可溶性固体钾镁盐矿工程地质特征分析及钻探技术

摘要：可溶性固体钾镁盐矿的矿区有着特殊的地质特征，根据调查显示我国的钾镁盐矿矿床广泛分布于江苏、内蒙古地区，其矿床中的光卤石、钾石盐含量高于一般矿区的标准矿物。为了探索出适用于这种可溶性固体钾镁盐矿的一系列合理的采矿工艺技术，必须将此钾镁盐矿矿区的地质土壤进行系统的研究分析以达到了解其地质特征，在工程施工时对于采取矿层、保护岩层、支护预防和治理上有着一个提前性的研究规划，这样得以提高掘矿效率获得高质量的所求矿物，在钻探工程最后的封孔工艺对于可溶性固体钾镁盐矿的钻探是尤为重要的一步，所以我们将对可溶性固体钾镁盐矿工程项目做系统的分析探讨。

关键词：可溶性固体钾镁盐矿 钻探技术 钾石盐

一、可溶性固体钾镁盐矿的地质特性分析

由于近年来我国钾镁盐矿矿床的广泛利用和开发，许多可溶性固体钾镁盐矿钻探工程项目在江苏、内蒙古等地被实行，在施工过程中，钻探施工由于要适应岩层的物理化学等变化而遭遇到许多困难，在石岩层和泥岩层这两个岩层的钻探过程中给了钻探工艺很大的提升空间，经过对这样多样复杂的地质特征进行分析后，我们认为在封孔工艺和矿心保护上需要进行严谨的系统的研究制定钻探方案。

从矿区地质条件和对于钾镁盐矿矿床特征分析，矿区的底层可以大致分向三个方向：

1.泥岩层——主要组成包括砂质泥岩、泥岩、石膏块等，可以分为黄色泥岩、青灰色泥岩、红褐色泥岩、棕色泥岩等，一般为薄层状结构或者块状结构。这种泥岩层再经过冲洗液浸泡冲洗后具有可塑性、其松软程度较高，容易造成钻孔缩小直径的现象。

2.浅部泥岩层——地质松散并且没有胶质结构，其主要构成包括无胶或弱胶结泥、砂石、石英砂和砂质粘土等，可以分为砂砾层和淤泥层。地质特征较为破碎松软，在冲洗过程中容易出现掉块或者坍塌等大面积损毁现象。

3.盐层——是所有钾镁盐矿中重要组成部分，可以分为三种层类：钾石岩层、光卤石矿层、石盐层。这类岩层中的主要矿物组成包括了光卤石（MgCl2·KCl·6H2O）、钾石盐（KCl）和石盐（NaCl）。这三种矿物在不同矿床中含量都会有所不同，并且在不同地层中变化较大。盐层的主要组成为石盐，其含量最大，一般含有量可以达到90%以上。这类岩层可溶性强，易溶于水并且在钻探过程中容易造成钻孔温度快速升高的现象，从而加速盐层中其他矿物质的溶解，增大溶解度，这是在此岩层钻探取芯时容易面临的较大问题。

二、合理的钻探方案设计

根据对可溶性固体钾镁盐矿矿区三个主要岩层的化学物理特征进行分析比较后，岩层中的矿物质包括光卤石、石盐等都会随着温度的变化表现出不一样的溶解度，其中根据分析可以看出它们的异同点：光卤石、石盐、钾石盐等易溶于水，而饱和NaCl具有吸湿性，但是它们都会随着温度的增加使溶解度随之增大。

在钻探工艺的技术设计上有着严格的要求，孔径结构和钻具需要专业配备，孔径必须小于90MM，在施工中要结合钻探经验，避免漏失问题在孔内发生，钻孔的深度下入受到砂砾石层和坍塌部分影响，在钻探过程中需要注意防止上方的掉块坍塌的现象，以便矿层取芯。钻头一律采用硬质合金钻头，必须选取四翼肋骨片式球齿形的，或者在一些矿床也可以使用加强型复合片的钻头。矿层和石盐层要采取三层单动双管钻进行钻探。

在冲洗设计上，冲洗液必须根据所在钾镁盐矿矿床的地质特征选取，各类岩层在不同地段有着巨大的变化，所以在钻探工艺上讲求对地层采用不同的泥浆冲洗液，这样更有针对性，也提高了施工效益。冲洗液主要包括高粘度、高密度、松散的泥浆、膨润土、低质粘度的纤维素、水等。

三、封孔工艺及措施方案

封孔工艺在真个钻探工程中是最重要的一步，决定了整个工程的成败。为了保障采取的成功性，所以在具体采矿的时候我们应该重点注意以下几个内容：

1.在钻进矿层的时候要确定标志性岩层——青灰色泥岩、石盐层，必须加入食盐至实际饱和后才可以钻进所确定的矿层。

2.对于矿层的位置判断有3中方式：主要的标志层是青灰色的岩层，在见到青灰色岩层后再钻入一段进入石膏层；对石盐层的砂石结晶进行研究，通过对结晶的含有杂质的大小来判断，石盐层的石膏夹层较多，从粗盐颗粒变成细致的颗粒就是达到合适的岩层；从颜色、气味这些物理方面通过经验判断确定。

3.冲洗液需要注意盐的饱和度，将盐加入泥浆后再加入氯化镁，通过采取岩层中心的溶化蚀化情况进行分析，不能保证岩芯呈现柱体时就是不饱和状态。在加入泥浆时需要循序渐进，等待泥浆冷却后再钻进。

封孔的时候将含有大量速凝剂的饱和泥浆作为主要封孔原料，同时配比适量的水泥，通过钻杆充填入孔内，这样形成的泥柱具有相对抗盐性，能够和原来的岩层较好地胶结，这样才能防止地下水渗入矿层。在确定好封孔的方量和原料后，将钻杆插入到钻孔的底部，将泥浆混合液慢慢导入，将孔口导入至孔口，交替完成后才可将钻具提出。这样可以保证矿芯的完整度，提高采取率，针对可溶性固体钾镁盐矿矿区来说这样的封孔技术可以将孔漏损失降到最低，可以让封孔达到无缝保障结构的效果。

四、结束语

在勘察可溶性固体钾镁盐矿矿床中钻探工艺是非常重要的，由于钾镁盐矿的地质特殊，其矿物岩层由于化学物理多样结合变化而变得十分复杂，矿层矿物质有一定的腐蚀溶解性，这样的结构导致了地下工作受其构造运动影响较大，因此在勘察此类矿床前，对于开采施工工艺方面需要有非常完善的计划，不仅要有坚实的理论基础更要结合当地的地质变化进行研究。需要在钻孔工艺、钻具设备上做严谨的核实工作，需要配备钻探施工中所需要的冲洗液等必备配置及相应措施。在获得这个矿区的详细资料后对钾镁盐矿的原状结构进行充分研究后方可施工。为了保护钾镁盐矿床不因钻探而遭受毁坏所以需要一个完善可靠的封孔方案来保障整个施工过程从始至终的安全系数。

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作者简介：朱培（1987-），男，助理工程师，大学本科，主要从事资源勘查、工程地质研究。

朱卫琴（1985-），女，助理工程师，大学本科，主要从事水文地质、工程地质研究。