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摘要：在地質找礦過程中，了解礦體的方法有很多，其中機械取芯鉆探是最直接、最直觀的方法之一。國內現行地質鉆探施工的工藝和方法很多，要很好地完成鉆孔現場施工并達到地質設計目的要求，針對復雜地層及高要求的鉆探施工需要講究科學的方法和手段。文章擬從施工隊完成的城門山金雞窩銅多金屬礦對接區補充勘查項目鉆探施工經驗，介紹復雜地層的鉆探施工技術。

關鍵詞：地質鉆探；復雜地層；鉆孔施工工藝；技術方法

機械取芯鉆探是地質找礦獲取地下礦床的真實地質資料和直接信息的重要手段，也是較為常用的找礦方法。針對不同復雜地層及不同地質設計要求的鉆探，選擇相應的鉆孔結構設計及施工工藝，是施工單位現場施工能否達到地質設計要求及順利完工的關鍵性工作。2015年7月九一六大隊承接的城門山金雞窩銅多金屬礦對接區補充勘查項目鉆探施工，該礦區的地層特點是巖溶發育，特別是在深部地層（至700～800m）發育溶洞，洞高有的達12m，容易發生孔內事故，施工及支護極度困難；此次設計鉆孔主要為斜孔，有的設計是60多度的千米深孔；項目對施工設備、施工工藝、施工人員專業素質的選擇要求很高，隊伍通過采用有針對性的施工技術方法，保質保量的完成了此次工作，并取得了該區域復雜地層地質鉆探施工技術方法。

1施工礦區概況

1.1地形地貌

城門山銅礦詳查區為丘陵湖濱地形，地形主要受巖性及地質構造控制，山嶺延綿方向為北東東—南西西走向，與區域構造線方向一致。區內地勢西高東低、南高北低，即由西、南部低山河谷地形向東、北部變為丘陵湖泊地形。城門山——銼山山體走勢呈南東東向，最高峰為銼山，海拔138.20m，賽湖湖濱及長江南岸為30m標高以下，賽湖湖盆標高僅11～14m。

1.2地質概況

（1）地層。出露地層自南至北、自下而上依次為志留系中統羅惹坪組（S2l）、上統紗帽組（S3s）、泥盆系上統五通組（D3w）、石炭系中統黃龍組（C2h）、二疊系下統梁山組（P1l）、棲霞組（P1q）、茅口組（P1m）上統龍潭組（P2l）、長興組（P2c）、三疊系下統大冶組（T1d）、中統嘉陵江組（T2），第四系（Q）廣布于湖區及地表。其中志留系為一套海相砂頁巖類復理石建造，厚度大于300m；二疊系屬淺海相碳酸鹽和海陸交互相含煤建造，厚度621～707m；三疊系為淺海相碳酸鹽及濱海頁巖建造，厚度大于700m。礦區志留系到三疊系不僅會受到斷裂方面影響，同時也受到褶皺影響，并且從整體來看，呈現出70°左右走向，向西北方向傾斜，傾角在45°～60°左右。另外，在F1斷層南側，因為受到較嚴重的斷層逆沖影響，所以導致志留系紗帽組和泥盆系五通組之中一小部分，出現了倒轉現象，甚至有部分會出現地層接近于直立情況，并且部分逆沖會對黃龍組也有所影響。然而在逆沖遠離了巖體和構造帶時，地層又會逐漸恢復正常。

