摘要：我總隊(duì)在黑龍江省林口縣大盤道大理巖礦區(qū)，進(jìn)行的巖心鉆探中，根據(jù)該礦區(qū)地質(zhì)地層情況，巖性和巖石硬度，巖石的研磨性及完整程度，采用了多種巖芯鉆探工藝，取得了不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。通過對該礦區(qū)巖芯鉆探不同的鉆進(jìn)工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，為今后在不同的礦種進(jìn)行巖芯鉆探，達(dá)到最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，提高巖芯鉆探效率，降低巖芯鉆探成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，可供借鑒。
　　關(guān)鍵詞：巖芯鉆探工藝；巖芯鉆探效率；質(zhì)量和成本；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
　　一、黑龍江省林口縣大盤道大理巖礦區(qū)地質(zhì)概況
　　礦區(qū)地層
　　該礦區(qū)出露下元古界麻山群西麻山組及柳毛組和第四紀(jì)（Q4）松散堆積物。在下元古界麻山群西麻山組[Ptix]的主要巖性有：灰黑色云母片巖；紅柱云英片巖及二云石英片巖等。在柳毛組[Ptilm]主要巖性有：下部為透閃白云石大理巖和絹云石英片巖層等；中部為大理巖層等；上部為絹云石英片巖，大理巖層等。新生界第四系（Q4）全新統(tǒng)廣布于礦區(qū)。殘坡積層和沖積層，廣布于本區(qū)。有腐植土，褐色亞粘土，砂礫石，大理巖和絹云石英片巖碎石組成。
　　礦區(qū)常見的巖石類型
　　大理巖和硅質(zhì)大理巖；透閃白云大理巖；石英含量占5%---20%。巖石硬度為可鉆性Ⅴ級～Ⅶ級；中等研磨性。絹云石英片巖；石墨片巖；石英含量占30%---70%。巖石硬度為可鉆性Ⅷ級～Ⅹ級；強(qiáng)研磨性。云母石英片巖；花岡偉晶巖等；石英含量占70%以上。巖石硬度為可鉆性Ⅸ級～Ⅹ級；強(qiáng)研磨性。
　　二、巖芯鉆探鉆進(jìn)工藝的選擇
　　根據(jù)黑龍江省林口縣大盤道大理巖礦區(qū)各類巖石的特性，在四年的巖芯鉆探施工期內(nèi)，逐步采用了五種鉆進(jìn)工藝；基本滿足了該礦區(qū)地質(zhì)對巖芯鉆探的技術(shù)要求，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。有的鉆孔覆蓋層較厚，約52.91米，有的鉆孔地層巖石巖性變化頻繁，軟、硬互層。巖石硬度變化大，在Ⅲ級～Ⅹ級之間。有的鉆孔地層花崗巖脈侵入，造成大理巖礦體支離破碎，巖石的完整度差；給巖心鉆探施工增加了難度。因此，針對上述地層地質(zhì)條件，先后選擇的鉆進(jìn)工藝有：∮75毫米～∮150毫米大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝；∮56毫米小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝；TK—54型金剛石液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝；S59毫米繩索取芯鉆進(jìn)工藝；TK60S繩索取芯液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。
　　三、各種鉆進(jìn)工藝的性能及適用范圍
　　∮75毫米～∮150毫米大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝。這種鉆進(jìn)工藝適用于Ⅰ～Ⅵ級、部分Ⅶ級軟—中硬，弱研磨性地層；第四紀(jì)(Q4)覆蓋層。
　　∮56毫米小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝。這種鉆進(jìn)工藝適用于Ⅳ～Ⅻ級中硬—堅(jiān)硬，弱到中研磨性地層。其特點(diǎn)是：對于巖石硬度，適用范圍廣；在較完整地層，巖礦芯采取率高（90%以上），巖礦芯完整程度好。相對于大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝，鉆孔直徑較小，有利于鉆進(jìn)效率提高和鉆孔壁的穩(wěn)定。
