红格、兰尖、朱家包包钒钛磁铁矿区SYZX绳索取心式液动锤生产试验及推广应用

高飞，徐柳，杨芝广，罗思贤，李龙，张开林

红格、兰尖、朱家包包钒钛磁铁矿区SYZX绳索取心式液动锤生产试验及推广应用

高飞，徐柳，杨芝广，罗思贤，李龙，张开林

（四川省地质矿产开发局106地质队，四川 温江 611130）

攀西钒钛磁铁矿区深部及外围普查项目实施中，在破碎、坚硬、打滑地层钻进及大断层、断层破碎带穿越，使用普通绳索取心钻进，施工周期、效率、效益都受到严重影响。项目组尝试多种新型钻进技术工艺及技术关键，2013年优选国土资源部勘探技术研究所研制的SYZX96和SYZX75绳索取心式液动锤，集绳索取芯与液动冲击回转钻进为一体，在坚硬“打滑”地层和破碎地层中具有钻进效率高、钻孔质量好、岩芯采取率高、钻探成本低，钻进技术工艺等方面取得了突破性进展，达到了预期目的，值得推广。

整装勘查；破碎、坚硬、打滑地层；绳索取心式液动锤；

1 概述

攀西地区钒钛磁铁矿为我国特大型矿床，上世纪70年代和80年代就进行过勘查，取得了攀西地区钒钛磁铁矿的重大突破。为探明深部及外围矿产储量，从2010年8月起至2014年10月，实施了攀西钒钛磁铁矿区深部及外围普查项目。

四年整装勘查实施期间，实施钻孔中对破碎、坚硬、打滑地层的钻进，及大断层、断层破碎带的穿越，使用普通绳索取心钻进时，施工周期、效率、效益都受到严重影响。我队探矿技术组探寻、尝试各种新型钻进技术工艺。在总结以往技术方法，围绕技术关键，发挥我队在金刚石冲击回转钻进技术方面的优势；并在2013年优选国土资源部勘探技术研究所研制的SYZX96和SYZX75绳索取心式液动锤，在四川省盐边县、会理县红格钒钛磁铁矿区深部及外围普查和四川省攀枝花市攀钢兰尖、朱家包包钒钛磁铁矿区延伸勘探项目中，进行生产试验及推广应用，施工钻孔20个，累计完成工作量8 224.70m。生产试验及推广应用数据反应，在钻孔质量、钻探效率取得突破性进展。效果明显、经济效益良好，达到了预期目的。

通过生产试验及推广应用工作，SYZX96和SYZX75绳索取心式液动锤在两矿区完成的钻探主要工作量及技术经济指标见表1。

表1 SYZX系列绳取液动锤两矿区完成工作量情况

2 矿区地质条件

2.1 红格钒钛磁铁矿区

位于盐边县城南西225°方向，平距约13km。地理坐标：东径101°59′25″，北纬26°37′37″，面积13.63km2。

详查工作针对红格钒钛磁铁矿深部及近其外围，分布于红格基性—超基性赋矿岩体中南段。

区内出露地层主要有：

第四系（Q）：河流冲积、重力堆积、坡洪积、残坡积等。堆积层为粘土、砂、砾石等；厚度几米至数十米。

第三系昔格达组（N2X）：为湖相及小型盆地沉积。灰色、灰白色粘土岩、砂质页岩、粉砂质岩互层。中部夹炭质页岩，底部具一至数米厚杂性砾岩组成。与下伏岩层呈角度不整合接触，厚度数米到226m。

二叠系峨眉山玄武岩（P2）：为一套暗绿色、灰绿色熔岩，凝灰岩及火山角砾岩组成。具斑状、块状、气孔状构造。靠近含矿岩体处常有含矿岩体的俘虏体，具辉绿结构的玄武岩（辉绿辉长岩）呈岩枝、岩脉贯入含矿岩体之中。

震旦系灯影组（Zbdn）：上部为灰白色、灰色薄至中厚层大理岩夹长岩砂岩，下部为灰至灰白色白云质灰岩、结晶灰岩夹大理岩、石英砂岩，多构成含矿岩体底板或含矿岩体侵入于大理岩之中，厚度415～804m。