（2）構造。①褶皺：出現褶皺現象主要是由于東北和西北兩個方向向斜以及短軸背所造成。其中東北方向軸線相對來說呈現出東北45°傾斜，傾角在30°左右；西北向軸線相對而言呈現出西北330°傾斜，并且向斜出現翹起現象，軸面接近于垂直；由于受到褶皺影響，所以五通組以及黃龍組之間會形成層間破碎帶，并且該種物質對于硫化物聚集來說具有重要作用，不可忽視；②斷層：斷層現象主要表現在F1、F20斷裂方面上，并且其斷裂形式呈現出切層走滑斷裂帶，以促使其形成了東西兩方向地塹。其中F1是主干斷裂，斷裂長度高達1500m以上，呈現出NE65°走向，并且斷裂處向著東南方向傾斜，其傾角在70°～83°之間，再加上上盤逆沖方向是向上，下盤陡立方向是下隆方向，所以就產生了牽引使褶皺。F1出現鍛煉現象，最大傾斜距離就是170m，由于斷裂所產生的破碎帶距離在10～60m之間不等距。F20斷裂層全長為2400m，其東段結構呈現出擠壓式特點，并且地層陡立，所以牽引式褶皺呈現出直立現象，同時，巖枝會沿著斷裂處進行延展、擴散，中段斷層在南北兩個方向地層之間反復出現，北部大約被提升了160m，主要受到花崗閃長斑巖侵入，其斷層呈現出70°走向，向西北方向產生傾斜，傾角約70°，并且屬于逆沖型斷層形態，主要是受到本區導巖導礦構造影響。在成礦后，斷裂主要發生在F11、F12、F13、F14，其中F11主要分布在礦區西北段，在350°走向左右，呈現出直立現象，長度超過220m，基于力學性質角度考慮，該種斷層屬于扭性，東盤發生北移；F12斷層主要分布在礦區西南段7線以東，在313°走向左右，也呈現出直立現象，長度大約在130m，扭性；F13斷層主要分布在西北段，大約在3000°走向，直立，并呈現出舒緩波狀，長度超過430m，扭性，同時，F20斷層被明顯錯斷，導致不同地層之間出現相互連接現象；F14斷層位于東段地區8線附近，呈現出西北方向趨勢，主要傾向于西，長度超過1000m，傾角在65°～70°之間，東盤呈現上升趨勢，對F1斷層有著嚴重影響。

（3）巖漿巖。區內巖漿巖帶有中酸性，主要由花崗閃長斑巖以及石英斑巖所構成，其中花崗閃長斑巖與銅礦形成有著直接性關聯，石英斑巖與組銅礦之間有著較大關聯性。成礦巖體屬于同期并多次入侵的同源雜巖體，它們經過了極其復雜性演化過程，主要在侵位方式上有所表現，也就是從早期燕山花崗閃長斑巖逐漸侵位于晚期石英斑巖，同時也呈現出了主動侵位現象。另外，在花崗閃長斑巖到霏細石英斑巖再到晶屑石英斑巖這一發展歷程當中，部分礦物成分有所減少，比如說暗色礦物質、斜長石等；同時也有部分礦物成分明顯增多，比如說鉀長石、石英燈礦物質。

（4）蝕變分帶。蝕變帶主要可以分為三種，分別是接觸蝕變帶、巖體蝕變帶、層間破碎蝕變帶。本區內主要蝕變分帶就是層間破碎蝕變帶當中的硅化-絹云母化帶，其主要蝕變范圍是五通組以及黃龍組兩者構造優化性面以及黃龍組地層的層間破碎帶這兩個方面。另外，在層滑斷裂帶下盤砂巖當中，其黏土化、絹云母化較為薄弱，同時常見石英巖呈現出細脈、網脈狀發展趨勢，也在斷層上盤進行逐漸硅化發育。

2鉆孔布置及技術要求

2.1鉆孔布置根據設計方案，本次工作共設計鉆孔44個，工作量28990m由于本次對接區補充勘查礦頭直立端和地層（礦層）陡傾端礦體傾角較大，為了保證鉆孔揭穿礦體的夾角不小于30°，部分鉆孔設計傾角較大。本次對接區補充勘查設計的鉆孔：傾角＜60°的鉆孔一個，孔深460m；傾角60°～75°鉆孔24個，孔深14390m；傾角75°～80°鉆孔8個，孔深5690m；傾角80°～85°的鉆孔6個，孔深5320m；傾角85°～90°的鉆孔5個，孔深3130m。

