沙厂铁矿钻探设计.docx
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沙厂铁矿钻探设计.docx
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沙厂铁矿钻探设计
北京首云铁矿沙厂铁矿区
铁山头向斜西翼220~-316米标高勘探工程
钻探施工组织设计
北京市地质工程设计研究院
二○○八年一月
北京首云铁矿沙厂铁矿区
铁山头向斜西翼220~-316米标高勘探工程
钻探施工组织设计
编写单位:
北京市地质工程设计研究院
经理:
彭有如
项目负责:
刘春生
编写:
刘春生李德来
单位负责:
齐如明
总工程师:
秦沛
提交单位:
北京市地质工程设计研究院
提交时间:
二○○八年一月
一、北京首云铁矿沙厂铁矿区概况和设计依据
(一)矿区的地理、地貌及交通
北京首云铁矿沙厂铁矿区位于北京市密云县城东90°方位,直距为16km,距北京市101km,行政区划隶属于巨各庄镇管辖(见图1)。
地理坐标:
东经:
117°01′54″,北纬:
40°22′51″,钻孔布置在铁山头向斜西翼,虽属丘陵地带,但起伏较大,区内有(北)京承(德)公路、密(云)兴(隆)公路、密(云)平(谷)公路通过矿区南部,(北)京承(德)铁路在矿区南部通过,支线均连接铁矿选矿厂,交通方便。
(二)矿区主要岩性
沙厂铁矿区出露地层主体为太古界沙厂单元片麻岩系,构成轴向近南北的一系列紧密褶皱构造。
南部小面积出露康各庄单元片麻岩系。
第四系松散沉积物多沿沟谷分布,坡积物亦较发育。
在查清矿区褶皱构造轮廓的基础上,依变质岩的岩性组合、混合岩化强度及含矿情况等因素,将其分为四层,初步建立了矿区地层层序(表2-1)。
沙厂铁矿区地层层序
表2-1
层位
代号
岩性特征
厚度(米)
D层
Ar—d
底部为斜长角闪岩、角闪岩、斜长角闪透辉岩(或斜长角闪透辉片麻岩),上部为辉石斜长片麻岩,黑云辉石斜长片麻岩,多暗色夹层,中下部夹薄层铁矿。
150米
(未见顶)
C层
Ar—c
底部为角闪斜长片麻岩(局部过渡为斜长角闪岩)厚度变化较大,中部以角闪辉石斜长片麻岩及辉石斜长片麻岩为主,夹铁矿(主矿层)铁矿附近常见黑云斜长片麻岩,石榴黑云斜长片麻岩,岩性变化较大。
上部以黑云辉石斜长片麻岩为主。
本层为矿区的主要含矿层。
180~300米
B层
Ar—b
黑云辉石斜长片麻岩及黑云斜长片麻岩夹辉石斜长片麻岩或以辉石斜长片麻岩为主(可相变为角闪辉石斜长片麻岩)顶部夹薄层铁矿。
180~230米
A层
Ar—a
混合岩化角闪斜长片麻岩及角闪辉石斜长片麻岩等,夹少量斜长角闪岩,角闪岩透镜体及条带。
200米
(未见底)
层位未定
Ar—X
仅见于矿区东南部的小庙沟断层以南。
岩性为角闪斜长片麻岩夹多量斜长角闪岩、角闪岩。
(※)表中所列地层厚度均为地表数据。
各层界线均有一定过渡性质,但尚属清晰。
在铁西背斜核部,因混合岩化作用影响,岩石剧烈改观,加之人工堆积的覆盖,使A、B层界线不太清楚。
C层为矿区主矿层的赋存层位。
主要分布于铁山头向斜两翼及转折端,平面上呈一向北突出的倒“V”字型,北部与斜长环斑化岗岩体呈侵入接触。
Ⅳ矿带向斜的核部及两翼亦由本层所组成。
矿区岩石可钻性较高,一般为7~8级,矿层达8~10级。
(三)矿区地质构造
本区变质地层及其中所夹铁矿层均受到强烈褶皱变形,组成一系列轴向近南北的向斜与背斜构造。
自东向西,纵贯南北的铁山头向斜、铁西背斜、四矿带向斜构成全区的构造骨架,区域豆各庄—北山下斜冲断层(F15)横穿矿区南部(小庙沟),将其以北的铁矿全部切断。
