安徽宿州栏杆-褚兰地区金刚石矿区普查钻探钻孔设计及孔内事故预防措施

曹红淮

（安徽省地质矿产勘查局第二水文工程地质勘查院， 安徽芜湖 234000）

安徽宿州栏杆-褚兰地区金刚石矿区普查钻探钻孔设计及孔内事故预防措施

曹红淮

（安徽省地质矿产勘查局第二水文工程地质勘查院， 安徽芜湖 234000）

结合金刚石矿区普查钻探工程实践，对金刚石矿钻孔工艺设计、施工和孔内易产生的事故的综合技术措施进行了介绍，提出了本地区金刚石矿普查钻探施工的注意事项目，为金刚石矿普查钻探施工积累经验。

钻孔工艺设计；钻进工艺；孔内事故预防

0 引言

安徽省宿州市栏杆-褚兰地区金刚石普查，通过前期工作，在吴庄东C-5-2、C-10岩管和C-13岩体中橄榄玄武岩、玄武质角砾熔岩、火山角砾岩和辉绿岩内发现了原生金刚石晶体及大量指示矿物。为加大金刚石找矿力度，决定采用钻探方式对矿山进行勘查。本次钻孔位于宿州市栏杆镇老寨山，交通较为方便（图1）。

1 区内地层及岩性特征（表1）

图1 宿州市栏杆地区位置交通图Fig.1 Traffic location of the Langan area in Suzhou City

表1 中新生代岩石地层分布Table 1 Stratigraphic distribution of Mesozoic-Cenozoic in Shuzhou area

由于矿区内岩石破碎，裂隙较发育。取芯较为困难，同时孔壁不稳易垮塌，给钻探施工造成较大困难。施工区内水文地质情况较差，孔内泥浆漏失较严重，对泥浆质量要求很高。

钻孔见地层情况：

第四系（Qh）： 0～18.24m残坡积松散层；褐黄色浮土；

望山组（Z21w）：18.24～76.48m灰岩；

侵入岩（βμ）：76.48～256.2m辉绿岩；

望山组（Z21w）：256.2～266.8m灰岩；

侵入岩（βμ）：26.88～404.95m辉绿岩；

史家组（Z11s）：404.95～550m灰岩。

2 钻探施工技术条件

（1）施工道路：该项工程勘查位于丘陵区，施工区内道路较为便利，施工机械均可用汽车运到现场附近，距离孔位约500m，采用小型运输机械运输到孔位，总体上交通较为方便。

（2）供水：距离孔位约300m处有一处水塘，采用泵送供水至施工现场集水箱。

3 工程质量要求

3.1 岩矿芯采取率

（1）岩芯采取率应大于85%，当采取率小于85%时，采取补救措施。

（2）在疏松、易碎矿层中，使用的钻探工艺应满足保持矿石原有结构特点和完整性。为防止钻进中漏矿，应严格控制钻进回次长度及回次采取率。

（3）进入矿层时，必须严格遵守操作规程，进入矿层回次进次不得大于2m，且纯钻时时间不宜过长，以免造成矿芯破碎和磨损，影响矿芯采取率和矿石品位。对打薄、打丢的矿层，必须用偏心补采。

3.2 钻孔弯曲度测定

表2 允许顶角差Table 2 Allowable apex angle error

（1）钻孔均应按《岩芯钻探规程》要求测定顶角和方位角，并修正钻孔实际位置。钻孔不同孔深的各测点实测角与开孔设计顶角之差不得超过表2。

（2）开钻后50m行一次弯曲度测定并校正钻孔深度，误差不超过规定要求；以后每100m进行一次弯曲度测定并校正钻孔深度，在见矿点增加一次弯曲度测定。

（3）进出矿体应测量顶角、方位角和孔深。

（4）钻孔结构要求：钻孔开孔直径不得小于150mm，终孔直径不得小于75mm。

3.3 简易水文地质观测

以泥浆为冲洗液的钻孔中，一般可不进行水位测量。钻进中遇涌水、漏水、冒气其它特殊现象，要立即停止钻进，以便及时观察和收集资料，终孔时应测量静止水位。

钻孔静止水位标准根据规范要求，在连续四个小时观测的水位值上下误差在5cm内就达到稳定标准。

3.4 孔深误差的测量与校正

3.4.1 在下列部位必须校正孔深

（1）每钻进100m、进出矿层时（矿层厚度小于5m时、只测量一次），绳索取芯钻进时因提钻长度不等，可参照上述要求及时进行测量。

（2）经地质编录人员确认的重要构造位置及划分地质时代的层位。

（3）孔深误差率小于千分之一时不修正报表，孔深误差率大于千分之一时要修正报表。孔深误差

率=（校正前孔深-校正后孔深）/校正后孔深×100%。

3.5 封孔要求

（1）终孔前根据地质设计或地质部门提出的封孔要求进行封孔，全孔采用425水泥进行封闭。

（2）封孔后必须在孔口中心设立水泥标志桩（用水泥固定）。

其它未尽事项按照《岩芯钻探规程》的相关规定执行。

4 钻探工艺设计及设备选择

4.1 钻探工艺设计

4.1.1 钻孔结构设计

根据地质部门的技术要求结合现场实际情况和钻探工程设计钻孔结构要求：开孔直径不得小于150mm，终孔直径不得小于75mm，同时考虑绳索取芯钻具管材系列。对钻孔结构做如下设计。

