针对矿区花岗岩钻探技术的具体工艺分析

史建国

【摘要】科技的进步，促进人们对自然需求的增多。自然界有着丰富的地质资源，在我们对自然界进行探索的过程中，对地质的探索是没有办法回避的一个问题。矿区钻探过程当中遇到花岗岩的情况是比较常见，因为地层条件比较复杂，钻探的难度比较大，目前常用的技术手段是绳索取芯钻进技术，本文就针对矿区花岗岩钻探技术的具体工艺展开探讨。

【关键词】矿区;花岗岩;钻探;绳索取芯;工艺

引言

一些矿物结构的强度指标一直是专业领域的热门话题，许多学者多对此进行了探讨，其中有些学者提出了一些非常具有启发性的看法。如Hoek对泥沙岩的研究，我们便可以从他的一些研究成果中找到新的研究方向，并且在这个方向上做出自己的一些成就或者说一些能够解决实践问题的科技成果。这位学者对泥砂岩地质强度的一系列探索研究，能够为我们探索矿物结构以及钻探的花岗岩的地质强度提供一系列可以参照的数据，在此基础上，我们经过野外和室内的工作过程中，重新建立了一个矿物结构与钻探花岗石的强度指标图。在这个过程中，我们发现了两个优点所在，第一，将矿物结构等等一些数据进行量化。第二，在对岩心进行描述时，我们不再采用辨识度比较低的素描了，转而适用照片来表示，这一措施能够很清晰地表现出我们所需要分析的部分，从而使分析得出的数据更为准确。

1花岗岩性质

花岗岩的物理渗透性几乎可以忽略不计，在0.2%～4%之间，具有高强度的耐热稳定性，不会因外界温度改变而变化，抗腐蚀性很强，肖氏硬度大于HS70，主要化合物包括二氧化硅，三氧化二铝，氧化钙，氧化镁，三氧化二铁等。硬度为摩氏硬度在6左右，密度在2.63～2.75g/cm3之间，压缩强度在100～300MPa，抗弯曲强度在10～30MPa之间。在地层当中花岗岩常常以岩基、岩株、岩块等形式存在，受区域大地构造控制，一般规模较大。

2花岗岩地质强度指标的研究

花岗岩地质强度指标的取值图基于泥砂岩地质强度指标的取值图，加上野外花岗岩的分布和野外花岗岩矿物的特征，以及结构面特征参数、岩体结构参数和岩石矿物结构参数来进行一个可以只针对花岗岩的地质强度指标取值图。花岗岩的地质强度指标取值图需要岩石结构、节理条件以及岩体结构才能构成，而完整岩芯的长度可以确定岩体的结构，节理粗糙度、节理充填、节理风化程度可以确定节理条件，矿物成分、颗粒大小、颗粒相互关系可以确定岩石结构。完整岩芯长度地质强度指标的测量方法为对比岩芯的中心面与岩芯上断面、岩芯下断面之间的距离，它是指以钻探为基本工程可以独立进行测量岩芯长度，并保证岩芯的完整性。地质强度指标可以为钻探显示地下水地质环境、地下节理、地下断层、风化情况、节理组数、节理间距以及节理走向等。地质强度指标与钻探岩芯之间的关系为，当岩芯的大小或者钻杆面积的大小数值一定时，完整岩芯长度地质强度指标等于控制岩块体积，所以地质强度指标的研究也就是岩块体积的研究;当岩体结构呈现整体状时，地质强度指标需要大于100cm，岩芯结构表面为粗糙、新鲜，且岩芯是非常好的镶嵌状，所以花岗岩的斜长石、云母、钾长石、岩块、节理表现为没有高岭土化、暗色矿石都光泽较好、表面亮度与新鲜度好、断面光泽度与新鲜度好、没有节理;当岩体结构呈现块体状时，地质强度指标在30～100cm之间，岩芯、岩体、岩芯镶嵌、云母、长石、石英表现为长柱状、未扰动、镶嵌好、露出云母、不风化、表面新鲜;当岩体结构呈现层状时，地质强度指标在10～30cm之间，岩芯表现为棱角状岩块、不连续面为3～4组以及受到小部分扰动，并且斜长石和云母显示为高岭土化、风化;当岩体结构呈现碎裂状时，地质强度指标在3～10cm之间，岩芯表现棱角状岩块，且表面是由多组不连续互切形成的，都经历过断层活动或者皱曲活动，斜长石和云母已经有风化;当岩体结构呈现散体状时，地质强度指标在1～3cm之间，岩块显示为相互镶嵌，并在镶嵌作用下出现混合状和结构破碎;当岩体结构呈现剪切破碎状时，岩体结构以破碎，完整岩芯基本不会出现了，斜长石、云母、采芯率表现出明显的高岭土、完全风化和效率极低，所以节理的切割使得岩体呈现同性。岩石结构是指矿物颗粒的相互关系、大小、自行程度、晶体形态、矿物相互关系以及结晶程度所形成的岩石的参数，花岗岩在工程上受矿物之间的相互关系、成份以及颗粒大小的影响。岩石是由矿物组成，且矿物必须具有一定的结构，当花岗岩中的矿物成分主要为长石类、石英类、似长石类，则呈现浅色，当花岗岩中的矿物成分主要为角闪石类、橄榄石类、黑云母类以及辉石类，则呈现暗色。

