摘要：针对金川矿床坑道钻探施工实际，对金川矿床坑道钻探施工方案进行研究，论述机械设备及安装、钻进工艺选择、钻探质量控制、孔内事故处理与预防与安全文明及现场处置方案等内容，希望能为类似矿床坑道钻探提供一些参考作用。

　　关键词：金川矿床；坑道钻探；施工方案

　　金川矿和金昌市区相距1.8km，区内有着较为便捷的交通，阿拉善边缘隆起(中朝地块西南侧)是矿区的分布所在，北部区域是块状内部区，南部区域是祁连褶皱系走廊过渡带，前寒武系地层在该区比较发育，构造特点为线状，并发育断裂。围岩蚀变和成矿紧密相关并且十分强烈，发育节理和片理，超基性岩体是含矿母岩，尤其以二辉橄榄岩最为突出，施工工作开展过程当中，容易发生坍塌、缩径现象，增加了施工难度。

　　1钻探硐室设计

　　结合项目设计，为达到施工要求，该工程运用XY-44钻机设备，并充分考虑钻探施工和设备具有的特点，设计坑道钻探硐室过程中，首先确保安装的钻探设备和钻机滑移位置足够，钻具长度和升降钻杆尽量要长，并确保操作场所空间足够。在与相同矿区硐室设计进行分析的前提下，根据6m*4.5m设置硐室工作面，高度控制为9m，仿地面对直斜两用钻塔形进行设计，转孔倾角最大可安装60°。硐室方向根据巷道开口进行设置，以便180°调整钻孔方位，硐室前后4m巷道进行加宽达到3m要求，以便钻具升降过程当中更好的摆放钻杆。

　　2机械设备及安装

　　2.1钻机、钻塔的选择

　　由于坑道施工条件方面的影响，同时钻孔设计深度通常为300m，而且都是一些水平孔或者30°~70°的斜孔，所以选择的钻机为XY-44型工程钻机，运用φ114mm套管或者现场加工导轨，利于搬迁。

　　2.2钻机安装

　　结合XY-44钻机底座情况运用钢筋以及水管设置一个架子来固定钻机，结合价值尺寸设置0.8m~1m的坑，在坑内放入架子，之后运用混凝土进行浇筑确保和坑道水平，之后在架子上固定钻机并将螺杆预留出。把导轨根据两根并排在一起将其焊好，一头在钻机底座进行固定，另一头在坑道顶壁进行固定，而且应当通过钻杆、套管在导轨当中焊好作为支撑杆，坑道侧壁固定于底部，有效提高塔的抗拉性，以免塔被拉弯，矿山电力并接入钻机，同时合理设置漏电保护器。

　　2.3其他钻探材料

　　BW150型泥浆泵1台，360V变压器1台，1m3搅拌机1台，TGZDS-01型振动筛1台，PQ114.5mm钻杆200m，HQ91.5mm钻杆600m，NQ71mm钻杆1000m，长城汽车1台，KXP-2B型测斜仪1台，11KW焊机1台，Φ114套管200m，Φ89套管600m，Φ71套管1000m。

　　3钻进工艺选择

　　3.1钻进方法

　　橄榄岩以及绿泥石化泥岩是矿区当中的主要地层特点，钻探施工过程当中主要运用金刚石钻头和复合片钻头，开口过程当中运用φ122mm金刚石钻头开展钻探施工工作，当钻入稳定地层之后，将套管(φ114mm)下入，当钻孔深度达到500m之后，运用金刚石钻头(φ100mm)进行钻进直至终孔。橄榄岩地层钻进过程中主要采用钻进方法为金刚石钻进法，选用尖齿金刚石钻头类型，5KN~10KN的钻压，300r/min的转速，60L/min~70L/min冲洗液量；泥岩地层钻进过程中主要采用复合片钻进法，选用刀头式复合片钻头类型，3KN~9KN的钻压，260r/min的转速，50L/min~70L/min冲洗液量。

　　3.2泥浆工艺

　　3.2.1冲洗液确定及配制

　　泥岩和橄榄岩矿区的主要地层，钻进施工工作开展过程当中，时常出现剥落以及缩径情况，所以钻探施工过程当中，需要对泥浆失水量严格的进行控制，增强泥浆矿化度，泥浆有着较高的性能要求。其配方主要为纯碱(0.6%)和铝土(4%)封堵防塌剂(1%)、煤系抑制剂(0.5%)护壁剂(0.5%)以及泥岩抑制剂(1%)。比重处于：1.03g/cm3~1.04g/cm3，粘度保持在22s~25s，8ml/30min~10ml/30min的失水量。