2.2技術要求鉆探工程施工必須嚴格執行鉆探規程規范，巖礦心采取率與整理、鉆孔彎曲度測量、簡易水文觀測、孔深誤差的測量與較正、原始班報表及封孔等均應達到鉆探工程質量的六大指標要求。

2.3鉆探施工流程及方法（1）施工流程。鉆探孔施工流程如圖1所示。（2）鉆探工藝。城門山銅礦金雞窩礦區的地層特點是巖溶發育，特別是在深部地層（至700～800m）發育溶洞，容易發生孔內事故；本次設計鉆孔主要為斜孔，有的設計是60多度千米深孔，只有選用定向鉆探技術才能實施。針對以上難點，結合以前施工的鉆探經驗，本次施工工藝如下：①根據現場地層情況及設計要求，本次鉆探一般性鉆孔設備主要選用地質巖心鉆機（XY-4、XY-6鉆機等鉆機），采用回轉鉆進方法；②在第四系地層采用硬質合金回轉鉆進；基巖部分采用金剛石回轉鉆進、金剛石鉆石繩索鉆進取芯（配備S130、S110、S95、S75繩索鉆具）；③鉆探沖洗液選擇：在松散地層及破碎帶、構造帶采用泥漿，在完整基巖中采用清水，添加潤滑防阻劑；④孔徑：最小開孔口徑采用Ф150mm開孔，穿過第四系地層，下入Ф146mm護壁管。終孔口徑Ф75mm；⑤鉆孔深度：施工過程中鉆孔最終孔深應嚴格到達終孔要求；每鉆進100m及終孔處需校正孔深。校正誤差不超過丈量段的1/1000，視為合格。孔深校正合格的鉆孔沿用原校正孔深前的數據；⑥鉆孔彎曲度：下套管前每50m，下套管后每50m及終孔處均需測方位角、天頂角。天頂角，直孔每100m遞增不得超過2°，斜孔每100m遞增不得超過3°。需要強調的是在滿足巖心鉆探規程的前提下，鉆孔揭穿礦體時必須滿足終孔偏線距和沿勘探線偏距不得超過10m；⑦巖礦心采取：礦心及礦體頂底板各5m采取率平均不低于80%，厚大礦體內連續礦心采取率低于80%的連續長度不能超過5m，若連續有兩個回次（或厚大礦體中連續5m以上）采取率低于80%時，必須采取補救措施。圍巖巖芯分層平均采取率不低于70%。使用的鉆探工藝應能保持礦石原有結構特點和完整性，避免礦芯出現粉碎、貧化現象。在鉆進過程中回次進尺控制巖芯在2m以內、礦芯1m左右。巖、礦心先清洗干凈，按自上而下順序裝箱。對長度大于5cm的巖、礦芯用油漆編號。松散巖礦芯小心擺放且箱底用透明的塑料膜鋪墊。巖芯箱要牢固、完整，箱外側用紅油漆標明巖芯箱序號、孔深、回次號，巖芯現場應妥善保管。鉆孔終孔后巖礦芯要及時進庫，妥善保管。⑧簡易水文觀測：回次水文觀測：正常鉆進每小班觀測一次，小班進尺大于15m時應加測一次。提鉆后，下鉆前間隔10分鐘觀測一次。遇涌水時，停止鉆進，測量水位高度，記錄孔深，并及時通知地質人員，必要性時進行放水試驗。非孔內事故停鉆超過4小時，應每小時觀測一次水位。沖洗液消耗量觀測及漏水記錄：若遇沖洗液漏失、孔內破碎掉塊，及時記錄孔深位置。終孔穩定水位觀測：終孔后每2小時觀測一次，直至穩定；⑨封孔：鉆孔終孔后，全孔用425號硅酸鹽水泥嚴封，每個封孔段應作液面檢查，并詳細記錄封存孔水泥牌號、標號、生產日期、數量、水灰比、架橋方法及孔深等內容。封孔完成后并提供實際封孔情況說明書，以備今后查閱。孔口中心設牢固水泥標志，注明孔號、孔深和開終孔日期；⑩原始班報表。原始班報表有專人填寫，要求記錄及時、全面、準確、完整真實、字跡清楚、整潔。鉆探記錄必須要嚴格按照相關規定格式進行填寫，并要確保記錄員能夠在現場完成填寫工作，同時要保證其字跡足夠清晰、各項數字數據必須要準確、資料要齊全，對于事后補記和追記現象要堅決杜絕。一旦記錄當中出現錯誤時，要采用橫線劃去錯誤部分，不能隨意涂改、撕毀，更不能重新抄寫記錄表。在每一次記錄當中，必須要包括鉆探實際情況以及對巖芯的描述，同時，鉆進各項參與以及實際鉆進情況要如實詳細記錄，以便于監察工作順利開展，比如說沖洗液、鉆壓、塌孔等信息。鉆探記錄要求參見“鉆探記錄的標準作業”和“鉆探記錄中的巖性描述項目”。