矿区位于川滇南北向构造之昔格达与安宁河两大断裂带间的“地块”，分布在米易至红格地段。含矿体受昔格达断裂的控制。南北向压扭性断裂多次活动的区域构造背景，反咉本区经受了不同时期、不同性质、不同规模的复杂的构造运动及相关构造形迹广泛发育，形成断层多、长，断裂破碎带宽的特征。主干断裂自东向西由密变稀，呈舒缓波状南北向展布，断裂结构面力学性质较为复杂，一般倾向东、陡倾角，多呈现压扭性迹象。强裂的地质构造运动，造成了破碎地层、漏水、涌水、断层等的钻探技术需解决的难题。

矿区岩浆岩主要有辉绿辉长岩（具辉绿辉长岩结构的玄武岩）、辉绿岩、正长岩、花岗岩，峨眉山玄武岩、花岗闪长岩、石英二长岩等。

2.2 攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区

位于攀枝花市北东33°方向东区银江镇境内，直距约11km。中心地理坐标：东径101°41′00″～101°46′30″，北纬26°35′00″～26°39′30″。

矿区地质构造极其复杂，东部及中部位于扬子陆块西南缘，包括盐源-丽江前陆逆冲-推覆带（龙门山-锦屏山陆内造山带）、康滇地块、上扬子地块三部分。中部的康滇地块（康滇地轴）演化历史长，构造最为复杂，由磨盘山、安宁河、小江等南北向断裂带与其间的基底和盖层组成，由结晶基底、褶皱基底和盖层构成三层结构。主构造线分别为近东西向（卵形）和近南北向，分别定型于印支期和晋宁期；盖层构造以南北向较宽缓褶皱和断裂为主，定型于喜马拉雅期。

区内以南北向构造占主导地位，其次为东西向构造。南北向构造在区内为一系列南北向或近于南北向断裂或断裂带及南北向褶皱组成，同时发育一系列北北东向、北北西向剪切断裂，构成南北构造带。这个构造带发生于晋宁期，经历了澄江期、加里东期、华力西期、印支期和燕山期等，形成以褶皱及冲断裂为主的南北向先张后压构造带。构造带断裂主要有金河—箐河断裂、攀枝花断裂、昔格达断裂、安宁河断裂等。

攀枝花钒钛磁铁矿赋存于华里西期攀枝花层状辉长岩体中，受断裂控制。走向为北东（NE30°），倾向北西，倾角一般40°～60°，岩体长约19km，出露宽度2～3km，面积约40km2。含矿岩体规模较大，钒钛磁铁矿规模巨大，呈似层状矿体，层位稳定，自东北向西南可分为朱家包包、兰家火山、尖包包、倒马坎、公山、纳拉箐等六个矿段，其中朱家包包、兰家火山、尖包包三个矿段矿层厚、质量好，占全区储量95%，是主要开采对象。

3 SYXZ液动锤冲击回转钻进技术条件与技术措施

3.1 钻探设备

钻机：HXY-6、HXY-5、XY-44、XY-4

钻塔：SGZ18、SGZ13

泥浆泵：BW300、BW250

绳取绞车：1000m、1500m、2000m绞车

绳取夹持器：自重式、木马式

动力：6108型、295型、1115型

钻杆：SA75ZD、SA95

表2 SYZX绳索取心式液动锤钻具主要技术性能参数

3.2 绳索取心金刚石液动冲击回转钻进技术

绳索取心钻探以其少提大钻增加纯钻进时间，提高台月效率，减轻劳动强度等优势获得广泛的应用。存在破碎岩层岩心易堵塞，回次进尺短，打捞频繁，纯钻进时间少，台月效率低等问题；绳索取心钻探用钻头因底唇面较厚，刻取岩石面积较大，尤其钻进坚硬打滑岩层，效率低下。是待解决的突出问题。

我队“七五”期间完成地矿部重点科研项目“液动冲击回转钻进配套工艺研究及大规模推广使用”和“八五”期间完成四川地矿局“四川岩金矿钻探取心配套技术的研究与应用”项目。先后在钒钛磁铁矿、锰矿、铜镍矿、铝土矿、石墨矿、富铁矿、岩金矿大小11个矿区应用，累计完成钻探工作量152 258m，钻孔367个。钻孔质量及钻进效率得到大幅度提高，普通金刚石液动冲击回转钻探技术是我队的主要优势与强项。本项目研究应用是将这一先进钻探技术，扩大应用到绳索取心钻探技术上;使绳索取心技术与液动冲击回转技术有机相结合，进一步提升钻孔质量及钻进效率，使钻探技术再上台阶。