　　TK—54型小口徑金剛石液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。這種鉆進(jìn)工藝適用于Ⅶ～Ⅻ級硬—堅(jiān)硬，弱到強(qiáng)研磨性地層。其特點(diǎn)是：對于硬度大、強(qiáng)研磨性地層，相對于56毫米小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝，鉆進(jìn)效率高。是克服堅(jiān)硬“打滑”巖層的一種有效的鉆進(jìn)工藝。同時(shí)又克服了鉆進(jìn)較破碎巖層的巖芯堵塞。提高了純鉆進(jìn)和回次進(jìn)尺時(shí)間。提高了純鉆率和鉆進(jìn)效率，降低了單位成本。
　　S59毫米繩索取芯鉆進(jìn)工藝。是在小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種鉆進(jìn)工藝。這種鉆進(jìn)工藝的特點(diǎn)是：在正常鉆進(jìn)情況下，可以不提鉆采取巖礦芯；提高了純鉆時(shí)間和減少了輔助時(shí)間。純鉆率可達(dá)35%～50%以上。有利于復(fù)雜地層和破碎地層的孔壁穩(wěn)定，減少孔內(nèi)事故。同時(shí)也減輕了工人的勞動強(qiáng)度。特別是在中、深度以上鉆孔（即：200米以上的鉆孔），更顯示出了它的優(yōu)越性。
　　TK60S繩索取芯液動沖擊回鉆鉆進(jìn)工藝。這種鉆進(jìn)工藝是在S59毫米繩索取芯鉆進(jìn)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其特點(diǎn)是：克服了S59毫米繩索取芯鉆進(jìn)工藝在堅(jiān)硬“打滑”巖層(巖石硬度可鉆性在Ⅸ級～Ⅻ級的地層)回次間隔時(shí)間短，小時(shí)效率低，單位成本高的弱點(diǎn)。是目前較為先進(jìn)的和理想的一種鉆進(jìn)工藝。特別是在中、深度以上鉆孔堅(jiān)硬“打滑”巖層鉆進(jìn)時(shí)，更顯示了這種鉆進(jìn)工藝的優(yōu)越性；具有廣闊的發(fā)展前景。
　　四、不同鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)效率、鉆孔質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)分析
　　（一）大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝
　　在黑龍江省林口縣大盤道大理巖礦區(qū)，第四系（Q4）覆蓋層廣布于該礦區(qū)，最厚達(dá)52.91米。有腐植土、褐色亞粘土、砂礫石、大理巖和絹云母石英片巖碎石組成。地層破碎、裂隙發(fā)育；孔壁不穩(wěn)定，坍塌掉塊現(xiàn)象嚴(yán)重。當(dāng)鉆進(jìn)到大理巖礦層時(shí)，脈巖侵入較多；巖層不完整；局部巖層巖石硬度較大。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度，在這類地層采用了大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝。施工中采用高固相（＞4%）、黏度較大的優(yōu)質(zhì)泥漿；在沖洗液漏失較嚴(yán)重地層，配以單層或多層不同級別套管輔助使用，較為順利地鉆進(jìn)這類地層。另一方面，在這類地層鉆進(jìn)，巖礦芯采取效率、鉆孔質(zhì)量和鉆進(jìn)效率受到影響。為了提高鉆進(jìn)效率（臺月效率）和保證鉆孔質(zhì)量（鉆孔質(zhì)量六大指標(biāo)），選擇與所鉆地層相適應(yīng)的鉆進(jìn)參數(shù)是關(guān)鍵。根據(jù)該礦區(qū)上述地層，所選用的鉆進(jìn)參數(shù)如表3—1：
　　大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)參數(shù)表3—1
　　                   　　
　　通過四年工期的鉆探施工，表3—1中的鉆進(jìn)參數(shù)，基本是合理的。臺月效率和鉆孔質(zhì)量逐年提高。施工期內(nèi)大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)臺月效率見圖3—1：
　　         
　　
　　