2.4鉆孔結構本礦區巖溶發育，并且深部（700～800m）也發育巖溶，產生垮孔、涌水、漏漿等現象，極易產生孔內事故。根據施工經驗，最好的辦法就是大口徑開孔，逐級變徑，余留較大口徑空間下護壁套管防治。針對這種情況，按照設計部門開孔口徑（Φ130mm），不能達到要求。因此，我隊準備根據設計鉆孔的地層情況，使用最小開孔直徑不得小于Φ150mm，終孔直徑不得小于Φ75mm。在此過程當中，必須使用雙管鉆具管材系列，對鉆孔做出科學性、合理性、可行性設計：采用φ150mm口徑進行開孔，鉆至完整基巖后，下入φ146mm的表層套管。另外，要根據實際情況加以綜合性考慮，比如說是否會出現嚴重漏失現象、鉆孔是否能夠成功穿過破碎帶，有些施工環境較為惡劣，比如溶洞內部施工，所以工作人員要充分發揮自身工作職責，將鉆孔使用工具加以綜合性考慮，以確保其具有較強可實施性。鉆孔級配：在實際工作當中，鉆孔時，要確保沖洗液能夠正常循環，這一點不僅對于整體項目工程而言是前提條件，同時對于鉆孔工作而言也具有重要性[1]。（鉆孔結構如圖2，對于每個單孔，根據設計部門提供技術指導，結合現場實際情況進行單孔設計）

2.5鉆進操作

（1）鉆進方法選擇①硬質合金鉆頭鉆進應檢查鉆頭鑲焊質量，不合格者禁止下入孔內。金剛石繩索鉆進應檢查鉆具單動性能及間隙配合情況。下鉆具快接近孔底時，應提前開泵緩慢下放，慢速掃孔，待到孔底鉆進正常時，再給予所需壓力與轉速；②合金鉆進。開孔及松軟地層采用合金鉆頭，選用的規程為：適當的鉆壓、較快的轉速及較大的泵量，即采用“中壓、快轉、大泵量”的鉆進規程。在這類地層中鉆進，常易發生糊鉆、蹩水、坍塌、超徑等孔內復雜情況。為此，一方面選用優質泥漿護孔，以保護孔壁；另一方面選用大出刃或肋骨式鉆頭鉆進，以防糊鉆、蹩水；③金剛石鉆進。基巖部分采用金剛石鉆頭，具體操作技術要求按《巖芯鉆探規程》中規定執行，使鉆壓、轉速和泵量三個規程參數，達到合理的配合。鉆頭選擇具有較強的廣譜適應性和較長的工作壽命鉆頭，無論地層和巖石硬度、研磨性、完整程度、可鉆性怎樣變化，鉆頭都能與所鉆巖石相適應，做到胎體正常磨損、金剛石正常出露、有較厚的工作層并消耗合理、保徑效果良好[2]。才能在提高鉆速的同時減少鉆頭的磨耗，延長鉆頭的使用壽命，降低成本。