　　3.2.2冲洗液性能测试仪器

　　①密度测量过程当中运用比重称；②通过ph试纸测定ph值；③运用含砂量测定仪对含砂量进行测定；④通过漏斗粘度计测定漏斗粘度；⑤运用API滤失量测定仪完成API滤失量、泥皮厚度测定，并将被探索泥浆测试箱设置于现场，对以上泥浆指标进行测试。

　　3.2.3泥浆净化

　　泥岩地层钻进过程当中会引发造浆现象，施工工作开展过程当中细分散固相泥浆会出现较高的固相含量和较大的比重，出现虚厚的泥饼，引发黏附卡钻情况，对护臂周期带来不利影响。

　　将TGLW220-660离心机以及旋流除砂器(30目~60目)各一台与施工机台进行配置。泥浆从孔内循环返出，通过除砂器将其中较大颗粒的岩屑清除之后，再通过离心机实施净化，进化出的固相向废浆坑当中倒入，无害化处理的作用。

　　3.2.4小班泥浆性能控制

　　钻孔工作施工工作开展过程当中冲洗液发挥的作用相当重要，对获取岩矿心率有着重要的影响，同时还能控制与减少孔内事故的出现，还有利于提高生产效益。通过加强冲洗液管理工作，能够使冲洗液应用时长进一步延长，控制成本投入。具体实施过程当中：①各个小班设置专人对泥浆进行管理；②根据相关规定调整泥浆的比例。③认真测定每个小班泥浆性能，并科学调整。④内管打捞时都需要对循环槽进行清理。⑤合理搭设避雨棚避免泥浆循环系统遭受影响。⑥废弃泥浆需要避免其对环境造成污染，认真监管和清理。

　　3.3钻具组合

　　钻进井段一开孔段，采用的钻具组合为：φ122mm绳索取心钻头+φ122.5mm下扩孔器+φ117mm岩心管外管+φ122.5mm上扩孔器+φ117mm弹卡室+φ117mm短管+φ114.5mm绳索取心钻杆+φ89mm主动钻杆。二开孔段采用的钻具组合为：φ100mm绳索取心钻头+φ100.5mm下扩孔器+φ94mm岩心管外管+φ100mm上扩孔器+φ94mm弹卡室+φ91mm短管+φ91.5mm绳索取心钻杆+φ89mm主动钻杆。三开孔段采用的钻具组合为：φ77mm绳索取心钻头+φ77.5mm下扩孔器+φ74mm岩心管外管+φ77.5mm上扩孔器+φ74mm弹卡室+φ71mm短管+φ71mm绳索取心钻杆+φ89mm主动钻杆。四开孔段采用的钻具组合为：φ77mm绳索取心钻头+φ77.5mm下扩孔器+φ74mm岩心管外管+φ77.5mm上扩孔器+φ74mm弹卡室+φ71mm短管+φ71mm绳索取心钻杆+φ89mm主动钻杆。

　　4钻探质量控制

　　4.1保证岩心采取质量的措施

　　如何有效提高采取矿芯效率：

　　①结合转孔地质条件，岩矿层具有的机械物理性质，对取芯的器具和工艺准确的进行选择，并对钻进规程中企业类型做出科学选择。粉煤层以及破碎地层施工工作开展过程当中，运用半合管取心技术。②严格保管各种取心工具，应用之前认真的做好各项检查，每次应用之后，认真的给予清洗。并对绳索取芯内管总成认真详细地进行检查，对卡环和钻芯内径级配和单动、定位机构可靠性和单动定位机构可靠性，以免岩心出现堵塞或者出现打单管现象。③岩矿层取心较为困难时，应当对钻探施工的压力、转速还有泵量科学合理的予以控制。针对松散破碎层进行施工工作过程当中，需要对回次进尺时间及其长度科学合理的控制，而且要确保取心工具有效性。④无论哪种情况，钻进回次进尺长度，不可以超过岩心管的总长度。⑤对于矿层顶底板和重要Mi矿ne山en程eering的标志层，没有采出岩矿心时，应当专门的进行捞取，不可持续性的进行钻探施工，需要进行钻进时不应当大于0.5m。⑥退岩芯过程当中应当做到细心，不可过重的进行敲打或者挖等，以免引发人为破碎情况，还应当避免顺序颠倒。⑦泥岩地层采取率不高时，可以运用半合管钻具开展取心工作。

