羅冠平

（福建省121地質(zhì)大隊，福建龍巖 364021）

SYZX75型繩索取心液動錘在肅北德勒諾爾鐵礦區(qū)的應(yīng)用

羅冠平

（福建省121地質(zhì)大隊，福建龍巖 364021）

介紹了SYZX75型繩索取心液動錘在甘肅省肅北縣德勒諾爾鐵礦區(qū)堅硬、破碎地層中的應(yīng)用情況，總結(jié)了該鉆具在斜孔施工中的經(jīng)驗。實(shí)踐表明，使用SYZX75型繩索取心液動錘，大幅度提高了回次進(jìn)尺和鉆進(jìn)效率;有效克服了破碎地層的巖心堵塞，提高了破碎地層巖心采取率;有助于斜孔施工中的孔斜度控制。

SYZX75型繩索取心液動錘;破碎地層;斜孔;回次進(jìn)尺;鉆進(jìn)效率;巖心采取率

1 礦區(qū)概況

德勒諾爾-石板墩鐵礦區(qū)位于中祁連西段肅北縣境內(nèi)野馬山一帶，平均海拔為4000 m，寒冷時間長，可施工時間短，自然條件極其惡劣。我隊自2009年6月起在該礦區(qū)施工，合計已完成鉆探工作量2.5萬m，探明該礦區(qū)含鐵礦石資源量達(dá)2億t以上。礦區(qū)巖層主要為千枚巖，其次為結(jié)晶石英巖、細(xì)砂巖等。上部60～80 m為風(fēng)化凍土層。其地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，破碎帶地層復(fù)雜，巖石破碎、易坍塌，板巖破碎成泥狀，砂巖破碎成砂糖狀，巖（礦）心采取困難。礦區(qū)鉆孔設(shè)計深度300～1200 m，開孔傾角在60°～85°，要求巖石內(nèi)鉆進(jìn)巖（礦）心采取率≮75%，礦化帶、礦層與礦層頂?shù)装? m內(nèi)巖心采取率≮85%。鉆孔終孔孔徑≮75 mm。要求斜孔每100 m鉆孔傾角≯2°。

2 施工難點(diǎn)

礦區(qū)地層破碎，取心困難，巖（礦）心堵塞內(nèi)管，回次進(jìn)尺少，打撈、下放內(nèi)管成功率低，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率;礦層硬而碎，時效低，巖心采取率低，多次出現(xiàn)因巖（礦）心采取不足而補(bǔ)心;鉆孔設(shè)計傾角較大，孔斜度要求高，稍有不慎，就將造成孔斜，多個鉆孔因孔斜而降級，甚至報廢。

針對上述難題，通過調(diào)研，了解到SYZX系列繩索取心液動錘是在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過對破碎巖石的鉆頭施加一定頻率的沖擊能量，來加速碎巖，提高鉆效。同時這一沖擊功還能很好地解決繩索取心鉆進(jìn)破碎巖層中巖（礦）心堵塞問題，因而決定在該礦區(qū)試驗使用SYZX型繩索取心液動錘。

3 SYZX系列繩索取心液動錘

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

SYZX系列繩索取心液動錘鉆具是由雙噴嘴復(fù)合式液動錘與繩索取心鉆具結(jié)合而成。液動錘采用了容積式工作原理，大幅度減小沖程阻力，從而使沖擊功較傳統(tǒng)的液動錘大幅度的提高。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要有:

（1）雙噴嘴復(fù)合式結(jié)構(gòu)減少密封副數(shù)量，運(yùn)動件均采用金屬機(jī)械式密封，且錘內(nèi)無易損壞的彈簧零件，提高了鉆具壽命;

（2）適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，密封接頭、閥、錘上的螺旋槽具有排沙及液壓定心作用，提高了液動錘對沖洗液的適應(yīng)性，減輕摩擦阻力，整體工作更穩(wěn)定;

（3）鉆進(jìn)能力強(qiáng)，取消固定式節(jié)流環(huán)，采用容積式?jīng)_擊，擊砧水墊影響小，大幅度減小沖程阻力，有利于深孔鉆進(jìn)作業(yè)。

3.2 工作原理

采用容積式?jīng)_擊工作原理，實(shí)現(xiàn)過程為內(nèi)管到位于傳功環(huán)處定位，沖洗液流到承沖環(huán)時因密封受阻，被迫進(jìn)入液動錘內(nèi)，由于高壓驅(qū)動的沖洗液攜帶了強(qiáng)的液壓能，其通過液動錘的轉(zhuǎn)化能量機(jī)構(gòu)驅(qū)動沖錘產(chǎn)生一定頻率的向下沖擊運(yùn)動，迫使孔底的鉆頭實(shí)施沖擊碎巖，從而提高碎巖及鉆進(jìn)效率。

