浅论深部探矿设备与施工技术.pdf

油 田、矿山、电力设备管理与技术 翁克胜 安 徽省 地质 矿产勘 查局3 1 1 地质 队 安 徽安 庆 2 4 6 0 0 3 摘要 本文针对我国深部探矿设备、 施工技术现状论 述了 其咔 r 应注意的事项和配套的施工技术。 关键词 复杂地层 钻探技术 封孔技术 1 ． 深部探矿 的概念 随着时代和科学技术的发展， 反国家经济实力的提高， 深部探矿 应直把它作为一个相对的概念。 2 0 世纪所从事的基本为浅部探 近年随着国家经济实力的增强溃源量不足， 深部找矿与探矿历史性地 落在新一代地质工作者的肩上。 根据矿种的不同， 所要求的钻孔 井 深度亦不同。 根据有关资 料介绍， 孔深标准划分一般是 浅 L 0 - 3 0 0 m， 中浅 L 3 0 0 6 0 0 m， 中深 6 0 0 - q 2 0 0 m，深孔1 2 o o 一 2 5 O 0 I I l ， 特深孔大2 5 o 0 m 注按照2 0 1 0 年1 2 月 3 1 1 5 1 实施的地质岩 钻探规程D Z ／ T 0 2 2 7 - 2 0 1 0 , T L 深标准划分有些调整 。 用 旋转钻机施工深6 0 0 0 m 以上， 用岩J 钻机施工深3 0 0 0 m以上的钻孔， 统 称为超深孔。 我国到目 前为止，油气勘探数千米的钻孔 井 已很普遍， 而 金属矿机械岩J 钻探彳 艮 少见到2 5 0 Q m的钻孔。 2 ． 深部探矿设备 2 ． 1 国内深部探矿设备现状 ， 由于历史原因， 2 0 世纪五六十年代，我国主要以引进或仿造苏联的 钻机为主， 后来研制成功X U l o o o 钻机，现称XY - 4 型钻机， 即千米钻 机’ 所以以前很少有超过1 0 o o n 1 的钻孔。 当前在地质勘查中I仍以X Y - 2 、 4 型为主， 或其它同类钻机；部x v - 5 型、 个 tJ XY - 6 型和数量有限的进口 钻机。 X Y - 2 、 4 、 5 型钻探设备是用于浅部矿体的。 2 ． 2深部探矿设备的选型 用于金属矿山或非金属矿山的深部探矿 采用金刚石机械岩心 钻探技术， 钻孔终孔口径不小于5 9 mm， 设备在设计孔深范围内可正 常工作， 中途不可再考虑更换设备’ 并考虑深部探矿的探索性， 即设计 钻孔加深的可能性。 若想立足于国产设备， 须按照地质设计钻孔的孔深范围进行定 位， 以免在钻孔施工到一定深度卮 造成不必要的被动。 实际钻孔深度 有把握不超过1 3 0 0 ml , n-ff选用XY - 5 型钻机及配套设备。 实际钻孔深 度有把握不超过1 7 0 0 m时可 选XY - 6 型钻机及配套设备。 钻孔深度设 计超过1 7 0 0 m， 至2 5 0 0 m的范围内，当前应考虑选用XY - 6 B 型、 XY - 8 型 或进口设备。 本应选用的XY - 7 型或XY - 8 型钻机， 因XY - 7 型无厂家投 放市场， 2 ． 3 设备选型中考虑的原则 一 般原则。 1 按钻孔设计 目 的、 口 径、 深度、 角度、 取心要求， 确 定钻机的类型， 然后选择与其配套的钻塔、 泥浆泵、 动力机等。 2 尽 量选择重心较低， 变速范围较宽， 立轴行程较大的钻机。 3 尽量采用 电力驱动，并备有发电机组 4 是否属定型设备 是否符合国家标准 或行业标准 当前实际在生产中的使用情况。 5 系统总成、 部件， 和同 类厂家生产的设备是否有互换性 6 考虑进 口 设各需事先进行调研， 国内近年已进 13 了不少钻深在2 0 0 0 m2 右的深部探矿钻机及配套设 备a 2 ．4 其它配套设备 除钻机之外， 还需要配套的钻塔、 泥浆泵和其它附属深部探矿 设备， 应一并考虑设备的配套、 选型问题。 