浅谈(武山)深部找矿第一孔zk120―1的岩芯钻探施工

【摘要】武山周边铜多金属矿普查南港矿区ZK120-1孔是深部找矿十二五规划国家国土资源部启动长江中下游深部找矿九―瑞段九江―瑞昌）深部找矿第一孔，于二OO九年十一月底正式启动，该zk120-1孔（直孔）设计孔深1200m（实际终孔深度1452.42m），施工历时69天，也是我们赣西北地质大队钻探史上以往最深孔，其设计目的是探索控制五通组与黄龙组可能存在的潜伏铜矿化体。

【关键词】武山；深孔岩心钻探；施工

矿区位于瑞昌市区与码头镇之间，矿区交通方便，南行8公里至瑞昌市，北行14公里至长江边码头镇，距九江市西33公里处，隶属于瑞昌市白扬乡管辖。矿区地理坐标位于东径115°37′38″～115°39′56″，北纬29°44′04″～29°45′12″的区域内，笔架山―武山山脉呈北东东向展布，构成矿区北部之屏障，山南为低山五陵地带。主要山峰武山寺绝对标高375.63米，最低标高24.24米，相对高度351.39米，属低山丘陵地形。

一、确保深孔岩心钻探（zk120-1孔）施工的几个关键技术要素分析

1.要深入了解武山周边及矿区地质地层施工情况。武山南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，溶洞密集，自上而下由强而弱。黄龙、栖霞灰岩溶洞最深达负430.84米标高，南矿带长兴、茅口灰岩溶洞分别最深达负240、280米标高左右，嘉陵江、大冶灰岩溶洞最深达负160米标高。从坑道了解，溶洞的发育形态有垂直似井状、有水平状。大部分分溶洞填充，填充物一般是棕红色粘土，亚粘土、褐铁矿、燧石碎块、石英砂岩砾卵石、岩浆岩碎屑等。

2.探矿设备及管材数量级配和工具的选择。根据地质设计zk120-1孔终孔孔深1200m，视施工实际情况可能还得加深，选择的探矿设备必须绝对满足钻孔施工的全过程，其中包括钻机型号及配备动力、泥浆泵的型号、钻塔高度及型号，备用发电机组；各种级配钻具、套管、钻杆、水管，工具配备有常用各种拧卸工具和专业打捞工具以及处理事故用的特殊用途工具等；钻孔斜度及方位测斜仪以及钻孔纠斜用的螺杆钻定向仪等。

3.钻探施工工艺的选择。由于这次启动的是九-瑞深部找矿，普通的钻进工艺和普通的金刚石钻进方法被更先进的钻进工艺所取代已成必然，zk120-1孔选取金刚石绳索取芯钻进工艺，就能简化取芯工作行程，降低劳动强度，大大提高工作效率，缩短施工工期，节约钻探生产成本。

4.钻孔结构的设计与选择。针对武山矿区钻孔以往施工对地质地层揭示情况，再根据地质工程师对该钻孔的终孔孔深及对地层的预设计，施工方要根据地质设计做好对该钻孔结构的钻探施工设计规划，规划好开孔孔径选择，钻孔换径位置，技术套管级配，这对顺利完成该钻孔的钻进施工至关重要，针对zk120-1孔地质设计终孔预孔深，终孔口径，考虑钻孔地层设计情况、地质地层复杂程度对钻探施工中的影响，考虑钻孔后期施工中遇到问题有一定回旋余地，选择上一级开孔口径，穿过第四系覆盖层，在遇到完整基岩1m后下好第一级套管；中间一层套管要考虑到中途可能扩孔等因素，第三层套管的底部位置一定要下到穿过地质设计的武山南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，溶洞密集，自上而下由强而弱。黄龙、栖霞灰岩溶洞最深达负430.84米标高，南矿带长兴、茅口灰岩溶洞分别最深达负240、280米标高左右，第三层技术套管一定要下到超过可能出现溶洞的地层。

5.钻孔岩矿芯采取率。衡量钻探工作质量标准是钻探六大质量指标，我们在执行钻探六大质量指标同时，克服种种复杂地层，改进工艺，目的是经过钻进工艺获取孔内原始岩样，通过化验分析为地质找矿成果提供依据，所以岩心钻探工作最终目的是岩矿心采取率。

二、深孔岩芯钻探施工技术关键要素在zk120-1孔施工分析与应用

1.深孔（zk120-1）探矿施工钻进工艺的选择。由于绳索取芯钻进工艺具备诸多的优越性，该工艺应用能缩短起下钻铺助时间，降低劳动强度，提高钻进效率，缩短工期，降低成本。本次启动深部找矿，根据地质设计地层及钻孔深度情况，所以除了精选人员，绳索取芯工艺被列为首选，工艺技术参数见表1。

绳索取芯机技术设备参数配置表1

2.根据地质开孔通知书地层设计确定钻孔开孔口径与换径钻进。地质开孔通知书地层设计自上到下依次为：第四系覆盖层；灰、灰黑色含炭含燧石结核灰岩，其间穿插数层岩脉；黑色含炭细晶灰岩、含沥青质灰岩；黑色微晶灰岩、白云岩，底部见黄铁矿化角砾岩；浅白色石英砂岩；含铁质砂岩。