首先，对我队原使用的传统ZF-56型正作用、SX-56型双作用、SX-75型双作用、YZ-75单作用冲击器进行分选。我队技术人员、现场员工对其使用调试、操作比较熟练;但只能适用于普通金刚石钻探技术，不能用于绳索取心技术;限制其作用发挥。因而，我队2013年引进国土资源部勘探技术研究所采用、取得两项专利并经科钻1号井5000m深度3000余米钻探进尺检验的YZX系列液动锤与绳索取心相结合，研制出SYZX96和SYZX75绳索取心液动锤技术。其主要技术性能参数如表2。

SYZK75和SYZX96绳索取心液动锤的基本结构和工作原理相同，只是尺寸有所不同。整套钻具分为双管和打捞器两部分。

1）双管包括外管总成和内管总成。外管总成含弹卡挡头、弹卡室、上扩孔器（内装上扶正环）、上外管、承冲环接头（内装承冲环）、下外管、下扩孔器（内装下扶正环）和钻头；内管总成包括打捞、弹卡、冲击（YZX液动锤）、传功和到位报信、缓冲、单动、上下分离、调节、岩心容纳及卡取岩心等机构组成。各机构的工作原理详见“SYZX系列绳索取心式液动锤使用指南”。

2）打捞器部分，打捞器与同规格绳索取心用打捞器相同。

SYZX绳索取心液动锤钻具的使用方法跟同规格绳索取心钻进基本相同，只是在钻进参数的选择上略有不同：

1）为使打捞工作能顺利进行，打捞开始前应开泵循环。防止岩粉沉在承冲环和传功环之间，致使两者无法分开，导致打捞失败。

2）当打捞器接近内管总成时，要适当减速，以防捞矛头和打捞钩受到过大的冲击力而损坏。当打捞器落在内管总成上端时，孔口能听到轻微撞击声，即可开始缓慢提升。在内管总成提动后，再按正常速度提升。此时，如果钻杆内有大量的冲洗液流出，说明已打捞成功，否则应停止提升，重新打捞。

3）从内管取出岩心时，可从卡簧座或调节接头卸开，用橡胶锤或木锤轻敲内管，切勿用铁器敲打，以免内管产生凹坑，在钻进时影响岩心进入；取出岩心后，要清洗和检查内管总成，然后重新组装、备用。

4）在正常孔时，可以将内管总成从孔口处往钻杆里投放，然后接机上钻杆，开大泵量用冲洗液往下压送，当泵压突然升高—液动锤正常工作，表明内管总成已经到位，可以开始正常钻进。

5）在漏失地层钻进时，应先往孔内注入冲洗液，等液面升到正常位置时再投放。如钻孔严重漏失，孔内无冲洗液（干孔）或液面很低（半干孔），应用打捞器将内管总成送入，以免撞坏钻具和钻头，造成事故。

6）选择钻进参数时，绳索取心液动锤钻进和普通的绳索取心钻进，均为金刚石钻进，故所用钻压、转速基本相同或略低于普通绳索取心钻进。一般钻压为8～12KN，最大钻压不超过15KN。严禁为了增加机械钻速而一味加大钻压。

泵量与泵压：绳索取心液动锤钻进中的液动锤靠泥浆泵输出的高压液流驱动，在其工作范围内泵量越大，冲击频率、冲击功也越高，所以在泥浆泵及钻孔条件允许情况下，最好选用较大的泵量。随着钻孔深度的增加，钻孔环状空间产生的压力降增大，为保证液动锤正常工作，可适当降低泵量。泵压的适用范围为0.5～4.5MPa。但是，在适应孔内其他钻进因素要求的情况下，随着孔深的增加，同样的地层钻进所需的冲击功也会增加，因此在深部孔段施工中应尽量使液动锤的泵压保持在工作范围的较高值。

SYZX绳索取心液动锤对冲洗液的要求：冲洗液以清水+润滑剂（无固相泥浆）为佳，低固相泥浆次之，即冲洗液中的固相含量越低，液动锤中的运动副磨损越慢，寿命越长，因此现场最好配备泥浆净化设备。没有，则应尽可能增加泥浆沉淀回路长度，同时使泥浆泵进水的莲蓬头靠近泥浆液面。如果泥浆中需加入膨润土等或高分子材料，则必须将泥浆搅拌均匀后才可使用。特别注意：因液动锤中运动副配合间隙很小，因此泥浆中禁止加入锯末、锦籽壳、堵漏王等堵漏材料，同时注意泥浆的维护，及时将树叶、塑料碎片、线头等砸不断、挤不烂的物质清理干净。

