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科学技术论文

峰岩矿区提高岩芯钻探施工效率的措施

时间:2019年02月28日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

摘要:以如何提高该矿区岩芯钻探施工效率为入口,通过对矿区内地层、构造及岩浆岩等地质资料的收集、分析及?#33455;浚?#24635;结出可能影响岩芯钻探项目施工效率的各类因素,选用合理的解决方案并实施,为项目的顺利实施提供保障。 关键词:峰岩矿区,岩芯钻探,施工措施

  摘要:以如何提高该矿区岩芯钻探施工效率为入口,通过对矿区内地层、构造及岩浆岩等地质资料的收集、分析及?#33455;浚?#24635;结出可能影响岩芯钻探项目施工效率的各类因素,选用合理的解决方案并实施,为项目的顺利实施提供保障。

  关键词:峰岩矿区,岩芯钻探,施工措施

西部探矿工程

  1概述

  铅锌作为重要原材料,广泛应用在电气工业、机械工业、军事工业、冶金工业等领域,其中铅金属又应用于核工业、石油工业等部门,峰岩矿区从1995年开始由福建省地勘单位及我局矿勘?#33322;?#34892;勘探工作,经过多年的勘探,探获了铅锌矿等金属矿体若干,对该矿区?#20013;?#30340;勘探工作势在必行;?#19994;?#20301;承接了该矿区的岩芯钻探工作,施工部门从矿区的地层、构造及岩浆岩等地质资料收集的基础上,对该矿区前期的岩芯钻探施工资料进行梳理,通过分析、对比及?#33455;浚?#23547;找出影响该项目岩芯钻探施工效率的要点,运用合理有效的手段和方案,使得岩芯钻探施工效率得到明显提高,项目及公司获得较好的经济效益,为今后在该区域岩芯钻探施工提供借鉴。

  2矿区地质简介

  2.1矿区地层

  矿区内分布的地层为中上元古界龙北溪组、侏罗系梨山组、南园组及第四系,地层由?#29616;?#31616;述如下:(1)中上元古界龙北溪组:中段为石英片岩、硅质岩、硅质大理岩、块状大理岩、?#33258;?#29255;岩、薄层石英岩、?#33258;?#36136;大理岩等,上段为绿色片岩夹大理岩、斜长片岩、石英片岩和薄层石英岩等。(2)侏罗系梨山组:由泥质粉砂岩、含炭质页岩、石英?#24178;?#23721;组成。(3)侏罗?#30340;?#22253;组?#20309;?#20957;灰熔岩、熔结凝灰岩、流纹岩及凝灰质砂砾岩、砂泥岩。(4)第四系:由腐植土、粉砂质粘土和粘土组成。

  2.2矿区构造

  (1)褶皱构造:基本构造轮廓为梅仙复?#25215;薄?#30719;区地层?#23454;?#26012;构造。

  (2)断裂构造:断裂构造较发育,主要有北东向、北西向和近南北向3组。北东向断裂较大的有:F3、F11、F12、F15等断裂,多属?#21476;?#24615;断裂,大部分被岩脉所充填;北西向断裂有F14,为北东向断裂的派生断裂,属张扭性平移断裂;近南北向断裂有F12,为近直立的高角度先压后张断裂,其中南北向F12、北东向F15分别穿过矿区的中部、东部。

  2.3矿区岩浆岩

  在矿区北西见有北东向花岗斑岩脉出露,沿北东向断裂侵入,在岩脉与含矿地层的接触带中见有铅锌矿化,分布在岩脉周围的铅锌矿化较好,大部分矿体沿外接触带展布。据矿区深孔施工?#34915;?#21040;花岗斑岩体,其附近见有磁铁矿化及微裂隙、石英脉控制的辉钼矿化。某钻孔浅地表?#34915;?#21040;较为厚大的闪长玢岩脉。