（2）鉆進注意事項。鉆探施工中應嚴格按照《地質巖芯鉆探規程》中有關規定執行，并注意以下幾點：①復合片切削具屬于聚晶金剛石，并且其厚度較小，本身屬于硬質合金，所以耐磨性有限，因此復合片鉆頭在使用過程中受到極大限制，只適用于硬地層中，而本次鉆探地層中，局部地層含有硬質巖層，所以要及時對鉆頭采取相應措施，以確保鉆進工作能夠順利開展；②在選擇鉆壓時，要根據實際情況進行選擇，鉆壓不能過大，尤其是鉆頭進入孔內，要將鉆壓施以嚴格控制，實現輕壓慢鉆初磨5～10min，然后再開始使用正常鉆速和鉆壓；③在鉆孔結束后，要確保孔內清潔性，孔內沉砂不得大于0.3m，制定泵量時，要比以往大一些，以提升鉆頭冷卻性以及巖粉排除性；④要將鉆頭保養及輪換工作順利開展，可以先使用外徑較大鉆頭，然后交替使用外徑較小鉆頭，以減輕不必要的磨損，避免鉆頭出現故障，從而影響正常工作；⑤進尺緩慢不得盲目加壓，不打懶鉆；⑥在鉆進過程中要注重不適用金剛石鉆頭進行掃孔、掃掉塊、掃殘留巖芯，以避免鉆頭出現故障，同時也有效規避巖芯堵塞、輕鉆無效以及鉆速驟降等現象發生；⑦減壓鉆進倒桿時，必須先用升降機將孔內鉆具拉緊（不得提離孔底），倒桿后用油缸減壓并在小于正常鉆壓情況下平衡開車。

（3）沖洗液、泥漿及堵漏。沖洗液被譽為鉆探工程的“血液”，加強對沖洗液的研究有助于保證鉆孔順利進行，提高鉆進效率，加快鉆進速度[3]。深孔復雜地層鉆進，為防范埋（卡）鉆、糊鉆等孔內事故的發生，應遵循以下原則[4]：①預防為主、防治結合，因地制宜、綜合治理；②必須用泥漿作為沖洗液，及時使用并切實用好；③水泥等固結護壁方法，原則上在地層條件、孔內情況許可和后續工作可保證固結體穩固的情況下使用；④孔壁失穩與鉆孔漏失伴隨發生，原則上應先處理鉆孔漏失，盡量采用低密度、低失水沖洗液鉆進，發生微漏或將要遇到漏失地層時將惰性材料添加到沖洗液中等是預防漏失常用的措施；⑤護壁工作必須有合理的鉆井技術措施和操作工藝配合：如控制提下鉆速度、不在已知漏層位置開泵、控制鉆進泵量、打撈內管與提鉆時應隨時向孔內回灌泥漿等。

（4）鉆進沖洗液、泥漿。礦區基本地層為灰巖、砂頁巖等，地層軟硬夾層發育，局部斷裂構造、巖溶發育。當不能應用繩索取芯鉆進快速通過時，一定要調整沖洗液的密度、黏度、失水量等指標，加強護壁能力[5]。針對鉆進過程中易產生埋鉆、卡鉆現象，沖洗液及泥漿簡初步計如下：①完整、孔壁穩定的地層，采用清水做沖洗液。金剛石鉆探、斜孔鉆探應加入潤滑防阻劑，優先選用陰離子型潤滑劑，鉆進含鈣離子地層應選用復合型潤滑劑。潤滑劑參考用量：清水0.3%～0.5%，泥漿1.0%～1.5%；②較完整、有輕度坍塌的地層，采用優質泥漿或只加高分子聚合材料(加量0.5%～1.0%)或廣譜類護壁劑（加量2%～3%）的沖洗液小泵量循環。如采用配方為膨潤土5%，片堿（NaOH）0.1%,水解聚丙稀銑胺（PHP）200ppm1.5%，鈉羧甲基纖維素（CMC）0.3%泥漿，其性能：密度：1.03g/cm3，粘度22S，失水量：8ml/30min，PH值：8；③破碎、裂隙發育、掉塊、坍塌，或有不同程度的漏失的地層，采用不同性能的優質泥漿做沖洗液。如采用鈉羧甲基纖維素泥漿，其基本配方為：造漿粘土粉150～200g，水1000ml，純堿5～10kg，鈉羧甲基纖維素6g。泥漿性能：密度：1.07g/cm3，粘度30S，失水量：小于12ml/30min，PH值：9.5。快速穿過后，應注水泥重新造壁。斷層帶存在徑流地下水時，應采用速凝漿液造壁或堵漏。

