甘肃礼县金山金矿地质工程勘探中钻探方法改进研究

毕登福

（甘肃省有色金属地质勘查局张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734000）

随着矿产资源的逐年消耗，矿山储量已不能充分满足国家对矿产资源的需求，为进一步保证矿产资源的供给平衡，对深部矿产资源进行地质勘察，拓展找矿深度，圈定具有矿产资源的靶区，获得岩土参数和地质资料，具有重要意义。地质勘察与钻探技术密切相关，通过钻探技术，获得地质区域的相关样品，对样品化学成分进行测试，确定地质风貌演化规律，分析其可能存在的成矿背景，初步判断地下是否存在矿产资源。现阶段，我国钻探技术已取得一定发展，在浅部矿产资源圈定过程中取得广泛应用，钻探取出实物样品，观察分析后，得到靶区开采条件、产状储量等数据，而深部矿产资源相比浅部矿产资源，应对钻探工具等进行一定改进，因此，以甘肃礼县金山金矿地质工程为例，对该工程勘探环节中的钻探方法进行改进，实现深度找矿这一目标，满足深部找矿中的深孔钻进要求，缓解矿产资源消耗压力。

1 甘肃礼县金山金矿地质工程勘探中钻探方法改进方法

1.1 选择合适的地质钻探设备

选择适合甘肃礼县金山金矿地质的钻探设备，使深度钻孔能够正常实施。将钻探设备视为深部找矿的前提条件，选择动力机、钻塔、深孔钻机、搅拌机、泥浆泵等设备，作为金矿地质找矿的主要设备。由于深度钻孔的摩擦阻力大、钻具长，针对这一特点，应结合甘肃礼县金山金矿地质条件，选择提升能力大的钻孔升降装置，在装置一侧配备水刹车，平稳操作钻机下孔，减少钻机下降过程中的消耗，当孔深增加时，调整钻孔升降装置的扭矩，进一步减小钻具的回转阻力。选择变速范围较大的回转器，令回转器通孔直径，能够适应深度钻孔工艺，根据深孔段的不同距离，规定内管打捞次数，保证钻机连续稳定地给进[1]。用于深度钻孔的地钻机选择立轴钻机，当立轴钻机加接单根时，可以实现钻具、钻塔、泥浆泵一体化，直接在钻机上进行加接，先把立轴钻机的主动钻杆移出孔外，当钻机破碎地层后，让钻头离开立轴钻机的钻具，确保扫孔能够下达孔底，钻机提下钻过程中，采用WL钻探，在立轴钻机侧配备7m长度的桅塔，立轴钻机倒杆过程中，也要减少回次进尺，控制桅塔立根长度，保证深孔钻探效率。当钻机长行程连续作业时，应利用桅塔的塔上作业，保证钻机柔和启动，在转速范围内调整钻孔参数，实现桅塔角度的无极调速。

1.2 选择合适的地质钻孔类型

根据甘肃礼县金山金矿地质条件，确定地质勘探钻孔类型。确定地质钻探的钻孔角度和钻孔方向，控制立轴钻杆与地面的夹角，根据钻角倾斜的变化情况，把钻孔划分为4种类型。当金矿地质的岩石风化严重，断层面存在断裂时，采用倾斜90°的直孔，对基岩面进行钻孔操作；针对地质破碎带，采用倾斜角度小于90°的斜孔，沿着岩层破碎倾向的相反方向，使用立轴钻机进行钻进，通过斜孔对地质结构进行探查；在金山金矿的地质勘察位置布置控制点，采用倾斜角度大于0°的水平孔，测量地质结构的岩体应力，对岩体结构进行排水、探水等勘察；针对金矿地质的复杂岩层，分析岩层深度的变化规律，使用固定角度的定向孔，对岩层进行定向钻进，保持岩层的钻孔位置不变，控制钻孔中的多个定向分枝孔，即在同一个钻探孔位上，布置不同方向的定位斜孔。