　　4.2降低孔深误差的措施

　　①应用的丈量工具必须要有着清晰而又准确的刻度，并时常的予以校正。②丈量机上余尺时应当对立轴回转及时停止，并确保基准点，保证读取准确性，认真记录。③运用钢卷尺对孔内下入钻具长度进行丈量，无论哪种情况，都不可进行估算。④对孔深进行校正，并对钻具长度进行丈量过程当中只可运用钢卷尺，并在各班报表上认真记录丈量结果。⑤不可运用超标的弯曲度高的钻具开展施工工作。⑥孔内事故处理过程当中，需要对孔深认真的进行鉴定。⑦严格根据设计要求对钻具进行丈量。

　　4.3保证封孔质量的措施

　　①严格根据地质设计相关方面的要求，对钻孔开展封孔工作。②而且封孔工作开展过程当中，应用的各种材料质量、数量都需要与设计要求标准相符合。③钻孔封闭过程当中还应当预先对地质人员提前通知进入现场，地质工作人员应当对应用的材料认真进行验收保证合格之后，再开展转孔封闭。

　　4.4孔斜控制的技术措施

　　①开孔工作实施之前必须要稳固的进行安装，在一条直线上设置立轴、天车和孔口，不可运用晃动的立轴导管。对开孔工作做好严格把关，并对开孔验收制度认真落到实处，开钻工作实施之前，由甲方项目组和乙方项目有关工作人员，到达现场认真查验，并验收签字，对开孔通知书进行下达，之后才可实施钻探施工。②施工工作开展过程当中，必须要确保稳定操作，科学合理的选择参数。③面对较浅的孔深，间隔50m对井斜开展一次测量，保证上部位置井斜较小。④钻探工作正常实施过程当中，通过单点测斜仪有效监控井身质量，每钻探施工100m，对井斜进行一次测量，倘若井斜超标，及时运用控制钻探压力以及吊打液动冲击器，实施解决工作。⑤配套应用与钻头外径相符合的取心钻具进行扩孔，孔壁和钻具间的环状空隙，保证钻具更加稳定，并对转速合理提高，避免过度消耗金刚石，或者出现过度磨损，引发断杆折断。⑥钻进开孔过程当中，运用的钻头必须要锋利，钻压应当按照钻头拉力的80%进行控制，并保证转速适宜性，科学控制泵量。⑦换径工作开展过程当中，运用外导向的钻具，长度应当在5m以上，首次钻探时小径岩心管应短；扩孔过程当中对内导向器合理运用，并对钻具长度合理增加。⑧间隔100m开展一次测斜，结合具体情况做出科学调整，以免出现较大孔斜。

　　4.5复杂地层的隔离

　　坍塌缩径情况在泥岩和橄榄岩地层比较多见，倘若钻孔较深时，需要较长施工时间，为防止通过治理暂时稳定的地层再次出现，运用的钻头一般为φ100mm，再下入制完整地层之后，再将套管(φ89mm)下入其中，隔离复杂的地层，之后再运用φ76mm钻头开展钻探施工，直至终孔，有必要的还可选择φ110mm钻头，并将套管(φ108mm)下入其中，之后再将φ89套管下入其中，然后运用φ76mm开展钻探施工直至终孔。

　　5孔内事故处理与预防

　　5.1防烧钻措施

　　①对于泵量以及泵压还有孔口返流等认真的进行观察，有异常情况时，及时将钻具顶出，认真全面的开展检查。②出现较高钻速，应当对泵量、钻压与转速科学合理的进行控制，有效增强泥浆性能，使其具备较好的排粉能力和排热速率。③孔内出现较大阻力过程当中，应当及时查找原因，并采取有效措施应对。④起下钻过程当中加强钻具检查，针对丝扣存在裂纹或者有严重磨损的及时进行更换。

　　5.2防打单管措施

　　①保证内管充分到位之后，再实施钻探施工工作，不到位时不可进行钻进。②投放内管过程当中，认真对定位弹卡板以及张簧开展性能检查，倘若张力不足，需要及时的进行更换。③内管投放过程当中，要保证外岩心管内不可有岩粉沉淀存在。④对内管单动轴承进行检查，保证其处于良好的性能状态。⑤确保弹卡板有效定位，张开过程中，两翼相较于弹卡挡头内径其最大间距应当超过1.5mm。