  2.4矿区变质作用与围岩蚀变

  (1)变质作用:最早作用于中上元古界地层,使玄武岩经区域变质形成绿色片岩、浅色片岩。(2)围岩蚀变:花岗斑岩脉附近的围岩蚀变以硅化、阳起石化、磁铁矿化为主,次为石榴石化、黄铁矿化,远离花岗斑岩的围岩蚀变以硅化、绿帘石化为主,次为黄铁矿化、碳酸岩化。硅化、绿帘石化、碳酸?#20301;?#20027;要共同产于绿帘透辉石岩、透?#26376;?#24088;石岩、巨晶透辉石岩等绿片岩系中。通过以上地质资料的收集可以看出,本矿区岩芯钻探施工中将钻遇到的主要坚硬岩石包括:石英片岩、硅质岩、硅质大理岩等,由于该区域褶皱构造、断裂构造等构造现象的存在,同时叠加硅化、绿帘石化、碳酸?#20301;?#31561;蚀变现象,在岩芯钻探施工中将可能出现岩石坚硬、地层破碎漏失、裂隙发育等岩芯钻探施工难题。

  3施工效率的影响因素

  3.1地层因素

  (1)破碎漏失:由于该矿区岩浆岩侵入,使该岩浆岩与地层的接触?#35838;?#26497;有可能呈?#21046;?#30862;状态,而地层中存在着的泥质粉砂岩、凝灰质砂砾岩、砂泥岩等具有较好的?#26438;?#24615;,使岩芯钻探施工中的冲洗?#33322;?#20986;现漏失现象。

  (2)裂隙发育:由于矿区内存在褶皱构造及多组断裂构造,使得岩芯钻探施工中有可能钻遇多条裂隙,将造成岩芯钻探施工受阻等情况。

  (3)岩石坚硬:由于矿区内存在硅化现象,硅化后的岩石其岩石硬度?#35805;?#21040;达8级以上,将使岩芯钻探施工出现进尺慢、钻头扩孔器消?#30446;?#21450;钻头不出刃等现象。

  3.2地下空洞因素

  ZK301作为该项工程施工的第二个钻孔,设计深度为500m,当施工钻进至164.6m时钻遇深度达到4m以上的盗采地下空洞(老硐),通过了解当地该类型的盗采地下空洞(老硐)较多,且属于盗采状态,无法提前预知所施工的区域是否存在盗采地下空洞(老硐),给岩芯钻探施工带来了不?#33539;?#24615;。

  3.3材料因素

  由于存在4m以上的盗采地下空洞(老硐),使?#36152;?#35268;采购的管材(套管)的管体及丝扣连接部分,在其回转过程中极易出现折断现象,使岩芯钻探施工受阻,从而影响施工效率。

  4提高施工效率的措施

  4.1选用合理的钻进工艺

  全孔采用金刚石绳索取芯钻进工艺,开孔以⌀122mm口径穿过第四系覆盖层后下入⌀114mm作为井口管;第二口径以⌀95mm钻穿可能存在的老硐巷道、采空区后下入⌀89mm套管;最后以⌀75mm口径钻至设计?#21672;睢?/p>

  4.2选用有效的钻进参数及钻具

  钻头及钻具的选用对地层的?#35270;?#24615;是提高施工效率的关键因素之一,在选用钻头时尽量选用胎体硬度在HRC15~25之间、粒度100目左右的金刚石钻头,同时可考虑改变钻?#21453;?#38754;形状(如锯齿?#30784;?#38454;梯状)及增加钻头水口数量,来实现减少钻?#21453;?#38754;与岩石的接触面积,增大压入岩石的单位压力,达到提高钻进效率的目的。

  钻进参数的有效选择也是提高施工效率的重要因素之一,钻进参数包括钻压、转速和冲洗液量3个参数。对岩石进行刻取的直接对象为孕镶金刚石钻头,其特点决定了通常采用以高转速、低转压及大泵量的钻进参数体系,这既要考虑到刻取岩石的速度,同时又要考虑到金刚石本身存在?#27927;?#21644;不耐高温的等特点,因此必须采用?#23454;苯系?#30340;钻压和足够的冲洗液量,使钻头既不过分损耗又得到充分冷?#30784;?#36890;过三者相互融合,实现施工效率的提升。

  4.3选用高效的冲洗液(泥浆)配方

  选用聚合物配以降滤失剂、防塌剂组成的不分散低固相冲洗液(泥浆)体系,添加并调节聚丙烯酰胺、纤维素、腐植酸钾等添加剂的配比,使?#36152;?#27927;液(泥浆)体?#30340;?#28385;足破碎漏失、裂隙发育等不同形式的地层,同时监控并利用烧碱(或?#32771;?调节该冲洗液(泥浆)体系pH值。该冲洗液(泥浆)体系应具有以下特点:

  (1)固相含量?#20572;?#29992;以提高钻进速度及效率。

  (2)具有良好的流变性,较强的剪切稀释性和?#23460;?#30340;流型,冲洗液(泥浆)体系中分子间的桥联作用使得具有较强的结构强度,不易被破坏。

  (3)具有较强的触变性,冲洗液(泥浆)在循环流动过程中,部分原有分子结构被破坏,当冲洗液(泥浆)停止循环后被破坏的分子能快速与机械破碎形成的岩石固相颗粒的分子间形成新的分子间结构,使其悬浮在冲洗液(泥浆)中,从而不易出现岩石固相颗粒堆积孔底形成沉砂,产生卡钻等孔内事?#23460;?#24739;或下钻不到底现象。

  (4)具有较好的堵漏及稳定孔壁作用,可利用不同的配方而产生抑制岩石的吸水分散作用,减少对孔壁的冲刷现象;同时可通过添加一定量的堵漏?#31890;?#36798;到减小漏失量或封堵漏失的效果。

  4.4选用准确解决地下空洞(老硐)及材料方案

  4.4.1预防及处理措施

  (1)准确测定钻孔坐标和方位,以确保钻孔施工轨迹避开已查明的地下空洞(老硐)位置。(2)钻进过程中钻进至已查明的地下空洞(老硐)位?#20204;埃?#24212;采用钻孔测斜仪连续测斜的方法,加强钻孔弯曲度的检测,当出现钻孔施工轨迹偏向已查明的地下空洞(老硐)位置的风险?#20445;?#24212;及时进?#33455;?#20559;处理。(3)如钻孔施工过程中钻入未知的地下空洞(老硐)区域?#20445;?#21017;应及时停止钻进施工,应对如继续施工将对钻孔施工产生何种影响进行评价,如评价后认为其影响较小或无影响的情况下,可考虑钻穿该未知的地下空洞(老硐)区域,下入局部经过加强处理后的套管后,换径继续进行下一步的施工。

  4.4.2材料的准备及焊接

  (1)对于⌀95mm口径的钻头与扩孔器、扩孔器与钻具、钻具与钻杆以及第一与第二根钻杆之间进行焊接作业,并将连接处进行同心打磨。(2)对⌀89mm口径套管的第一与第二根间进行焊接作业,并焊接加强筋进行加固,同时进行同心打磨。(3)准备素混凝土原料,必要时使用素混凝土灌入未知的地下空洞(老硐)内,?#26723;?#26410;知的地下空洞(老硐)的垂直高度,加强下入的加强套管的稳定性。

  4.5选用硬岩钻进的技术手段

  (1)转速:小口径金刚石钻进主要采用高回转的钻进方法,在施工时可通过采用调整泥浆液性能减小孔内阻力等措施,实现在较高转速下施工的目的。(2)钻压?#28938;?#25454;不同的钻头口径调节施工钻压?#23454;?#39640;于正常钻压,使钻?#26041;?#21018;石能较好地出?#26657;?#25552;高刻取岩石的效率。(3)冲洗?#28023;?#22312;原有的冲洗液(泥浆)体系中?#23454;?#22686;加高效润滑剂等润滑材料,实现减阻增效的作用。(4)钻进效率:在条件具备的情况下,试用“绳索取芯液动潜?#29366;?#38075;探工艺技术”,用以解决钻进效率不高等问题,从而实现施工效率的提升。

  5结论及建议

  峰岩矿区岩芯钻探项目共施工钻孔16个,累?#24179;?#23610;7460m,岩芯钻探施工质量、安全、环保等各项指标均达到相关要求,项目人员从矿区的地层、构造及岩浆岩等地质资料的收集,对该矿区前期的岩芯钻探施工资料进行梳理,通过分析、对比,寻找出影响该项目岩芯钻探施工效率的主要因素,运用有效的手段和方案,使得岩芯钻探施工效率得到提高,项目及公司获得较好的经济效益,为今后在该区域岩芯钻探施工提供借鉴,同时提出以下建议供同行们共同探讨:

  (1)针对未知的地下空洞(老硐)施工,应对施工人员进行专门培训,选择有类似经验的施工人员进行施工作业,尽可能地减小地下空洞(老硐)对施工效率的影响。

  (2)考虑到地层的特点不同,在使用钻进参数?#20445;?#24212;协调好各个参数间的匹配关系,灵活加以应用。

  参考文献:

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