　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，平均臺月效率第一年為：158.75米/臺月；第二年為：182.15米/臺月；第三年為：246.10米/臺月；第四年為：286.24米/臺月。鉆孔質(zhì)量（六大質(zhì)量指標(biāo)）為：在該礦區(qū)共完成鉆孔27個(gè)；一級甲孔率為22.22%，一級乙孔率為40.74%，二級孔率為37.04%.綜上所述，臺月效率和鉆孔質(zhì)量偏低。主要原因：一是此種鉆進(jìn)工藝特性所致；二是受所鉆地層巖石巖性決定。硬質(zhì)合金（YG8）這種碎巖材料，受其硬度和強(qiáng)度所限，只能鉆進(jìn)Ⅶ級硬度以下的巖石。在第四紀(jì)復(fù)雜破碎地層鉆進(jìn)，鉆頭硬質(zhì)合金易磨損和崩刃；導(dǎo)致切削巖石速度降低、小時(shí)效率低；統(tǒng)計(jì)資料表明：最低平均小時(shí)效率為1.30米/小時(shí)；最高平均小時(shí)效率為2.93米/小時(shí)。進(jìn)而影響臺月效率。
　　大口徑硬質(zhì)合金鉆進(jìn)鉆孔質(zhì)量經(jīng)濟(jì)分析
　　鉆孔質(zhì)量偏低，一級甲孔率僅為22.22%。鉆孔六大質(zhì)量指標(biāo)之一，巖礦芯采取率；它是評價(jià)鉆孔質(zhì)量主要指標(biāo)；規(guī)程要求大于75%。在第四紀(jì)覆蓋層、地表破碎巖層和Ⅶ級以下巖層鉆進(jìn)時(shí)，一般采用無循環(huán)水干鉆或投卡料采取巖芯。由于機(jī)械振動和巖礦芯相互磨耗（磨耗比大），導(dǎo)致巖礦芯采取率常低于75%，達(dá)不到質(zhì)量要求。該礦區(qū)完成的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：四年工期累計(jì)完成鉆探工作量為2,480.07米；總費(fèi)用為355,727.00元；平均單位成本為143.43元；平均單位材料成本為39.62元。材料成本占單位成本27.62%（通常合理占比為20%～25%）。影響成本比率主要是研磨材料（硬質(zhì)合金鉆頭）和油燃料。在該礦區(qū)共使用了999個(gè)合金鉆頭；平均鉆頭成本為9.97元/米。平均鉆頭進(jìn)尺僅為2.48米/個(gè)，鉆頭使用壽命短。共消耗油燃料27.28噸；單位耗油成本為11.66元/米，單位進(jìn)尺油耗高。這種工藝鉆進(jìn)效率較低和材料消耗較高，導(dǎo)致單位鉆探成本高。
　　（二）∮56毫米小口徑鉆進(jìn)工藝
　　在該大理巖礦區(qū)的礦床腹部,B+C級儲量塊段，巖層較完整，中等研磨性；硬度為可鉆性Ⅴ～Ⅵ級。在鉆探范圍內(nèi)，厚度達(dá)264.51米。在這類地層鉆進(jìn)，采用56毫米小口徑金剛石鉆進(jìn)，巖礦芯采取路達(dá)90%以上。小時(shí)效率和臺月效率相對硬質(zhì)合金鉆進(jìn)較高。礦區(qū)的主要圍巖和脈巖為：石英片巖，硅化大理巖，花岡偉晶巖。巖石結(jié)構(gòu)致密，抗壓強(qiáng)度大，強(qiáng)研磨性；硬度為可鉆性Ⅹ級左右。在鉆探范圍內(nèi)，厚度達(dá)69.42米。小時(shí)效率和臺月效率相對很低。所選用的鉆進(jìn)參數(shù)如表3—2：
　　
　　
　　小口徑金剛石鉆進(jìn)參數(shù)表3—2
　                         　　
　　通過四年的∮56毫米小口徑金剛石鉆進(jìn)，所選擇的鉆進(jìn)參數(shù)是合理的。鉆孔質(zhì)量、鉆進(jìn)效率高于硬質(zhì)合金鉆進(jìn)。施工期內(nèi)小口徑金剛石鉆進(jìn)臺月效率見圖3—2：
　　                  
　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，平均臺月效率第一年為：378.45米/臺月；第二年為：398.66米/臺月；第三年為：421.96米/臺月；第四年為：468.76米/臺月。鉆孔質(zhì)量（六大質(zhì)量指標(biāo)）為：在該礦區(qū)共完成鉆孔27個(gè)。一級甲孔率為83.33%；一級乙孔率為16.67%。綜上所述，臺月效率和鉆孔質(zhì)量同比硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝，有著顯著提高。因小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝所采用的天然表鑲金剛石鉆頭，可鉆進(jìn)Ⅲ～Ⅶ級硬度、較完整地層。人造孕鑲金剛石鉆頭可鉆進(jìn)Ⅴ～Ⅺ級硬度的復(fù)雜地層。金剛石本身的研磨硬度是硬質(zhì)合金的六倍。所以在相同巖層條件下，單位時(shí)間內(nèi)切削巖石的速度比高出硬質(zhì)合金1—3倍。小時(shí)效率和臺月效率高于硬質(zhì)合金50%--200%以上。在該礦區(qū)石英片巖、硅化大理巖、花岡偉晶巖鉆進(jìn)中，因這類巖層堅(jiān)硬，可鉆性為Ⅸ～Ⅹ級；結(jié)構(gòu)致密，研磨性強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度大。鉆探上稱之為堅(jiān)硬“打滑層”。小時(shí)效率和臺月效率都是很低的。人造金剛石鉆頭鉆進(jìn)這類巖層時(shí)，發(fā)生“打滑”現(xiàn)象。單位時(shí)間內(nèi)切削速度很低；即：巖石的磨削量低。最低小時(shí)效率僅為0.09米/小時(shí)；最低臺月效率僅為15.62米/臺月。