3 ． 深孔的施工设计与主要施工技术 3 ． 1 矿区设计与钻孔设计 深部探矿投入费用高， 要保证孔孔成功， 必须有一套完整的施工 技术方案， 即按矿区、 钻孔编制 施工组织设计。 3 ． 2 主要钻孔结构 钻孔结构主要根据 钻孔用途、 钻孔深度、 地层复杂程度、 终孔 口径而设计。 既要在地层条件允许的情况下简化钻孔结构， 又要确保 钻孔安全， 不盲目追求泥浆护壁减少必要的套管护壁， 避免造成无法 2 6 2 C h i n a S c i e n c e T e c h n o l o g y O v e r v i e w 施工的局面。 3 ． 3 单一地层的钻孔结构 单一地层， 即指岩石相对比较完整，可一直采用清水加润滑剂作 冲洗液的地层。 设计孔深2 0 0 0 m2 右，终孔口径可选择7 5 mm。 开孔直 径根据上部地层情况， 大l 2 级即可。 3 ． 4 复杂地层的钻孔结构 复杂地层， 即指岩石比较破碎，节理、 裂隙发 必须采用泥浆作 冲洗液的地层。 设计孔深2 0 0 0 m／ E 右， 终孔口径应选择7 5 5 9 mm。 开 L l l 0 mm，穿过覆盖层] - 入1 0 8 ram的套管。 改为9 1 mm钻进l O 0 4 0 0 m， 下人8 9 ra m的套管作为技术套管再以7 5 mm的绳索取心钻进至终孔。 当钻孔到一定深度后， 效率明显下降； 或中途反复采取护孔措施效果 不好；或孔内事故难以处理。 及N- ff A7 3 mm的套管 改为5 9 mm的绳索 取心钻进至终孔 地质设计部门允许时 。 4 ． 评估矿区地层的条件． 选择钻具． 钻头 深部探矿有前景的矿区， 多数矿区处在地层破碎、 节理裂隙发 育、 构造带频繁出现的复杂地 层中。 如 安徽泥河铁 该矿 区地层岩石呈中硬一 坚硬，岩石可钻性级 别为6 - 8 级， 部分1 0 级 ， 岩石研磨性呈中等一 强研磨性。 主要为块状构 造致密、 细粒硅化的凝灰岩和次生石英 岩，岩石硬、 脆、 碎， 造成钻进 慢、 取芯难、 提钻频繁， 影响钻孔的稳定性。 金刚石钻头消耗量大， 有 的钻头仅施Ti m不到就被磨平或打滑不进尺， 次生石英岩一般又富 含地] 水，该层厚度几十米到 门 剧 e 不等， 且位于地层不同深度， 施工中 涌、 漏水现象频繁，严重影响机台使用的冲洗液。 根据以上的分析， 泥河矿区粗径钻具选择的长度一般在6 m 力 口 上取粉管共计总长8 9 m， 并配双扶正接手， 必要时配加重扶正器长约 1 0 1 5 m。 泥河矿区地层岩石呈中硬一 坚硬，岩石可钻性级 J 6 8 级， 部分 1 0 级， 岩石的研磨性呈中等一 强研磨性， 岩石组成的颗粒有粗、 细粒且 含砾， 可选用金刚石钻头。 金刚石钻进必须一定的线速度， 方可显示 出其效率。 5 ． 钻探过程中各项技术与措施 5 ． 1 防斜技术措施 严格执行开孔的验收制度， 钻塔安装必须水平、 稳固， 三点成一 线。 打破过去开孔使用 ‘ ‘， j 、 压力低转数” 的传统观念改为 “ ， J 、 压力适 当转数” 开孔， 因为转数偏高短钻具的离心力反而小。 开孔必须使用上下卡盘， 确保粗径钻具 的平稳性， 主动钻杆选择 要直且尽可能短一些并设两个对称的拉偏轮， 严控主动钻杆的晃动 范围； 开孔使用的粗径钻具长度必须与钻孔同深度进行施工， 最终钻 具长度达 到5 9 m 为宜。 根据地 层情况尽可能减少换径次数， 精简钻 孔结构。 5 ． 2 堵漏、 封孔技术 部分钻孔施工中会发生全漏， 有的大量涌水。 可以在矿区钻探施 工处用化学泥浆堵漏、 高分子泥浆堵漏， 以及8 O 1 和8 0 3 堵漏剂， 还采 用以下几种方法进行堵漏 1 套管隔离法 采用扩孔下套管的方法隔离水路， 进行护壁堵 漏。 