3绳索取芯钻进技术

绳索取芯钻进技术是一种采矿当中比较先进的岩芯钻探工艺，这种工艺采用大直径钻杆，并且在钻具当中设置有取芯管，钻进过程当中，岩芯缓慢地被取芯管收取，当回次进尺完成，取芯管当中装满岩芯，带绳索的打捞器将取芯管取出，提取岩芯，然后将取芯管再次放入到孔底继续钻进。这种工艺技术在钻复杂地层方面有着其他取芯技术无可比拟的优势，应用非常的广泛。绳索取芯升降次数少，纯钻进时间多，钻进效率高，相比传统的取芯技术，绳索取芯钻进时间提高了45%左右，并且因为钻杆与孔壁间隙均匀一致，可以方便地排除岩粉，改善孔内的条件，也正是因为这种特点，方便钻穿复杂的地层。同时因为绳索取芯器使用的是单动装置，可以比较好地保持岩芯的原状，从而提高岩芯采取率。

4花岗岩GSI研究

根据以往的一些岩石种类的地质强度指标图进行研究可以发现很多的问题。我们在其中取泥砂岩的地质强度指标图进行比较，可以发现它的地质强度指标图与一般的地质强度指标图相比，有着非常大的优越性，这些图的信息更为详细以及更加具有实用性。但是泥沙岩最提出的优势是，它在研究的过程中，将泥沙岩的土体结构等等其他的特征，纳入考虑范围之内，这就会使得出的地质强度指标更具有信服力。在整个分析过程中，我们对泥沙岩进行不同的分层分析，最后再从整体的框架入手，这样的研究方法是具有优越性的。但是由于分层会带来个人的看法，因此当不同的人在对这一问题进行研究时，可能会得出不一样的答案。为了完善这一研究方法，笔者提出了自己的一些意见，在本文中便是以花岗岩为例。从完整岩心长度等角度对地质强度指标进行研究。

5结束语

对于矿区花岗岩的钻探技术，绳索取芯是比较成熟而且具有一定优势的技术方法，在具体的钻探过程当中，工艺的选定关键还是要看地质条件，并根据地质条件来对比地质取芯钻探规程的可钻性分级表，确定合理的工艺流程和参数，保证钻探顺利。

参考文献

[1]徐国辉，马志明.青海拉陵高里河沟脑矿区钻探技术研究[J].中国锰业，2017，35（5）：196-199.

[2]徐国辉.青海省格尔木拉陵高里河沟腦ZK4001孔钻探技术研究[J].河北北方学院学报：自然科学版，2016，32（9）：59-60.

[3]卢书强，许模.基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用[J].岩石力学与工程学报，2009（S1）.

[4]苏永华，封立志，李志勇，赵明华.Hoek-Brown准则中确定地质强度指标因素的量化[J].岩石力学与工程学报.2017（16）：179～186.

[5]郑文棠，汪华安，葛军辉.基于地质强度指标法的柱状节理玄武岩体力学强度估计[J].地质力学学报.2016（28）：330～335.