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多金属矿区复杂地层钻探施工方法

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摘要:某河南省金属矿区为多金属复杂地层矿区,矿区地层坚硬且质地复杂,开采难度较大。为了解决开采问题,提高开采效率,提出复杂地层钻探施工方法。首先对矿区复杂地形进行实际考量分析,明确主要开采问题。基于设计的施工设备,对矿区覆盖层钻进、风化层钻进的钻探施工方法,进行重新设计研究并通过使用广谱护炉剂、低粘增效粉以及改性沥青制备低相泥浆,提高钻进效率。通过实际考量可以确定,设计的施工方法具有实际推广价值。

关键词:多金属;复杂地层;钻探

施工钻探工艺是大型金属矿开采最重要的技术手段之一,也是矿产资源开发效率的主要保证。相比较一般的金属矿区,多金属矿区地层大多更为坚硬且矿区开采环境复杂,制约因素较多,施工队地层进行钻探工作也具有更高难度。必须设计一种多金属矿区复杂地层钻探施工方法,应对多金属复杂地区地层钻探工作。对此以河南省某多金属施工矿区为研究对象,设计多金属矿区复杂地形施工钻探方法。首先对研究矿区进行实际综合性分析,获取主要开采问题。针对获取的分析结果,对施工队所用的钻探设备和钻孔结构进行重新设计,提高钻探设备对坚硬地层的掘进效率[1]。

1多金属矿区钻探问题分析

经过探究可以确定,该矿区地层褶皱及断裂构造发育较为完全,地层褶皱构造对矿体控制作用明显,内部断裂层结构对目标研究矿区具有一定的破坏作用。因为矿区整体处于倾斜构造带中,所以内部地质起伏波动较大。经过实际勘测,矿区轴面略向西部倾斜,倾斜角度大约在48°左右。矿区整体呈内部断裂发育,综合走向为NEE、NW、NNE三组。其中NNW方向最为明显,主要露出两条断裂层,对矿区影响挫动较大。利用三维影像仪,对矿区各层结构进行三维扫描,其主要问题分析如下:矿区表层第四系和表面强风化岩层整体胶结性较差,因为矿体种类较多所以全区结构分散。在实际钻进操作中很容易发生垮塌、掩埋以及挤钻事件;矿区褶皱和断裂层发育完善,矿区碎裂带较多,岩石层破碎状态明显,裂隙发育较差,很容易发生垮塌、掉块、漏水包括憋水等现象。矿层上部普遍存在坚硬的表皮结构,表面硅化强烈,硬度较大,钻进较为困难,整体属于最典型的的硬、脆、碎地形。对此,必须合理开发钻探技术。

2多金属矿区复杂地层钻探方法设计

2.1钻探设备及钻孔结构设计为了应对复杂地形,设备整体选用XY-57型和XY-15型轴立矿区岩芯钻机。泥浆泵选择为SG-15型四角直角塔装结构。电机功率为15kw左右。绳索轿车选择JSJ-1500绞索车结构,绳索取心钻杆。由于目标研究矿区岩石层破碎状态明显,裂隙发育较差,很容易发生垮塌、掉块且矿层坚硬打滑等问题。为了解决这一问题,保证钻探设备正常运行,决定使用下属钻孔结构,具体参数下:180毫米口径作为开孔口,钻头覆盖层下入距离为145毫米,外部包裹孔口套管。利用110毫米口径钻头直接开孔,钻入覆盖层下方108毫米处,进行套管。中间包口为130毫米口径,为钻进过程中出现的特殊情况保留控制空间。利用95毫米口径的绳索钻直接钻入到矿区200米后,入89毫米套管,最后用77毫米绳索钻一直钻到终孔。

2.2钻进工艺程序设计在实际操作时,开工采用180毫米合金制或者复合片空心钻头,钻进距离为0到20m,下入145毫米套管为孔口管。为了避免硬质的核心钻头与套管产生剧烈摩擦而导致钻头损坏,可以采用胎式复合片进行钻头隔离,等到钻头穿过矿床风化层后,再进行套管操作。根据该矿区传统地层资料,其200米以下的矿层裂隙破碎带发育完善,且伴有极强的掉块现象,危险性较高,所以为了保证钻进效率,直接选用95毫米绳索取芯工艺钻,取250米左右距离,隔离上部破碎带,减少矿区掉块发生。研究发现,该矿区表面第四系露出面积较大,矿层堆积物结构及其松散,覆盖层胶结性极差,矿层取芯困难。但是我国地质技术要求施工队取芯率必须小于65%,所以需要采用150毫米硬质核心复合片进行低速满转,通知钻取压力采用泥浆钻进。泥浆混合材料选用膨润土水和火碱的混合物,采用比例结构为75:20:5.当钻进设备钻进到矿区砂砾岩层时,如果出现泥浆侧漏包括坍塌现象,可以在孔内添加泥球,提高泥浆性能,保证孔壁的稳定性[2]。

3结语

以河南某多金属矿区为研究对象,设计了地层钻探施工方法,先对矿区复杂地形进行实际考量分析,明确目标矿层主要开采问题。根据开采问题,对钻探施工队所用钻探设备和钻孔结构进行重新设计。针对覆盖层钻进、风化层钻进的钻探施工方法进行设计研究,并通过使用广谱护炉剂、低粘增效粉以及改性沥青制备低相泥浆提高钻进效率。通过实际考量可以确定,设计的施工方法具有实际推广价值。

作者:范崇满;张远峰 单位:1.河南省地矿局第二地质勘查院,2.中铁十二局集团第七工程有限公司

贵金属杂志责任编辑:张雨    阅读:人次