李長(zhǎng)春

【摘要】武山周邊銅多金屬礦普查南港礦區(qū)ZK120-1孔是深部找礦十二五規(guī)劃國(guó)家國(guó)土資源部啟動(dòng)長(zhǎng)江中下游深部找礦九—瑞段九江—瑞昌）深部找礦第一孔，于二OO九年十一月底正式啟動(dòng)，該ZK120-1孔（直孔）設(shè)計(jì)孔深1200m（實(shí)際終孔深度1452.42m），施工歷時(shí)69天，也是我們贛西北地質(zhì)大隊(duì)鉆探史上以往最深孔，其設(shè)計(jì)目的是探索控制五通組與黃龍組可能存在的潛伏銅礦化體。

【關(guān)鍵詞】武山；深孔巖心鉆探；施工

礦區(qū)位于瑞昌市區(qū)與碼頭鎮(zhèn)之間，礦區(qū)交通方便，南行8公里至瑞昌市，北行14公里至長(zhǎng)江邊碼頭鎮(zhèn)，距九江市西33公里處，隸屬于瑞昌市白揚(yáng)鄉(xiāng)管轄。礦區(qū)地理坐標(biāo)位于東徑115°37′38″～115°39′56″，北緯29°44′04″～29°45′12″的區(qū)域內(nèi)，筆架山—武山山脈呈北東東向展布，構(gòu)成礦區(qū)北部之屏障，山南為低山五陵地帶。主要山峰武山寺絕對(duì)標(biāo)高375.63米，最低標(biāo)高24.24米，相對(duì)高度351.39米，屬低山丘陵地形。

一、確保深孔巖心鉆探（zk120-1孔）施工的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要素分析

1.要深入了解武山周邊及礦區(qū)地質(zhì)地層施工情況。武山南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，溶洞密集，自上而下由強(qiáng)而弱。黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深達(dá)負(fù)430.84米標(biāo)高，南礦帶長(zhǎng)興、茅口灰?guī)r溶洞分別最深達(dá)負(fù)240、280米標(biāo)高左右，嘉陵江、大冶灰?guī)r溶洞最深達(dá)負(fù)160米標(biāo)高。從坑道了解，溶洞的發(fā)育形態(tài)有垂直似井狀、有水平狀。大部分分溶洞填充，填充物一般是棕紅色粘土，亞粘土、褐鐵礦、燧石碎塊、石英砂巖礫卵石、巖漿巖碎屑等。

2.探礦設(shè)備及管材數(shù)量級(jí)配和工具的選擇。根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)zk120-1孔終孔孔深1200m，視施工實(shí)際情況可能還得加深，選擇的探礦設(shè)備必須絕對(duì)滿(mǎn)足鉆孔施工的全過(guò)程，其中包括鉆機(jī)型號(hào)及配備動(dòng)力、泥漿泵的型號(hào)、鉆塔高度及型號(hào)，備用發(fā)電機(jī)組；各種級(jí)配鉆具、套管、鉆桿、水管，工具配備有常用各種擰卸工具和專(zhuān)業(yè)打撈工具以及處理事故用的特殊用途工具等；鉆孔斜度及方位測(cè)斜儀以及鉆孔糾斜用的螺桿鉆定向儀等。

3.鉆探施工工藝的選擇。由于這次啟動(dòng)的是九-瑞深部找礦，普通的鉆進(jìn)工藝和普通的金剛石鉆進(jìn)方法被更先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝所取代已成必然，zk120-1孔選取金剛石繩索取芯鉆進(jìn)工藝，就能簡(jiǎn)化取芯工作行程，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高工作效率，縮短施工工期，節(jié)約鉆探生產(chǎn)成本。

4.鉆孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇。針對(duì)武山礦區(qū)鉆孔以往施工對(duì)地質(zhì)地層揭示情況，再根據(jù)地質(zhì)工程師對(duì)該鉆孔的終孔孔深及對(duì)地層的預(yù)設(shè)計(jì)，施工方要根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)做好對(duì)該鉆孔結(jié)構(gòu)的鉆探施工設(shè)計(jì)規(guī)劃，規(guī)劃好開(kāi)孔孔徑選擇，鉆孔換徑位置，技術(shù)套管級(jí)配，這對(duì)順利完成該鉆孔的鉆進(jìn)施工至關(guān)重要，針對(duì)zk120-1孔地質(zhì)設(shè)計(jì)終孔預(yù)孔深，終孔口徑，考慮鉆孔地層設(shè)計(jì)情況、地質(zhì)地層復(fù)雜程度對(duì)鉆探施工中的影響，考慮鉆孔后期施工中遇到問(wèn)題有一定回旋余地，選擇上一級(jí)開(kāi)孔口徑，穿過(guò)第四系覆蓋層，在遇到完整基巖1m后下好第一級(jí)套管；中間一層套管要考慮到中途可能擴(kuò)孔等因素，第三層套管的底部位置一定要下到穿過(guò)地質(zhì)設(shè)計(jì)的武山南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，溶洞密集，自上而下由強(qiáng)而弱。黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深達(dá)負(fù)430.84米標(biāo)高，南礦帶長(zhǎng)興、茅口灰?guī)r溶洞分別最深達(dá)負(fù)240、280米標(biāo)高左右，第三層技術(shù)套管一定要下到超過(guò)可能出現(xiàn)溶洞的地層。