。
(四)钻孔布置及钻探工作量
本次勘探共布置钻孔15个钻孔,钻探工作量预计为5180m,钻孔均为斜孔,孔深230m~485m,每个孔的深度、钻孔倾角、设计剖面方向,见“地表钻孔设计一览表”。
地表钻孔设计一览表表5-1
勘探线号
钻孔编号
方位
钻孔倾角
(度)
设计孔深
(米)
施工顺序
备注
5
ZK501
89°56′
76
230
12
ZK502
89°56′
76
320
13
ZK503
269°56′
76
270
14
68巷道钻孔施工后
ZK504
269°56′
76
380
15
6
ZK601
90°02′
74
325
11
7
ZK701
269°53′
75
410
6
ZK702
269°53′
76
310
7
7′
ZK7′01
269°53′
76
450
8
ZK7′02
269°53′
77
360
9
ZK7′03
89°53′
78
230
10
68巷道钻孔施工后
8
ZK801
269°53′
79
485
1
8′
ZK8′01
269°53′
76
450
3
ZK8′02
269°53′
78
380
4
ZK8′03
89°53′
74
250
5
68巷道钻孔施工后
9
ZK901
103°
74
330
2
合计
(五)地质对钻探施工的要求
1、岩岩矿芯采取率
探矿孔的矿芯采取率包括顶、底板5米内的岩石不得低于75%,当矿芯采取率连续5米低于75%时,要查明原因采取补救措施,岩芯平均采取率不得低于65%。
2、钻孔弯曲度的测量
一般要求斜孔每50米测量一次顶角和方位角,钻孔顶角的最大弯曲每100米不得超过3°,钻孔方位角的最大偏斜每100米偏离勘探线不得大于5米,一般在孔深的浅孔段就要做好防斜工作,尽量保持钻孔平直。
3、孔中取出的岩矿芯,应自上而下地按次序排列,不得颠倒混淆,并及时整理、装箱、编号、不得丢失,要及时送进岩芯库取样和保存。
4、钻孔终孔后,采用水泥进行封孔,封孔后必须在孔口中心处设立水泥标志。
5、钻孔深度以穿过所要控制矿体的底板5米后可终止。
6、钻探施工设计、钻孔结构、钻进方法以及保证质量和提高钻进效率的措施等由探矿技术部门设计完成。
7、穿矿及终孔口径不小于ø56mm
二、钻探技术设计
(一)钻进方法及钻孔结构
根据地质要求和钻孔深度、地层情况以及我队现有的技术装备条件,本着高效低耗的原则,确定钻进的方法和结构如下:
根据地层情况,开孔为松散、破碎的风化石或第四系时,开孔采用ø91mm的单管合金钻进,若开孔就是矿层,采用ø91/ø73双动双管合金钻,必要时采用ø91mm生索取心金刚石钻进,以保证矿心采取率,穿过风化层下入ø89mm套管,然后根据钻孔结构用ø75mm和ø56金刚石绳索取心钻进至终孔,根据地层情况和孔深可采用两径成孔或三径成孔,钻孔结构见图1~2。
矿区内若开孔即为完整新鲜岩石,可采用ø91单管合金钻进0.5m以上后采用ø91单管金刚石钻进,孔深5~6m后根据钻孔结构,换75或ø56金刚石绳索取心钻进至终孔。
(二)钻探设备的选择
根据钻孔深度、钻孔口径、钻进方法,在力求效率高、设备重量轻,便于搬迁的准则下,选择钻探设备见表2。
钻探设备配套表
表2
设备名称
设备型号
数量
备注
钻机
XY-2
2台
打1备1
XU600-3
1台
深孔使用
XY-4
1台
深孔使用
泥浆泵
BW-150-D
3台
泥浆泵
BW200/40
1台
供水13KW
钻塔
木质三角塔
2付
HCX18
1付
HCX13.5
1付
绳索取芯交车
SJ-1000