　　∮56毫米小口徑金剛石鉆進(jìn)鉆孔質(zhì)量經(jīng)濟(jì)分析
　　鉆孔質(zhì)量有著顯著提高。一級甲孔率為83.33%；巖礦芯采取率均在90%以上。采用小口徑金剛石雙管單動鉆具，機(jī)械振動和巖礦芯磨耗程度較小；完整度較高。因此，鉆孔質(zhì)量主要取決于巖礦芯采取效率。該礦區(qū)完成的主要指標(biāo)為：四年工期累計(jì)完成鉆探工作量為3,137.85米；總費(fèi)用為：408,575.30元；平均單位成本為130.21元/米；平均單位材料成本為30.93元/米。材料成本占單位成本19.91%。同比硬質(zhì)合金鉆進(jìn)材料成本降低7.71%。影響成本比率主要是研磨材料（金剛石鉆頭）和油燃料的消耗。在該礦區(qū)共使用天雙表金剛石鉆頭21個(gè)；人雙孕金剛石鉆頭24個(gè)；平均鉆頭進(jìn)尺為69.73米/個(gè)；平均鉆頭成本為7.04元/米。共消耗油燃料為30.26噸；單位耗油成本為10.22元/米。同比硬質(zhì)合金鉆進(jìn)研磨材料和油燃料的消耗分別降低為29.39%和12.35%。鉆進(jìn)效率的提高是降低單位成本的主要原因。
　　（三）S59毫米繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝
　　在該礦區(qū)進(jìn)行了三年工期的繩索取芯金剛石鉆進(jìn)，所鉆巖石巖性同比小口徑金剛石鉆進(jìn)。影響鉆進(jìn)效率的主要原因之一是純鉆進(jìn)時(shí)間利用率；純鉆進(jìn)時(shí)間利用率的高低，直接影響著臺月效率。它的優(yōu)點(diǎn)是：在正常情況下，可以不提鉆取巖礦芯；相對減少了輔助時(shí)間，增加了純鉆時(shí)間；提高了純鉆時(shí)間利用率和臺月效率。上述兩種鉆進(jìn)工藝純鉆時(shí)間利用率在20%～30%；繩索取芯金剛石鉆進(jìn)工藝純鉆時(shí)間利用率在45%～55%以上。根據(jù)所鉆巖層和繩索取芯鉆進(jìn)工藝特點(diǎn)，所選鉆進(jìn)參數(shù)如表3—3：
　　繩索取芯鉆進(jìn)參數(shù)表3—3
　　             　　
　　（3）
　　通過三年工期的繩索取芯鉆進(jìn)，所選擇鉆進(jìn)參數(shù)是合理的。施工期內(nèi)繩索取芯鉆進(jìn)臺月效率見圖3—3：
　　
　　                     
　　
　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，第一年沒有進(jìn)行繩索取芯鉆進(jìn)；平均臺月效率第二年為：446.40米/臺月；第三年為：548.53米/臺月；第四年為：679.89米/臺月。臺月效率同比小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝提高了27.18%～31.05%。顯示出這種鉆進(jìn)工藝的優(yōu)越性。
　　S59毫米繩索去芯鉆進(jìn)工藝質(zhì)量經(jīng)濟(jì)分析
　　鉆孔質(zhì)量同比小口徑金剛石鉆進(jìn)的鉆孔還要高。在該礦區(qū)共完成鉆孔15個(gè)；一級甲孔率100%。其中巖礦芯采取率在95%以上；尤其在破碎、復(fù)雜不完整巖層，采芯率高；更顯示出其優(yōu)越性。巖礦芯采取率高，鉆孔質(zhì)量高。同時(shí)對孔壁有一定的護(hù)壁作用；可較好的防止復(fù)雜破碎巖層坍塌、掉塊，保證正常鉆進(jìn)，提高鉆孔質(zhì)量。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，三年工期累計(jì)完成鉆探工作量為：1,496.36米。總費(fèi)用為：180,740.00元；平均單位成本為120.79元/米；平均單位材料成本為29.46元/米。材料成本占單位成本24.39%。在該礦區(qū)使用繩索鉆頭20.5個(gè)；平均鉆頭進(jìn)尺為72.99米/個(gè)；平均鉆頭成本為6.99元/米；共計(jì)消耗油燃料為13.25噸；單位耗油成本為9.39元/米。同比小口徑金剛石鉆進(jìn)工藝研磨材料和油燃料的消耗分別降低為：0.71%和8.12%。