5.鉆孔巖礦芯采取率。衡量鉆探工作質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是鉆探六大質(zhì)量指標(biāo)，我們?cè)趫?zhí)行鉆探六大質(zhì)量指標(biāo)同時(shí)，克服種種復(fù)雜地層，改進(jìn)工藝，目的是經(jīng)過(guò)鉆進(jìn)工藝獲取孔內(nèi)原始巖樣，通過(guò)化驗(yàn)分析為地質(zhì)找礦成果提供依據(jù)，所以巖心鉆探工作最終目的是巖礦心采取率。

二、深孔巖芯鉆探施工技術(shù)關(guān)鍵要素在zk120-1孔施工分析與應(yīng)用

1.深孔（zk120-1）探礦施工鉆進(jìn)工藝的選擇。由于繩索取芯鉆進(jìn)工藝具備諸多的優(yōu)越性，該工藝應(yīng)用能縮短起下鉆鋪助時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高鉆進(jìn)效率，縮短工期，降低成本。本次啟動(dòng)深部找礦，根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)地層及鉆孔深度情況，所以除了精選人員，繩索取芯工藝被列為首選，工藝技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

繩索取芯機(jī)技術(shù)設(shè)備參數(shù)配置表1

2.根據(jù)地質(zhì)開(kāi)孔通知書(shū)地層設(shè)計(jì)確定鉆孔開(kāi)孔口徑與換徑鉆進(jìn)。地質(zhì)開(kāi)孔通知書(shū)地層設(shè)計(jì)自上到下依次為：第四系覆蓋層；灰、灰黑色含炭含燧石結(jié)核灰?guī)r，其間穿插數(shù)層巖脈；黑色含炭細(xì)晶灰?guī)r、含瀝青質(zhì)灰?guī)r；黑色微晶灰?guī)r、白云巖，底部見(jiàn)黃鐵礦化角礫巖；淺白色石英砂巖；含鐵質(zhì)砂巖。

根據(jù)地質(zhì)地層設(shè)計(jì)，該孔選擇￠130mm直徑金剛石鉆頭開(kāi)孔，穿過(guò)8.3m第四系覆蓋層，施工至17.46m在堅(jiān)硬完整的含炭含燧石結(jié)核灰?guī)r中下入￠127mm第一層技術(shù)套管（圖1）17.60m；然后換徑改￠95mm繩索取芯鉆具鉆進(jìn)，由于含炭含燧石結(jié)核灰?guī)r巖石硬度、研磨性高，在鉆頭的選擇上為了在鉆進(jìn)中鉆頭金剛石克取巖石最大效果，金剛石鉆頭胎體硬度選擇要弱于巖石，鉆進(jìn)中便于金剛石出韌。施工中￠95mm口徑繩索鉆具一直鉆進(jìn)施工至378.9m，武山礦區(qū)以往施工情況，南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，且溶洞密集，自上而下由強(qiáng)而弱。黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深達(dá)-430.84m標(biāo)高，南礦帶長(zhǎng)興、茅口灰?guī)r溶洞最深達(dá)分別達(dá)負(fù)240、280m標(biāo)高左右。根據(jù)zk120-1孔所處位置地面標(biāo)高和孔內(nèi)深度標(biāo)高，￠95mm繩索鉆具鉆頭底已經(jīng)超過(guò)黃龍、棲霞灰?guī)r溶洞最深負(fù)-430.84m的標(biāo)高，鉆孔底部灰?guī)r完整，所以在孔深379m位置起鉆，下入了第二層技術(shù)套管￠91mm（￠95mm繩索鉆桿），接下來(lái)改徑用￠75mm繩索取芯鉆具施工至終孔孔深（實(shí)際孔深1452.42m）。圖1