4 SYZX绳索取心液动锤生产试验情况及技术经济效果

按照项目实施的安排，2013年下半年首先在红格钒钛磁铁矿区ZK13202钻孔和ZK11424钻孔采用SYZX96绳索取心液动锤进行小规模的生产试验，现场试验记录的数据来看，使用效果非常好。通过研究分析，总结完善，2014年在红格钒钛磁铁矿区和攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区同时进行大规模生产应用试验，通过进一步的检验应用，证明其先进性、优越性，同时也获得良好的技术经济效果。

4.1 SYZX绳索取心液动锤单孔试验钻进与普通绳索取心单孔钻进各项技术指标综合对比见表3、表4:

表3 红格钒钛磁铁矿区不同钻进方法试验对比

表4 攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区不同钻进方法的生产应用对比

4.2 SYZX96和SYZX75绳索取心液动锤在两矿区纯冲击回转钻进各项技术指标

表5、表6、表7反映红格钒钛磁铁矿区、攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区、攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区试验完成情况:

表5 红格钒钛磁铁矿区试验完成情况

表6 攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区SYZX96生产应用完成情况

表7 攀钢兰尖—朱家包包钒钛磁铁矿区SYZX75生产应用完成情况

4.3 取得综合技术效果

在两大钒钛磁铁矿区岩心钻探中，应用SYZX系列绳索取心式液动锤回转钻进技术，对解决钻探技术存在问题，取得明显的综合技术效果。

1）由于绳索取心冲击回转钻进，其冲击力量始终保持沿钻孔轴线作功，能减小岩石各向异性造成的钻孔弯曲机率，对各向异性的地层，有效地降低钻孔弯曲，因此，在两矿区施工的钻孔中，均设有出现钻孔弯曲超差的问题。

2）由于绳索取心冲击回转基本上消除了岩心堵塞，特别是破碎地层，避免了因堵塞造成的磨损，增加了回次进尺长度，提高了时间有效利用率；再配合优质冲洗液形成的吸附胶膜与隔水护壁作用，能起到良好的护心作用，合理的钻具结构，避免冲蚀，也不改选形成的岩矿心的分选，采取率都能达到90%以上，且品质高、代表性强。

3）较高的能量利用率。由硬度较高的矿物和胶结物质组成的8~9级以上的岩石，它的物理力度性质而言，抗压强度高脆性大，在冲击荷载作用下，受较小的冲击功即可破碎。因此，岩石的动硬度变比静应变更大，而冲击荷载可以以较小的冲击功产生很大的破碎力，这就是SYZX系列绳索取心液动冲击器在高硬度地层中钻进的突出优点。

4）经过生产试验应用综合数据对比，SYZX系列绳索取心液动锤相比普通绳索取心钻进，纯钻进时效提高35%以上，最高班进尺达到67.20m，回次进尺增加30%以上，成本降低15%以上，台月效率提高30%以上，钻头使用寿命提高25%以上。

5）通过现场使用情况来看，该系列绳索取心冲击器地层适应性强，对冲洗液的适应性也较强，工作稳定性可靠性较高，易损件较少，能够更好的适应野外环境。

4.4 结论

1）绳索取芯液动锤是集绳索取芯与液动冲击回转钻进为一体的较新钻探技术，在坚硬“打滑”地层和破碎地层中具有钻进效率高、钻孔质量好、岩芯采取率高、钻探成本低等优点，是值得推广的高效钻进新技术。

2）绳索取芯液动锤结构简单，工作稳定可靠，使用维修方便，易于推广。

3）绳索取芯液动锤的推广应用，优质孔率增加，能取得良好的经济和社会效益。

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Production Test and Application of SYXZ Wire-Line Coring Hydro-Hammer in Hongge, Lanjian and Zhujiabaobao Ore Districts

GAO Fei XU Liu YANG Zhi-guang LUO Si-xian LI Long ZHANG Kai-lin

(No.106 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 611130)

Production Test of SYXZ wire-line coring hydro-hammer carried in Yanbian, Hongge, Lanjian and Zhujiabaobao ore districts and so on in 2013 has achieved good results. Integrating the wire-line coring with the hydraulic impact rotary drilling, The SYXZ wire-line coring hydro-hammer is characterized by high drilling efficiency, good drilling quality, high core recovery rate and low drilling cost in drilling in hard -"slip" formation and fractured formation.

hard -"slip" and fractured formation; wire-line coring hydro-hammer; production test

2018-12-31

高飞（1984—），男，江苏淮安人，工程师，研究方向：岩心钻探施工

P642

A

1006-0995（2020）01-0068-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2020.01.015