φ150mm钻具开孔，下入φ146mm孔口套管，换φ110 mm钻具钻到50m，换用φ75mm钻具钻到终孔。力求使钻孔结构简单化。钻孔结构图（图2）。

4.1.2 钻进方法

图2 钻孔结构图Fig.2 Dirll hole stracture

因考虑本矿区为金刚石矿，为防止金刚石钻头在使用过程中磨损，对矿的储量有影响，本次钻进选用硬质合金钻头钻进。

4.1.2.1 钻头选择及钻进技术参数

选用薄片硬质合金钻头。具体的操作技术要求按《岩芯钻探规程》中规定执行（表3）。

4.1.3 冲洗液与护壁堵漏

表 3 合金钻技术参数推荐表Table 3 Recommended technical parameters for adamantine drill

针对该矿区的地层情况，地层较为破碎，裂隙较为发育，孔内易发生钻井液漏失及垮塌、埋钻事故，选择有效保护孔壁，防止地层垮塌的化学泥浆。其特点主要有：对垮塌和剥蚀掉块有明显效果。

（1）化学泥浆钻进液的配制与性能。

（2）配方：聚丙烯酰胺（PAM）：0.2%～0.3%、 腐殖酸钾（KHM）：1%～3%。

（3）泥浆性能：密度：1.05g/cm3；粘度：24s；失水量：7ml/30min；pH∶8。

（4）测试仪器配备计划。开工前进行泥浆试配，达到要求后进行机台施工，现场配备泥浆测试仪器一套。

（5）钻井液的使用及维护。①若粘度降低、失水量偏大，可加入CMCC水溶液调整处理。②若pH值过低，可加入烧碱水溶液调整处理。

4.2 设备选择

根据钻孔结构设计，设计孔深达到550m，开孔直径150mm，终孔直径75mm，地层较为复杂，钻机消耗大，交通较为便利，根据以上条件选择用XY-4型钻机。为保证钻井液在孔内形成循环，排除岩粉和冷却钻头，根据流量、及泵压计算选用NBB-250-6型泥浆泵。动力机，由于施工现场无施工用电，根据孔深及钻机动力需求选择配套4135型柴油机。

钻塔选择为确保滑车系统在起下钻具或套管时的安全，钻塔高度和载荷要达到要求，选择JS×23型钻塔。并配备相应的辅助设备。钻具选用XJS75型绳索取芯钻具。

4.3 钻探机场的安装

设备到场后按照局安全文明机台的标准进行钻机组装、钻塔安装、设置好循环系统、及安全设施，开工前由安全科、探矿科联合进行安全、技术检查。合格后方可进行钻机开钻，施工按钻进工艺和钻孔设计书进行钻进。遇到问题及时通知技术人员进行处理。

5 钻孔事故及预防措施

钻探施工过程中经常遇到因地层的变化造成冲洗液漏失和钻杆折断的事故，为防止在工程施工中发生事故。在开工前需做好如下预防措施：

（1）采用绳索取芯钻进技术进行满眼钻进，随钻护壁，减少事故发生。

（2）施工现场泥浆好坏，对防止孔内事故至关重要，在钻进使用优质泥浆防止孔内坍塌、掉块引起的卡、埋钻事故，因此泥浆性能不好会造成事故和增加事故的复杂性，在施工过程中一定要调整好泥浆的性能，并在现场储备一定数量的化学处理剂和封堵材料。

（3）钻进采用绳索取芯钻进，提钻次数少，每次提钻后要检查钻杆螺扣的磨损情况及钻杆有无裂纹，防止在孔内发生折断事故。

6 结语

通过对钻孔的设计及钻探设备的选型，本次钻探工作在20d内顺利完成550m的钻孔施工，岩芯采取率达到95%以上，钻孔倾斜度达到了业主的要求，孔内未发生安全和质量事故，收到了良好效果。为今后类似钻孔的施工提供了依据。

［1］ 徐克里，王生.钻探工程［M］.北京：地质出版社，2008.

［2］ 武汉地质学院.岩心钻探设备及设计原理［M］.北京：地质出版社，1980.

［3］ 王扶志.地质工程钻探工艺与技术［M］.长沙：中南大学出版社，2008.

EXPLORATION BOREHOLE DESIGN AND DOWNHOLE ACCIDENT PREVENTION FOR DIAMOND ORE DISTRICT IN THE LANGAN-CHULAN AREA， SUZHOU， ANHUI

CAO Hong-huai
（No.2 Institute of Hydrogeology and Engineering Geology of Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province， Wuhu，Anhui 234000， China）

∶ Based on a practice of exploration drilling in a diamond ore district， this paper introduced borehole technique design， construction and measures against common downhole accidents， and matters needing attention in diamond exploration drilling construction in the area.

∶ borehole technique design； drilling technique downhole accident prevention

P619.241；P634.8

A

2015-12-20

曹红淮（1972-），男，安徽铜陵人，工程师，主要从事钻探工程及工程施工技术工作。

1005-6157（2016）02-0120-3