2 采用水泥浆 砂浆 堵漏。 其配方为 l 水 水泥 减水剂NNO 三 乙醇胺 NA C1 5 5 1 0 0 3 0 ． 0 3 ％ 0 ． 5 ％。 2 h 粉细砂 水泥 减水剂 N N O． 三乙醇胺 N a C I 6 0 4 0 1 0 0 3 0 ． 0 3 ％ 0 ． 5 ％。 P S 在配方1 和2 中还可以根据地层情况添加一些惰性材料如细 锯末或玻璃纤维等。 有些矿区采用传统式封孔方法会造成封孔段不均匀以及水泥封 孔不到位， 水泥浆上行等质量事故。 更糟糕的是，有时造成卡、 埋、 粘、 o O o下转2 6 3 页 油田、矿山、电力设备管理与技术 魏毅 张冶 丹东辽 东有 色金属分析测试中心 辽宁丹 东 1 l 8 o 0 8 摘要 火法试金是元素分解和富集的最有产效方法， 它在元素测定中 占有重要地位。 关键词 灼烧 脱杂 灰吹 试料经过配料、熔融 ，物料中砷化物硫化物含碳物质通过焙 烧处理，在破坏 了原矿物的形态 ，使物料 中砷、硫、碳含量各异 的样品分解 ，成为氧化性基本相 同的中性氧化物 矿 。通过灰 吹使金、银与铅扣分离 ，得到金、银合粒 ，合粒经硝酸分金后 ， 用称量法测定金量。 1 ．仪器 设备 1 试金坩埚 材质耐火粘土 2 骨灰皿或镁砂灰皿 ； 金试管f 4 天平感量0 ． 0 l in g 5 熔融电炉和灰吹电炉。 品送 国家黄金管理局测试 中心外验 ，对照结果如下表 分析成分 原编号 试样名称 测试 中心 本方法 A1 1 8 2 金精矿 7 1 ．4 7 1 ．0 A 1 3 O 一2 金精矿 7 5 ． 8 7 5 ．O A1 4 2 2 金精矿 8 1 ．2 8 1 ． 0 A 1 6 2 2 金精矿 7 5 ． 0 7 5 ． 5 N G一一2 金精矿 5 6 ． 6 5 9 ． 8 3 分 5 、结语 2 、分析步骤 1 配料 以3 0 克试样计 ，熔剂大致组成为 碳酸钠4 5 克， 化铅4 5 克，硼砂2 O 克，硝酸银2 0 mg ，麦粉4 克，S i 0 2 2 0 g 通过几年的生产实践 ，我们认为灼烧 、脱杂、试金模式化 调料火法试金在针对砷、硫、碳变化较大物料分析中，是简便、 岳 可行、可靠的分析方法。把复杂的试金调料过程变得模式化 ，从 ’ 而提高了火法试金的成功率和工作效率。 2 熔融 将调好 的配料混匀后 ，放入4 0 0 ml 粘土坩埚 中， 复盖5 0 克氯化钠，将坩埚送入8 0 0 “ 2 的试金电炉内，熔融1 ． 5 小时 后 ，继续升温至1 l O O X 2 时，保持 1 O 分钟出炉 ，迅速将熔融物倒入 干燥的铁模中，取出铅扣锤成方形 ，进行灰吹。熔融过程 中，物 料 中毒砂在 中性气氛中加热 ，可按下式分解 4 F e As S A s 4 4 F e S 生成的A s 元素快速挥发，此时若在氧化氛围中于4 5 0 X 2 左右时发生 强烈氧化反应，砷呈As 2 o 3 形态脱除2 F e A s S 5 0 2 F e 2 O3 2 S O 2 如果氧化气氛太强 ，As O ， 将被氧化为As O 并生成稳定的砷 酸盐 如砷酸铁F e A s 0 4 而被固定在焙砂中，提高了焙砂中砷的 含量。 物料中的黄铁矿于较低温度就开始着火氧化以S O 、S O ， 形态 挥发掉。 物料中的碳在氧化过程中燃烧而被除去。 3 灰吹 将试金铅扣放入已在9 o 0 ℃炉中预热3 0 分钟后的灰 皿中 ，关闭炉门，待熔铅脱膜后 ，半开炉门，并控制炉温8 5 0 “C 进 行灰吹，至接近灰吹终点时升炉温至9 0 0 ℃， 使铅全部吹尽 ，取出 灰皿冷却。 4 分金 用小镊子将合粒从灰皿中取出，在小钢砧上锤成0 ． 2 ～ O ． 