投放液動錘內(nèi)管總成到位后，送水即啟動液動錘，開始正常作業(yè)程序鉆進(jìn)。采心時，當(dāng)內(nèi)管總成的下分離接頭打撈到孔口后，用墊叉將下分離頭叉住，擋環(huán)上移，將上、下分離接頭拆開，此時內(nèi)管總成分成兩段，即可方便和安全地提出地表。當(dāng)鉆具處于懸吊狀態(tài)時，沖洗液與鉆頭中心孔直接相通，此時送入小量沖洗液時液動錘以低頻小功率工作，可實(shí)現(xiàn)沖孔的目的。

3.3 性能參數(shù)

SYZX系列繩索取心液動錘鉆具的技術(shù)性能及與之配套的繩索取心鉆具型號如表1所列。

表1 SYZX繩索取心液動錘鉆具主要性能參數(shù)

4 SYZX75型繩索取心液動錘的應(yīng)用

4.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

考慮到風(fēng)化凍土層遇水便松散，為了防止孔斜，確保后續(xù)施工順利，開孔采用130 mm或110 mm單管干抓鉆進(jìn)，穿過凍土層后下入127 mm或108 mm套管隔離，然后采用S95繩索取心鉆進(jìn)穿過上部破碎、漏失層，下入89 mm套管隔離護(hù)壁，最后采用SYZX75型繩索取心液動錘配S75A鉆具鉆進(jìn)至終孔。鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ZK4005號鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 設(shè)備和鉆具選型

為了滿足斜孔施工要求，施工鉆機(jī)主要選用全液壓動力頭式鉆機(jī)，其中進(jìn)口的 Atlas Copco CS1000P6型全液壓鉆機(jī)1臺、山東探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的XDF系列全液壓鉆機(jī)5臺。動力選型主要為上海強(qiáng)輝生產(chǎn)的 GFZ-100、GFZ-120、GFZ-150等型號柴油發(fā)電機(jī)組。泥漿泵和供水泵選用BW-250型。

繩索取心鉆桿主要選用普通型S95、S75及加強(qiáng)型S75A等。

4.3 主要護(hù)壁措施

上部凍土層、松散、破碎漏失層采用套管隔離，中部較完整孔段采用PHP-潤滑性型無固相沖洗液，下部礦層及其頂、底板采用植物膠無固相沖洗液護(hù)壁，坍塌、縮徑嚴(yán)重孔段采用低固相沖洗液護(hù)壁。

4.4 鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)

為防止斜孔施工孔斜，要求鉆壓不能太大，一般控制在8～12 kN;斜孔施工中，為了減少鉆具磨損，要求沖洗液潤滑性能好，潤滑系數(shù)＜0.5，含砂量＜1%，同時轉(zhuǎn)速控制在250～600 r/min;繩索取心沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，液動錘靠泥漿泵產(chǎn)生的高壓液流驅(qū)動，在其工作范圍內(nèi)泵量越大，沖擊頻率、沖擊功也越高，所以使用液動錘正常鉆進(jìn)時，要求采用二擋泵量或三擋泵量（90～150 L/min），泵壓在4 MPa以上。

4.5 鉆孔防斜技術(shù)措施

（1）在安裝時，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計方位角、頂角安裝，設(shè)備應(yīng)安裝穩(wěn)固，可靠，并保證鉆孔軸線、動力頭和主動鉆桿中心線在一條直線上;在施工中，要經(jīng)常檢查主動鉆桿與孔口中心線是否一致。

（2）開孔干抓穿過凍土層時，應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)，并將回次進(jìn)尺控制在0.5 m以內(nèi)。

（3）換徑時應(yīng)先打小眼，即采用變徑接頭連接同級鉆桿和小一級短管（0.5 m）及鉆頭，小眼形成后再下入技術(shù)套管。

（4）鉆進(jìn)過程中換層時，均應(yīng)減壓、減速鉆進(jìn)。特別是在巖層傾角較大的情況下，要適當(dāng)把鉆頭提起一定高度，反復(fù)鉆掃，通過上部孔徑的導(dǎo)正，使鉆頭在進(jìn)入新的巖層界面時，保持鉆孔中心線不發(fā)生變化。

（5）應(yīng)按要求50 m測斜一次，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)孔斜，及時糾正。

4.6 使用注意事項

（1）液動錘各部件制造精細(xì)，易磨損件多，因此要求泥漿含砂量低，施工中應(yīng)加長泥漿循環(huán)槽，在循環(huán)槽中間多做幾個沉淀坑，勤撈砂，最好配備除砂器。

（2）每次提鉆一定要認(rèn)真檢查液動錘各零部件，及時更換易損件。

（3）為了減少磨損，在投入內(nèi)管總成前，應(yīng)在上、下活塞密封處涂抹黃油。

（4）定期檢查傳功環(huán)外徑、承沖環(huán)內(nèi)徑的磨損情況，比設(shè)計尺寸間隙（0.05～0.15 mm）大0.2～0.3 mm時應(yīng)予以更換。

（5）應(yīng)定期檢查下活塞沖擊面上的4個起振槽深度，若磨損變淺后，應(yīng)用手砂輪加深加寬，否則會影響液動錘啟動。

5 應(yīng)用效果分析

2010年6月起我隊開始在該礦區(qū)使用SYZX75型繩索取心液動錘，先后共進(jìn)了4套，到10月，使用該型液動錘完成鉆探進(jìn)尺近8000 m。表2為應(yīng)用SYZX75型繩索取心液動錘效果統(tǒng)計數(shù)據(jù)表。