3台
5.5KW
(三)钻探参数的选择:
根据钻进方法,钻头尺寸及设备性能选择钻进参数见表3
钻进参数选择表表3
钻进方法
钻进参数
备注
钻压(公斤)
转速(转/分)
泵量(升/分)
双动双管合金
ø91/76
800~1000
65~114
53~90
开孔时适当减小
单管合金
ø91
600~800
65~114
53~90
金钢石生索取心钻进
ø91
1000~1200
310~535
53~72
ø75
1000~1200
310~849
35~53
ø56
800~1000
535~1072
28~35
(四)冲洗液与护孔堵漏措施
根据地层情况,如果地层不漏可以用0.3~0.5%的皂化油乳化液钻进,以利于提高转速,防止钻具振动;微漏地层可以用PHP无固相冲洗液钻进,在使用PHP无固相冲洗液仍然漏失时,可以用低固相泥浆钻进,如果使用低固相泥浆也漏失,可以使用0.3~0.5%的皂化油乳化液顶漏钻进,并从孔口回灌皂化油乳化液,待漏失、破碎层穿过后下套管护孔堵漏,然后换径钻进。
各种冲洗液的配方和性能见表4。
配方
性能
人工
钠士
CMC
PHP
粘度
(秒)
密度
(吨/米)
失水量
(毫升/30分
含砂量%
PH值
低固相泥浆
3-5%
0.1-0.3%
100-150PPm
20-22
1.02-1.04
〈10
〈4%
7-8.5
无固相
0.3%
150-300PPm
18-20
1.005-1.007
〈20
〈4%
冲洗配方与性能表表4
(五)金钢石钻头的选择及合理使用
1、金钢石钻头的选择
根据沙厂矿区的岩石可钻性及物理机械性质,选择人造金刚石钻头胎体性能如下:
表5
地层
钻头参数
断层构造带
各种片麻岩、角闪岩等
磁铁石英岩、石英脉等
胎体硬度(HRC)
38~45
32~36
20~30
金刚石浓度(%)
100
75
75
金刚石粒度(目)
50/60—70/80
45/50—60/70
60/70—80/100
金刚石品级
SMD
SMD
SMD25
底唇面形状
园弧形
尖齿形
尖齿交错形
水口数(个)
8~10
6~8
6~8
2、金刚石钻头的使用
(1)钻头要排队使用,先作用外径大的,后使用外径小的。
(2)新钻头外径比旧钻头外径不得大于0.3mm,下入孔内时不能一下到底要在距孔0.5米开始扫孔到底,然后进行“初磨”初磨10分钟左右,然后采用正常参数钻进。
(3)坚持“五不扫”、“三必提”原则,即不用金刚石钻头扫孔,扫残留岩心,扫脱落岩心,扫掉块和扫落探头石;遇下钻受阻轻转无效,岩心堵塞,钻速骤降时必须提钻,防止损坏钻头。
(4)每次提钻应子细检查金刚石钻头的磨损情况,出现下列情况,不得再下入孔内;
①内外径尺寸较标准尺寸磨耗0.4mm以上的。
②金刚石出现墨化现象的。
③钻头出现明显偏磨的。
④胎体有明显裂纹、掉块、沟槽或严惩被冲蚀的。
⑤钻头体变形、丝扣损坏的。
⑥钻头水口和水槽水于标准尺寸的(内外水槽深度不得小于1.5mm水口高度不小于3mm)。
三、保证质量措施
(一)保证岩矿芯采取率的技术措施
(1)风化层在单管取芯困难的情况下,可以用ø91/ø76双动双管钻具取心,必要时采用ø91mm绳索取芯钻进,且控制回次进尺在1米以内,少打勤提。
(2)金刚石钻进时,回次进尺不能超过内管长度。
在破碎地层钻进时应限制回次进尺在0.4~0.5米,坚持遇堵则提的原则。
(3)孔内有脱落岩芯时,必须专程捞芯。
(4)使用绳索取芯钻具应注意事项:
①卡簧与钻头内径要合理配合,一般卡簧内径比钻头内径小0.2~0.3mm。