3.施工中遇到的復(fù)雜施工地層分析（這里主要是溶洞地層）及其處理。武山礦區(qū)以往鉆孔施工情況，南北礦帶近礦灰?guī)r，溶洞比較發(fā)育，本次施工ZK120-1孔，在孔深217m處遇溶洞0.60m，遇到溶洞時(shí)機(jī)上鉆桿快速下放，孔口突然不返水，泵壓突然減少，泥漿池水位快速降低，通過(guò)快速補(bǔ)充濃泥漿，慢慢孔口開(kāi)始少量返漿，遇到以上情況我們通過(guò)鉆進(jìn)起上巖樣填充物為粘土、砂、碎石等，判斷出是不大的封閉式有填充物伴有巖層裂隙，此處通過(guò)孔外泵送水泥漿（水灰比0.5）到底充填，待孔內(nèi)穩(wěn)定24小時(shí)再行施工，處理效果很好。在孔深251.40m～251.70m又遇上一小溶洞（也可能是小裂隙）情況和上一個(gè)溶洞類(lèi)似，孔底沖洗液漏失嚴(yán)重，填充物為粘土、砂、碎石等，未經(jīng)膠結(jié)，故較為松散，穩(wěn)定性極差，極易塌坍，此時(shí)先采用優(yōu)質(zhì)濃泥漿適當(dāng)提高粘度來(lái)護(hù)孔，現(xiàn)場(chǎng)我們買(mǎi)了幾十斤新鮮黃豆，投下研磨之后，小溶洞裂隙填充后，孔內(nèi)開(kāi)始返水，泵壓又開(kāi)始正常，后面的施工沒(méi)有碰到類(lèi)似的溶洞，我們的后續(xù)工作為穩(wěn)妥起見(jiàn)，φ91套管（實(shí)為￠95mm繩索鉆桿）自孔口下到了379m，把上部的溶洞、裂隙完全封住，為下部的深層次鉆探施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、zk120-1深孔鉆探質(zhì)量要求與探索技術(shù)保證措施及管理體系分析

1.地質(zhì)設(shè)計(jì)對(duì)zk120-1孔質(zhì)量要求。⑴礦芯采取率頂?shù)装甯?米，采取率為≥85%，巖芯采取率>80%，進(jìn)入礦層回次進(jìn)尺控制在1m以?xún)?nèi)，巖礦芯洗凈后按順序裝箱，>5cm用紅油漆編號(hào)，巖芯箱寫(xiě)明序號(hào)、孔號(hào)、孔深及礦區(qū)名稱(chēng)。⑵下套管前50m下套管后100m需測(cè)斜，每鉆進(jìn)100m≯2°。⑶每鉆進(jìn)100m需要進(jìn)行孔深校正，孔深誤差在1/1000以?xún)?nèi)。⑷水文觀測(cè)，正常鉆進(jìn)每小班觀測(cè)1-2次，提鉆后下鉆前各測(cè)一次，間隔10分鐘觀測(cè)一次，遇掉塊涌水、崩塌、溶洞等要記錄清楚，詳細(xì)位置。⑸班報(bào)表記錄應(yīng)準(zhǔn)確、整潔、無(wú)誤。終孔后裝訂移交地質(zhì)歸檔。⑹終孔以見(jiàn)終孔通知書(shū)方可停鉆，按地質(zhì)設(shè)計(jì)要求封孔及立孔口標(biāo)志，終孔后巖心及時(shí)入庫(kù)并有管理。

2.深孔鉆探施工技術(shù)質(zhì)量保證措施。鉆進(jìn)施工中嚴(yán)格按照地質(zhì)設(shè)計(jì)要求的鉆孔六大質(zhì)量指標(biāo)規(guī)范要求執(zhí)行，嚴(yán)格規(guī)范施工。⑴鉆進(jìn)施工中保證巖礦心采取率的技術(shù)措施，按地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，礦芯采取率頂?shù)装甯?米，采取率為≥85%，巖芯采取率>80%，要求進(jìn)入礦層回次進(jìn)尺控制在1m以?xún)?nèi)。⑵鉆孔彎曲的預(yù)防措施。為保證ZK120-1孔鉆探施工鉆孔彎曲度符合地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，需要做好以下幾點(diǎn)：把好設(shè)備安裝和開(kāi)孔驗(yàn)收關(guān)、把好開(kāi)鉆鉆進(jìn)和換徑關(guān)、保持鉆具結(jié)構(gòu)的合理性、選擇先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝以及合理的鉆進(jìn)參數(shù)、把好鉆孔測(cè)斜關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

李長(zhǎng)春，工程師，探礦工程院技術(shù)部主任，長(zhǎng)期深入巖心鉆探施工現(xiàn)場(chǎng)，處理研究施工實(shí)際問(wèn)題。撰寫(xiě)時(shí)間：2015年10月.