　　5.3防岩心脱落措施

　　①卡簧和卡簧座有着较为适当的间隙，相较于钻头内径，卡簧的自由内径需要保持在0.2mm~0.5mm。②钻具打捞以及提升时，避免对内管造成较强碰撞，同时也应当避免对转距造成碰撞。③对于硬岩石的完整地层钻探施工过程中，采心过程当中应当保证岩心有效切断，同时选择新的卡簧。

　　5.4防岩心堵塞措施

　　①破碎层钻探施工过程当中，不可以对钻具无故地进行提取，倒杆时也不能把钻具从孔底当中提离，正常开展钻探施工过程当中，也不可以对钻具上下进行活动，或者对相关的参数进行随意调整。②破碎层钻探施工过程当中运用侧喷式或者底喷式钻头，并按照1mm调整卡簧座和钻头台阶间隙。③保证卡簧和卡簧座有着良好的松紧度。

　　5.5防钻头拉槽事故

　　①粗粒石英砂岩地层容易发生拉槽现象，硬岩颗粒易剥离的地层钻探施工过程当中，需要对冲洗能力，泥浆粘度科学合理的提升，保证钻速适宜性，具体施工时不可以对钻具进行随意提动，或者实施压力调整和速度调整。②确保孔内清洁度，以免有保强聚晶和合金金属物调入时，直接运用金刚石钻头开展钻探施工工作。

　　5.6防跑钻事故

　　(1)确保夹持器能够更为灵活，并保持良好的卡瓦加持状态。②上扣蘑菇头过程中应当到位，以免带两扣就对钻具进行提拉。③对蘑菇头丝扣有无磨损问题全面的进行检查，有磨损情况出现时及时的予以更换。

　　5.7防断钻杆、脱管事故

　　①下钻与提钻过程当中，对钻杆丝扣磨损情况认真详细的进行检查，一旦有钻杆、管丝扣出现严重磨损或者裂纹情况，需要对钻杆及时的进行更换。②钻探施工过程当中，还必须要充分重视钻压改变，倘若泵压有明显下降出现时，反流仍处于正常情况，需要及时的进行钻进，并查找原因。③孔内有异常情况出现时，特别是泵压明显降低，然而返流仍处于正常水平，需要及时的停止钻探，并上钻进行检查。④钻杆发生折断之后，及时上钻进行处理，不可对内管进行打捞。⑤增加钻杆过程中，钻杆丝扣需要准确的上到位，而且不能混用其他厂家的钻杆。

　　5.8防岩粉埋钻或卡钻措施

　　①在高钻数下，应当对泥浆性能有效提高，并扩大泵量，对钻压以及转速合理的进行控制。②停钻之后对岩心进行打捞工作时，或者内管投放，都需要对冲孔时间合理延长。③孔内出现较多的岩粉，内管投放之前需要进行冲孔，再对内管进行投放。④孔内存在较多岩粉时，如果由于其他原因停泵时，需要将钻具从孔底提离5m以上。

　　5.9防孔斜措施

　　①在平整场地，安装设备以及开孔验收等各个环节过程当中都需要采取有效的措施进行控制，保证后续施工质量。②对孔内钻探施工状态有效改善，避免发生钻孔偏斜问题。

　　5.10防漏失措施

　　依照矿区实际情况和钻探施工情况进行分析，没有出现较大的漏失情况出现，由于该矿区地层条件相对稳定，针对有可能发生的一些微小型裂隙漏失，可运用轻型的浆液开展平衡状态施工，也可运用高粘度低比重聚丙烯酰氨类泥浆开展钻探施工。

　　5.11防涌水措施

　　矿山硐内施工过程当中深孔条件极易出现钻孔涌水问题，涌水量不大时，可以对泥浆比重合理的进行调整，来对井内涌水问题进行控制，倘若出现较大的涌水量，运用泥浆比重提高方法，难以得到合理控制时，可通过下套管形式对涌水进行隔离，之后再开展钻探施工工作。

　　6结语

　　金川矿区运用此项工艺技术手段，不仅使得钻探效率及其时间大幅提升，还有效控制了孔内事故的发生几率，对矿区钻探工作持续稳步发展起到了很大的促进作用。