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有关铁矿斜孔施工技术的研究

2020-05-26 180 上传者：管理员

摘要：以A矿区为例，分析了该工程铁矿斜孔施工技术运用中的具体情况，阐述了设计的钻孔结构，提出了设置的钻压参数、转速参数、合理泵量等。同时，在施工过程中要求进行泥浆净化，分析了斜孔施工过程中的关键性技术——准确测斜斜孔，保证钻塔、钻进同心安装，开孔破碎层取心，为铁矿斜孔施工技术在矿区中的运用提供了一定的参考。

关键词：
泥浆净化
矿产资源
钻压参数
钻孔结构
铁矿斜孔
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铁矿斜孔施工在铁矿寻找工程中使用率较高，在矿产建设施工中运用较为广泛，能够提升矿区的经济效益，同时实现良好的社会效益。铁矿斜孔施工技术运用过程中有一些特别事项需要注意，下面以A矿区为例进行相关介绍。

1、工程概况

该铁矿出露的主要地层为下元古界地层，主要表现为蓟县系花儿地组(Jxh)、长城系南白水河组(Chn)。地层特征为：a)铁矿最上面的地层为浅变质碎屑岩、海相碳酸盐岩等构成的蓟县系花儿地组上岩组，由多项岩性构成，分别是结晶灰岩夹少量砂质板岩、灰色微晶灰岩和变质砂岩等，为NE倾向，具有95°地层总体走向，具有高于50m的地层厚度，地层倾角为50°～70°[1]。b)中间一层岩性为蓟县系花儿地组中岩组，主要构成部分为少量碳酸盐岩、海相碎屑岩；含矿岩层表现为呈现黑红色磁铁矿钙质的板岩，为50°～70°倾向，具有95°地层倾角，高于1167m的地层厚度；下层岩性为长城系南白水河组(Chn)，主要由硅质条带灰岩夹钙质板岩、黑色中厚层细晶灰岩构成，为NNE倾向，具有95°地层总体走向，高于1167m的地层厚度[2]。

2、A矿区铁矿斜孔施工技术探讨

2.1钻孔结构

钻进有关工程设计的重要基础即是钻孔结构设计，指的是钻孔工作进行过程中从开孔至终孔之间的设计情况，由此能够分析出钻孔剖面中口径变化情况以及各个孔段的深度情况等。针对矿山建设过程中易坍塌地层和上部破碎地层，选用Φ108mm、Φ127mm、Φ89mm等多种口径的套管隔离，之后在作业过程中运用S77绳索继续钻进作业，直至终孔位置[3]。

在下套管的过程中，要及时采取多种有效的预防措施。在充分固定Φ127mm套管之后，应当使用黏泥、黏土球等充分封堵顶部周围位置，同时在作业过程中应当注意避免孔壁与套管外壁之间出现粉尘。将套管堵死增加了套管提拉的难度。在安装Φ108mm套管时，套管安装很关键，否则拔不动。如果Φ108mm套管大于10m，应当将红铅油涂抹于连接丝扣上，并拧紧缠棉线。在必要条件下，可以在连接位置处运用厚铁皮搭接点焊。在ZK4005号孔中经常运用这一操作方式，此法能够较为轻易地提拉停孔套管。

以聚丙烯酰胺封住套管下端位置，避免Φ108mm套管与Φ127mm套管之间有泥浆进入，降低泥浆漏失情况发生的概率。与Φ127mm套管相比，Φ108mm套管顶部位置高20cm，将两者下入之后再将Φ89mm套管下入。与Φ108mm套管的位置相比，Φ89mm套管顶部能够高出20cm。用胶皮板套住Φ89mm套管，使上返泥浆能够通过孔胶皮板流到地上从而流走。起拔套管时，如果使用套管用钻机难以拉动，则可利用千斤顶进行强拉，在停放数个小时之后再提出套管[4]。

2.2设置钻压参数

在钻压过程中，用W表示孕镶金刚石钻头钻压，具体计算公式如下，即：

式(1)中，W为孕镶金刚石钻头钻压，t;F为钻头实践工作唇面面积，cm2;Q为单位底唇面积允许压力，dN/cm2。

以Q表示坚硬岩石允许压力，则有Q=60～70dN/cm2；以F表示Φ95mm口径钻头工作唇面面积，则有F=38.71cm2；以Q表示中硬岩石允许压力，则有Q=40～50dN/cm2；以F表示Φ95mm口径钻头工作唇面面积，则有F=38.71cm2；以F表示Φ77mm口径钻头工作唇面面积，则有F=71cm2。