（5）堵漏。①孔隙及微裂隙失漏時采用如下方法：靜止堵漏。發現漏失后立即停鉆，上提鉆具一定高度，停泵靜止幾小時，孔內液位不再下降，可繼續鉆進。惰性材料堵漏。泥漿中加入3%的惰性堵漏材料隨鉆循環，在漏失位置架橋封堵。交聯封堵。部分水解聚丙稀銑胺沖洗液加入石灰或水泥作交聯劑；②壓差產生的漏失采用如下方法：降低泥漿密度。鉆進中循環液液柱壓力過大壓裂（漏失）地層，可采用逐步降低漿液密度，使之與低孔隙壓力的地層平衡止漏；③裂隙、破碎帶漏失時采用如下方法：采用水泥護壁堵漏。選擇速凝，早期強度高，低密度的硫鋁酸鹽水泥，也可用普通水泥摻加速凝劑、早強劑，用平衡法灌水泥漿堵漏。

3技術措施效果

通過以上各種合理的措施，加上選用的設備合理、鉆進方法、技術方案、參數考慮周全、單位的重視、項目部的有效管理、熟練的機器操作等手段和方法的配合，使我們在這次的鉆探施工過程中，做到了優質、高效、安全、低耗地完成本次鉆探施工任務。

4結束語

隨著科技技術的快速發展，地質找礦工作可利用的手段方式也在不斷地更新發展。地質取芯鉆探手段作為傳統的、直觀的找礦方法之一，仍舊在地質行業中廣泛使用。近年來，我國國民經濟也在不斷快速發展，所以地質找礦也漸入佳境，完成了以點到面的變化。地質取芯鉆探也面臨著設計要求高、深度大、角度大、地層復雜、熟練的一線操作人員匱乏等一系列問題。在施工單位接到礦區巖芯鉆探任務時，要采取有針對性施工技術方法，同時也要保證方案編制遵循著由面到點、由粗到細原則，避免模式統一，技術方法也要隨著單孔所遇問題及時調整。現場深孔作業前必須有詳細的工程設計，這是保證工程順利實施的基本前提。應有針對性的配置適宜的設備、材料、專業人員。單孔施工必須嚴格執行編制的鉆孔結構，特別是沒有到達設計變徑深度，不能由于鉆探困難、鉆探成本加大等因素影響而提前變徑，導致鉆孔達不到設計要求，應加強對一線操作人員的專業素質教育，督促現場規范操作。通過信息交流，及時更新更科學的鉆探材料，這樣才能保證完成鉆探取芯任務。

參考文獻：

[1]孫建華,張永勤,趙海濤,等.復雜地層中深孔繩索取心鉆探技術研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2006(5):46-50.

[2]趙廣偉,楊革,梁廣華.深孔繩索取心金剛石鉆頭性能參數探討[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,40(5):75-79.

[3]牛百強.地質探礦工程存在的問題與防范對策[J].西部探礦工程,2013,25(4):149-150+154.

[4]孫建華,劉志方,耿瑞倫.制定綜合技術對策提高地礦部門鉆探生產效率[J].北京地質,1996(4):28-33.

[5]孫建華,王林鋼,梁健,等.深孔小直徑繩索取心鉆進施工調研分析和技術建議[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016(2):12-17.

作者：劉智光；鐘葉青；李超 單位：江西省地質礦產勘查開發局九一六大隊