阳储岭钨钼矿不同层级的地质情况、钻探方式以及施工要求。在一定范围内提高钻探速度能够增加钻探压力，但是一旦钻探压力过高，很容易加快金刚石钻头的消耗速度，因此施工单位需要根据不同层级岩石的硬度、研磨性、金刚石钻头当前粒度、品级、底部面积等具体情况设置合理的钻探压力。钻探压力的计算公式如下所示：

其中，P表示当前钻探压力，F表示钻头面积，单位为cm2，Q表示该钻头面积下单位压力值，单位为kg/cm2。

钻头转速也是一个能够影响钻探效率和成本的参数。一般情况下，压力越大，钻头转速越快，但是过高的压力也会影响金刚石钻头的寿命。因此一般会按照如下公式选择一个合适的转速最优值。

其中，N表示转速最优值，Vk表示线速度，单位m/s，一般选取1.5～3.0之间的一个数值；D表示钻头底部直径，单位为mm。

4 结束语

本文依托阳储岭钨钼矿作为工程实例，根据该矿区的地质条件，探究总结钻探工艺的优化方法。通过对矿区内复杂的地质结构的勘查，提出了适合阳储岭钨钼矿的钻探工艺技术方案。本文的研究为阳储岭钨钼矿的开采提供了切实可行的行动方案与理论保障，对日后开采其他地区矿产资源也具有一定的理论指导意义。