根据地质地层设计，该孔选择￠130mm直径金刚石钻头开孔，穿过8.3m第四系覆盖层，施工至17.46m在坚硬完整的含炭含燧石结核灰岩中下入￠127mm第一层技术套管（图1）17.60m；然后换径改￠95mm绳索取芯钻具钻进，由于含炭含燧石结核灰岩岩石硬度、研磨性高，在钻头的选择上为了在钻进中钻头金刚石克取岩石最大效果，金刚石钻头胎体硬度选择要弱于岩石，钻进中便于金刚石出韧。施工中￠95mm口径绳索钻具一直钻进施工至378.9m，武山矿区以往施工情况，南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，且溶洞密集，自上而下由强而弱。黄龙、栖霞灰岩溶洞最深达-430.84m标高，南矿带长兴、茅口灰岩溶洞最深达分别达负240、280m标高左右。根据zk120-1孔所处位置地面标高和孔内深度标高，￠95mm绳索钻具钻头底已经超过黄龙、栖霞灰岩溶洞最深负-430.84m的标高，钻孔底部灰岩完整，所以在孔深379m位置起钻，下入了第二层技术套管￠91mm（￠95mm绳索钻杆），接下来改径用￠75mm绳索取芯钻具施工至终孔孔深（实际孔深1452.42m）。图1

3.施工中遇到的复杂施工地层分析（这里主要是溶洞地层）及其处理。武山矿区以往钻孔施工情况，南北矿带近矿灰岩，溶洞比较发育，本次施工ZK120-1孔，在孔深217m处遇溶洞0.60m，遇到溶洞r机上钻杆快速下放，孔口突然不返水，泵压突然减少，泥浆池水位快速降低，通过快速补充浓泥浆，慢慢孔口开始少量返浆，遇到以上情况我们通过钻进起上岩样填充物为粘土、砂、碎石等，判断出是不大的封闭式有填充物伴有岩层裂隙，此处通过孔外泵送水泥浆（水灰比0.5）到底充填，待孔内稳定24小时再行施工，处理效果很好。在孔深251.40m～251.70m又遇上一小溶洞（也可能是小裂隙）情况和上一个溶洞类似，孔底冲洗液漏失严重，填充物为粘土、砂、碎石等，未经胶结，故较为松散，稳定性极差，极易塌坍，此时先采用优质浓泥浆适当提高粘度来护孔，现场我们买了几十斤新鲜黄豆，投下研磨之后，小溶洞裂隙填充后，孔内开始返水，泵压又开始正常，后面的施工没有碰到类似的溶洞，我们的后续工作为稳妥起见，φ91套管（实为￠95mm绳索钻杆）自孔口下到了379m，把上部的溶洞、裂隙完全封住，为下部的深层次钻探施工打下坚实的基础。

三、zk120-1深孔钻探质量要求与探索技术保证措施及管理体系分析

1.地质设计对zk120-1孔质量要求。⑴矿芯采取率顶底板各5米，采取率为≥85%，岩芯采取率>80%，进入矿层回次进尺控制在1m以内，岩矿芯洗净后按顺序装箱，>5cm用红油漆编号，岩芯箱写明序号、孔号、孔深及矿区名称。⑵下套管前50m下套管后100m需测斜，每钻进100m≯2°。⑶每钻进100m需要进行孔深校正，孔深误差在1/1000以内。⑷水文观测，正常钻进每小班观测1-2次，提钻后下钻前各测一次，间隔10分钟观测一次，遇掉块涌水、崩塌、溶洞等要记录清楚，详细位置。⑸班报表记录应准确、整洁、无误。终孔后装订移交地质归档。⑹终孔以见终孔通知书方可停钻，按地质设计要求封孔及立孔口标志，终孔后岩心及时入库并有管理。

2.深孔钻探施工技术质量保证措施。钻进施工中严格按照地质设计要求的钻孔六大质量指标规范要求执行，严格规范施工。⑴钻进施工中保证岩矿心采取率的技术措施，按地质设计要求，矿芯采取率顶底板各5米，采取率为≥85%，岩芯采取率>80%，要求进入矿层回次进尺控制在1m以内。⑵钻孔弯曲的预防措施。为保证ZK120-1孔钻探施工钻孔弯曲度符合地质设计要求，需要做好以下几点：把好设备安装和开孔验收关、把好开钻钻进和换径关、保持钻具结构的合理性、选择先进的钻进工艺以及合理的钻进参数、把好钻孔测斜关。

参考文献

[1]汪涛.云南某矿区复杂地层深孔岩心钻探关键技术应用研究[D].中国地质大学（北京）2013.

[2]曾庆岩.深部找矿中钻探技术的应用探讨[A].2012年10月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].2012.

作者简介

李长春，工程师，探矿工程院技术部主任，长期深入岩心钻探施工现场，处理研究施工实际问题。撰写时间：2015年10月.