1.3 优化地质钻探工艺勘探流程

钻孔类型确定后，优化地质钻探工艺的勘探流程。采用受控定向和气动锤相结合的钻探工艺，使用钻探造斜工具，沿着金矿地质的勘察轨迹，对钻孔方向进行自动化控制，令静止钻头高速转动，确保立轴钻机的钻孔位置，能够到达勘察区域的目标岩层，将钻孔的空间形态划分为集束孔和分支孔，当回转器停止转动时，对两类钻孔达到的地下位置进行可视化显示，启动立轴钻机的倒杆，揭露金矿地质层数和矿体形态[2]。统计每个钻孔的分支孔数量，当钻孔孔道倾斜较为严重、孔内发生堵塞时，使用气锤机，对空气进行压缩，利用压缩空气的驱动压力，对孔道内的破碎岩石进行冲击，使破碎的岩石碎屑经由钻杆中心排出孔管，若遇到气锤机不起作用的大块岩石，则采用循环冲洗液这一人工手段，对孔道堵塞物进行处理。循环冲洗液的解卡流程如图1所示：

图1 循环冲洗液解卡流程

对堵塞的钻探孔管轮流进行冲洗液解卡、活动解卡、震击解卡、解卡剂解卡，直至卡钻的孔管和钻具内部破碎岩石清理干净，能够继续进行钻孔任务。钻取金矿地质样品时，判断地质层数，对所有矿层中的岩石碎屑进行随机采样，为避免钻取样品的遗漏，将泡沫钻进技术作为辅助的勘探方式，使用水泵泡沫增压装置，对液体泡沫和空气进行增压处理，对偏移量较大的深孔进行泡沫钻探，相比气锤机的压缩空气，泡沫对岩石冲刷力度较小，通过泡沫的携粉能力，维持偏移孔管的孔壁稳定，避免孔壁产生剥落和溶胀[3]。根据金矿地质钻探工艺的工艺流程，优化钻探参数，勘探周期内令钻进技术参数达到最优，利用潜孔锤，控制立轴钻机的开孔直径和钻进深度，对破碎的石土进行穿透回填，在孔管处套上套管，支撑孔壁、防止塌孔，提高下放孔管的穿透效率、下钻效率，控制孔管长度，使其穿透金矿地质的回填土层，采用GPS设备，对钻孔位置进行测量，统计所有钻孔的坐标和高程，测量相邻钻孔之间的方向间距，在每个钻孔位置安装护筒，避免破碎岩土回填至孔内，实现立轴钻机的正常钻进勘探。

2 实验论证分析

使用此次设计的钻探方法，与两种常规钻探方法进行对比实验，分别对甘肃礼县金山金矿地质进行钻探勘察。

甘肃礼县金山金矿的主要地层为花岗岩，地层破碎，岩石可钻性级别很高，大部分地质区域呈现块状结构，地层具有硬、脆的特点。设计钻探方法在勘探区域内布设61个钻孔点，圈定地质区域内的钻探面积在1293.36m²左右，设置的钻探参数如表1所示：

表1 金矿地质钻探参数

对金山金矿地质区域内的岩样进行编号，三种钻探方法分别对不同类型的岩层进行钻孔取样，当钻孔发生弯曲或偏斜角度过大时，停止岩层钻进，其中钻孔能够容忍的最大偏斜角度为95°，比较三种钻探方法的终孔孔深，实验对比结果如表2所示：

表2 终孔孔深实验对比结果（m）

由上表可知，设计钻探方法钻进孔道的终孔孔深为1835.4m，常规方法1和常规方法的终孔孔深分别为1752.3m、1651.4m，相比两种常规方法，设计方法钻孔深度分别增加了83.1m、184.0m，增加了金山金矿地质的勘探深度，提高了深部矿产资源的找矿概率。

3 结语

此次研究针对甘肃礼县金山金矿地质，设计了一种钻孔勘探方法，提高了金矿地质的勘探深度。但此次设计的钻探方法仍存在一定不足，在今后的研究中，当钻探过程发生卡钻事故，会对卡钻原因进行分析和总结，根据卡点位置和岩石节理，采取相应的解决措施。