表2 甘肅德勒諾尓礦區(qū)應(yīng)用SYZX75型繩索取心液動錘情況對比表

從表2中可以看出，使用繩索取心液動錘后，主要取得以下效果:

（1）回次進(jìn)尺由原來的1 m左右提高到3 m，大幅度減少了單位進(jìn)尺打撈和投放內(nèi)管的操作次數(shù)。

（2）平均小時效率提高了46.6%，臺月效率提高了47.1%。由于繩索取心液動錘在繩索取心鉆具的基礎(chǔ)上增加了一定頻率的軸向沖擊作用，可減少巖心堵卡，使得鉆壓有效地作用在鉆頭上，同時還使金剛石回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生了微沖擊體積破碎作用，增加了金剛石在同樣鉆壓情況下的壓入深度，提高了每轉(zhuǎn)的碎巖量，因而在提高機(jī)械鉆速方面表現(xiàn)明顯。

（3）巖（礦）心采取率有很大的提高，避免了因巖（礦）心采取率不足而造成補(bǔ)心。

（4）降低了鉆探成本，使用液動錘后，鉆孔單位成本降低了近30%。

（5）內(nèi)管總成打撈成功率和投放到位率都達(dá)到了100%，很好地解決了破碎巖層中內(nèi)管總成打撈、投放困難的問題。

6 存在問題及建議

（1）由于材質(zhì)、淬火等因素影響，在高頻率、高泵壓的作用下，沖錘和砧子易損壞。

（2）在使用低固相泥漿時，由于其固相含量高，鉆具易損件磨損快，建議進(jìn)一步提高易損件的耐磨強(qiáng)度，延長鉆具使用壽命。

（3）沖擊功未能充分發(fā)揮。由于護(hù)孔的需要工作泵量受到限制，如何更有效地提高液動錘的能量轉(zhuǎn)換，在小泵量條件下實(shí)現(xiàn)高沖擊功輸出還需要進(jìn)一步研究。

7 結(jié)語

（1）繩索取心液動錘是集繩索取心與液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為一體的國內(nèi)最新鉆探技術(shù)，具有鉆進(jìn)效率高、鉆孔質(zhì)量好、巖心采取率高、鉆探成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅可以提高鉆進(jìn)效率，還可以克服破碎地層的“堵心”和堅硬致密地層的打滑現(xiàn)象，同時可以有效防止孔斜。

（2）SYZX系列繩索取心液動錘具有結(jié)構(gòu)簡單、啟動容易、工作穩(wěn)定可靠、使用維修方便的特點(diǎn)，易于推廣應(yīng)用。

（3）SYZX系列繩索取心液動錘適應(yīng)性強(qiáng)，有利于深孔鉆進(jìn)，是繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)向更高層次發(fā)展的必然趨勢，是一項值得推廣的高效新技術(shù)。

［1］ 蔣光旭，等.SYZX96/75繩索取心液動錘鉆具的應(yīng)用效果［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，37（6）:13-19.

［2］ 楊澤英.SYZX75型繩索取心液動潛孔錘的研制［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2007，34（9）:73-74.

［3］ 朱金鳳，陳師遜.SYZX75型繩索取心液動錘在招遠(yuǎn)玲瓏金礦勘探中的應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2008，35（8）:22-26.

［4］ 石生明，朱永寧.SYZX75型繩索取心液動錘在堅硬致密“打滑”地層的應(yīng)用［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2009，36（9）:15-20.

［5］ 福建省121地質(zhì)大隊.繩索取心煤田深孔（≥1200 m）施工工藝技術(shù)總結(jié)［R］.福建龍巖:福建省121地質(zhì)大隊，2010.

Application of SYZX75 Wire-line Coring Hydro-hammer in Delenuoer Iron Deposit of Subei

LUO Guan-ping（No.121 Geological team of Fujian Province，Longyan Fujian 364021，China）

This paper describes the application of SYZX75 wire-line coring hydro-hammer in hard and broken formation of Delenuoer iron deposit in Subei County of Gansu Province and summarizes the experience of inclined hole drilling construction with the drill.The practice showed that by using SYZX75 wire-line coring hydro-hammer，the round trip meterage and drilling efficiency were greatly enhanced，core blockage in broken formation was effectively overcame and core recovery was improved in broken formation;all these contributed to control the inclination in inclined hole drilling construction.

SYZX75 wire-line coring hydro-hammer;broken formation;inclined borehole;round trip meterage;drilling efficiency;core recovery

P634.5

B

1672-7428（2012）01-0047-03

2011-08-11;

2011-11-15

羅冠平（1984-），男（漢族），福建人，福建省121地質(zhì)大隊助理工程師，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，主要從事鉆探施工技術(shù)與管理工作，福建省龍巖市新羅區(qū)曹溪鎮(zhèn)中粉路35號福建省121地質(zhì)大隊總工辦，lgp121@139.com。