　　（四）TK—54型和TK60S型液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝
　　在黑龍江省林口縣大盤道大理巖礦區(qū)，圍巖和脈巖主要有：硅化大理巖；石英片巖；花崗偉晶巖等。這類巖石結(jié)構(gòu)致密，抗壓強(qiáng)度大。可鉆性Ⅹ級；強(qiáng)研磨性。用金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝鉆進(jìn)，小時(shí)效率和臺月效率很低。鉆探稱之為堅(jiān)硬“打滑層”。為了解決這個(gè)難題，先后試驗(yàn)了先進(jìn)的TK—54型和TK60S型兩種型號的液動沖擊器。目的是在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，增加液動沖擊力；改變金剛石鉆頭的碎巖方式。由靜壓回轉(zhuǎn)磨削碎巖改變?yōu)闆_擊靜壓回轉(zhuǎn)復(fù)合型體積碎巖。比較有效地克服金剛石鉆頭“打滑”現(xiàn)象；從而提高了小時(shí)效率和臺月效率。
　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝質(zhì)量經(jīng)濟(jì)分析
　　鉆孔質(zhì)量為，一級孔甲孔率100%。液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝是提高鉆孔質(zhì)量的有效手段。它的應(yīng)用，無論在普通巖層，還是在堅(jiān)硬“打滑”巖層，是一種廣譜的鉆進(jìn)工藝。在較破碎巖層，它可有效的防止巖芯堵塞，提高回次進(jìn)尺，提高純鉆率和巖心采取率；從而提高了鉆孔質(zhì)量。
　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，在該礦區(qū)共計(jì)完成4個(gè)鉆孔，累計(jì)完成鉆探工作量236.69米（Ⅸ～Ⅹ級巖層）；主要應(yīng)用在堅(jiān)硬“打滑”巖層段。應(yīng)用前，如上所述：平均小時(shí)效率為0.09米/小時(shí)；平均臺月效率為15.62米/臺月。應(yīng)用后，平均小時(shí)效率為0.55米/小時(shí)；平均臺月效率為93.72米/臺月。平均小時(shí)效率和平均臺月效率都提高了六倍。單位成本由3,517.50元/米，降低到586.50元/米。單位成本和單位材料成本降低5～6倍。
　　五、結(jié)論
　　綜上所述：在黑龍江省林口縣大盤道大理巖礦區(qū)四年工期巖芯鉆探中，在不同巖層采用了多種鉆進(jìn)工藝，取得了比較系統(tǒng)的技術(shù)、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)資料成果。從另一個(gè)角度講，這個(gè)礦區(qū)也是一個(gè)巖芯鉆探“試驗(yàn)場”，把當(dāng)時(shí)巖芯鉆探科研成果應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中；取得了比較系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；在今后巖芯鉆探工作中，可供參考借鑒。在Ⅰ～Ⅲ級軟地層，亦采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。在Ⅳ～Ⅶ級中硬—硬巖層亦采用金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。在Ⅶ～Ⅻ級硬—堅(jiān)硬巖層亦采用金剛石沖擊-回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。為今后在不同的礦區(qū)、礦種；不同的巖性，巖石的硬度，研磨性和地層的復(fù)雜程度；進(jìn)行巖芯鉆探，正確的選擇鉆進(jìn)工藝，提高鉆孔質(zhì)量和鉆進(jìn)效率，降低巖芯鉆探成本，使技術(shù)和經(jīng)濟(jì)有機(jī)地結(jié)合起來。不斷地進(jìn)行科技創(chuàng)新，把新技術(shù)、新成果應(yīng)用到巖芯鉆探中，取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
　　
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