3 mm薄片 ，待合金薄片放入分金试管中，加入l O ml 微沸的 1 7 硝酸在水浴上加热，将合粒与酸反应停止后，取出试管倾 出酸液 ，再加入微沸 1 2 硝酸1 0 ml ，再于沸水浴上加热2 0 分 钟。取出分金试管 ，倾出酸液。用蒸馏水洗净金粒后，移入瓷坩 埚中，于6 0 0 “C高温炉中灼烧2 ～3 分钟，冷却后 ，将金粒放在试金 天平上称量 ，并计算出结果。 3 ．注意事项 1 灼烧样品时，炉门不要大开，在5 0 O ℃时恒温3 O 分钟，待 冷却后进行调料 。 2 铅扣一定锤成方形，为了使金、银聚合。 4 允许差 实验室之间分析结果的差值不大于下表所列允许差。 金含量 允许差 4 0 0～60． O 2． 7 6 0． 0～8O ． 0 30 800～1 0 00 3 ． 5 1 O 0～ 1 5 0 4． 0 1 5 0～ 2 5 0 5 ． 0 2 50～3 5 o 6 ． 0 3 5 0-4 5 0 7 ． 0 辽宁丹东青城子小佟家堡子金矿床 ，金精矿的品位变化较 大 ，使用上述方法试金取得 了令人满意的结果。2 0 0 1 年将卖矿样 参考文献 [ 1 1 金银技术监督手册 冶金工业出 版社． o o o上接2 6 2 页 吸钻杆的现象， 造成人力、 物力、 财力的巨大浪费，且延误施工工期。 为此， 经广大探矿技术人员的努力探索， 在传统式封孔方法的基 础上，研制出一种新的封孔理论、 施工工艺及方法。 其方法为 l 泵压- 体积相等重力相对平衡封孔注浆法； 2 导管- 重力平衡封孔注浆法； 3 泵 压一 不平衡封孔注浆法。 采用上述三种方法在出现以上问题的矿区终 孔封孔、 超径封闭、 堵漏封闭中应用， 可取得显著效果， 封孔位置准确， 水泥芯质量好成功率为1 O 0 ％。 5 ．3转速 在设备、 钻具等条件允许- F , g．- I 能开动高转速。 提高转速的钻 进效果， 我们知道，金刚石钻进钻头体中的金刚石颗粒出刃小， 主要是 靠获得高转速加速破岩 从而提高钻进效率。 同 钻孔的孔斜率大小 与钻进压力有关， 压力过大造成钻具杆弯曲过大即偏斜力增大， 从而 使钻孔的弯曲率增大， 进而造成钻杆断裂、 钻进阻力大， 钻进效率低等 后果。 5 ． 4 提高钻进坚硬岩石地层的方法 岩石坚硬， 可钻性级别为9 - 1 0 级的， 可以选择金刚石钻头胎体 HR C I Q ， 为了尽快突破穿过硬岩地层， 确保钻孔安全。 可以采用投硬 质石子干磨金刚石钻头胎体， 迫使金刚石钻头出刃。 具体方法为 将硬岩石砸成8 1 2 mm左右的石子， 选 1 5 - 2 0 粒， 分粒投入绳索取 芯钻杆内沉入孔底。 用转速1 5 2 - 2 1 7 r ／ mi n ， 压力 3 0 0 - 5 0 0 k g ,磨1 5 mi n 后 中途应间隔停钻多次， 上下活动钻具 ， 然后 投入内管进行正常钻进，其效果尚可。 试验证明 投入硬质石子研磨金刚石钻头胎体迫使胎体中的金 刚石充分出刃， 对钻进坚硬岩石地层有所突破， 其工艺方法行之有效， 能提高钻进效率。 6 ． 结语 开展深部找矿是地质找矿工作的重点， 在深部找矿过程中， 除了 运用地、 物、 化、 遥等新理论、 新技术外 还必须使用钻探技术， 以证实 推断和探测的正确性。 参考文献 [ 1 】 姜同 胡章雄，翁克胜，王大蓖吴志强安徽泥河铁矿 复杂地层岩芯钻探施工 工艺 西部探矿工程， 2 0 1 1 ．4 圆刘宝林周内 外深部钻探技术现状与 发展趋势全国 深部钻探技术培训讲义 【 3 ] 陈 师逊深孔钻探施工经验介绍 全国深部钻探技术培训讲池 C h i n a S c i e n c e T e c h n o l o g y O v e r v i e w 2 6 3