2.3设置转速参数

金刚石钻进的重要影响因素之一是转速，只有在较高转速下，才能实现绳索取心金刚石钻进作业。钻探设备与钻具强度共同决定着转速数值。在较高转速下，孔壁与孔内钻杆柱之间也产生了较大的磨损阻力，由此加重了孔内钻具振动的情况，使得金刚石钻头出现了更多的意外磨损，降低了钻进效率。孕镶金刚石钻头在作业过程中一般具有0.2mm左右较小的金刚石粒度，因此，其中的出刃量也较为微小。为了提升钻进效率，一般需要提升转速。在矿山作业过程中，一般采用0.2～3.0r/s的转速。以n表示转速，则有：Φ95n=402.08～603.11r/min，Φ77n=496.07～744.10r/min。

2.4设置合理的泵量

冲洗液是金刚石钻进过程中必不可少的组成部分，运用它能够有效减小孔内阻力，对钻具有良好的润滑效果。冲洗液的基本价值功用包括冷却、排粉、护壁等。

在计算金刚石钻进所需泵量的过程中，可以结合冲洗液上返速度，一般以Q1表示泵量，则有：

式(2)中，Q1为泵量，L/min;V为环空间隙上返流速，一般V≥0.5m/s;E为钻孔的环空面积，cm2。

套管口径为Φ95mm时，Q1为69.68～116.13L/min；套管口径为Φ77mm时，Q1为49.87～83.13L/min。

由此可知，在确定泵量的过程中，要充分结合钻进岩层性质、钻进时效、金刚石钻孔口径、钻进地层情况等因素综合考虑。

2.5泥浆净化

作业进行过程中，一般采用“已”字形形态，泥浆循环槽总长要求大于15m，在角处要求挖掘1个沉淀池，该池直径500mm、深度400mm。同时，为其设置1/100～1/80坡度，按照3m一个的距离设置挡板，沉淀池槽深250mm，槽宽250mm。针对工程设置多个沉淀池，原池体积为1m3。在每班中进行3次含砂量测量，在具有4%含砂量条件下进行换浆作业。表1为无固相冲洗液性能相关参数，表2为低固相泥浆性能相关参数。

表1无固相冲洗液性能相关参数

表2低固相泥浆性能相关参数

3、斜孔施工过程中的关键技术

3.1准确测斜斜孔

研究中选用KXP-2A型的测斜仪，产自上海昌吉地质仪器厂，每隔50m距离测量1次。经过测量，得出的结果如表3所示。从表3中能够看出方位角与钻孔倾角之间的测量误差均小于3°，施工质量符合工程中的相关质量要求。

3.2保证钻塔钻进同心安装

矿山相关工程作业过程中一般采用70°钻孔倾角，上下钻过程中不利于摘挂提引器的正常作业。工程进行过程中，为了减少工程作业人员，降低工程作业强度，可以使用根绳直接连提引器。在调平钻机之后，要求将桅杆钻塔调至70°倾斜角，并有效控制钻机支腿。通过对工程施工现场的准确测量、调试和固定，要求动力头、打捞矛、钻孔能够处于一条线上。

3.3开孔破碎层取心

回次进尺控制在0.5m左右，开孔时在第四系地层中采用干钻法钻进及取心，岩心采取率≥92%，Φ110mm口径钻进破碎层。工程作业时，要求将泵量控制在一定的范围内，并降低钻压，然后继续进行进尺作业，在0.5mm位置处停钻，提起岩心管取心。

表3该铁矿区斜孔测斜误差相关数值

4、结语

金属固体勘探中常见技术之一是斜孔钻探方式。如果地层中出现倾斜严重的现象，为了确保工程施工顺利进行，要求采用斜孔钻探的方式。该技术的运用能够有效提升勘探速度，减少工程施工费用，对提升矿产储量具有重要意义。

同时，采用该技术有效解决了直孔难以深入矿床禁区的问题，在矿山工程施工作业过程中具有较高的运用价值。

参考文献：

[1]郎绿原.复杂地质下超大直径钻孔桩二次成孔施工技术[J].桥梁建设,2018(3):100-104.

[2]曲秋扬,祝凌甫,张亮,等.扩孔作用与钻头偏移法在煤矿定向钻探中的应用[J].能源与环保,2017(11):175-178.

[3]刘香.探究深部水平位移量测技术在基坑开挖中的应用[J].工程建设与设计,2019(6):53-54.

[4]李伟琦.综采工作面通风防尘技术应用[J].能源与节能,2019(7):153-154.

郭俊文.铁矿斜孔施工技术探讨[J].能源与节能,2020(05):114-115+117.