②每回次投放内管前要检查内管总成的单动机构,保持内管单动性能良好。
③弹卡动作要灵活,卡簧座与钻头胎体内台阶保持3~5mm间隙,保证投入内管能准确到位,防止打单管现象。
(二)防斜措施
(1)开钻前必须对设备的安装质量进行严格的检查和验收,钻机安装要水平、周整,底座固定牢固,孔口立轴、天车必须在一条直线上,立轴不准有旷动,立轴顶角误差不得超过20分。
(2)开孔钻进时,要选用锋利的合金钻头,主动钻杆不得有偏摆,转速要低,压力要均匀,并应随钻孔加深而逐步加长岩心管,正常钻进的粗径钻具不得短于6米,而且要笔直。
(3)钻进过程中,当地层由软变硬时,应采用慢速低压钻进。
(4)每50米测斜一次,发现超斜(3°/100m)要及时纠斜。
四、安全技术措施
1、严格执行岩心钻探规程及对有关管理制度和设计要求,防止人身、机械、孔内、钻探质量等方面的故事发生。
2、做好雨季施工安全工作,钻塔安装避雷针。
其接地电阻不大于15欧,
机场周围应挖排水沟,所修地盘填方不得超过1/4,较陡山坡地盘外沿要垒坚固坝墙,洪水季节应避开在沟底施工。
3、安全设施必须齐全好用,进场房必须戴好安全帽,上塔要系安全带,照明用电必须是36伏低压电源。
4、钻塔绷绳安装要合理,处理事故需要强力起拔时,要对钻塔各连接部位、钻机底座及升降系统进行严格的检查。
防止在处理孔内事故的同时出现其它事故。
5、采场施工要注意采矿爆破,进采场应与采矿部门取得联系,采场爆破前,接到爆破通知后,施工人员要及时躲避到安全的地方,以防止爆破造成人身伤亡。
五、技术经济指标的确定及施工进度安排
(一)技术经济指标的确定
参照以往我队施工的各项指标,结合今年地层岩石可钻性情况、工人技术熟练情况,确定技术经济指标如下:
工作量(米)
台月数
台月效率
(米/台月)
小时效率(米/小时)
纯钻时间利用(%)
5180
8046
612
1.7
50
台月数需要8.46个,月平均开动台月数按0.85计算,则需要钻月数10个,钻月效率均为518米/钻月。
(二)施工进度安排
根据目前的进展情况,2月出可以上钻,一台钻机施工需要11个月的时间,完工时间为明年一月,因甲方要求工期较紧,钻探工作应在5月底完成,故需开动三个机台同时施工,5月底完工,各月完成工作量见施工进度计划表
施工进度计划表
月份
2月
3月
4月
5月
合计
工作量(m)
518
1554
1554
1554
5180
六、劳动组织
为了按时完成钻探施工任务,组织三个机台人员和一个安装队人员筹建成一个工区,人员组织如下:
工区主任:
1人
工区副主任:
1人
机长:
2人
钻工:
36人(三个机台)
安装工:
8人
伙房:
2人
共计:
50人
七、主要材料计划(见附表)
(一)钻具及管材
序号
名称
规格
数量
单位
备注
1
绳索取芯、钻具
S91
3
套
包括内外管总长
Js75S
4
套
sc56
4
套
2
绳索取芯、打捞器
Js75D
4
套
sc56D
4
套
S91D
3
套
3
双动双管钻具
ø91/ø73
3
套
4
单管合金钻具
ø91
3
套
5
钻杆
ø71
600
米
绳索取心钻杆
ø53
1200
米
绳索取心钻杆
ø88
100
米
绳索取心钻杆
6
套管
ø89
50
米
ø73
200
米
7
主动钻杆
ø65×55
4
根
8
岩心管接头
ø91
6
个
9
岩心管
ø89
3
套
0.5m、1m、2m、4m、6m
10
水管
2寸
3000
米
根据需要增减
(二)钻头及扩孔器
序号
名称
规格
数量
单位
备注
1
合金钻头
ø91
40
个
2
绳索取芯金刚石钻头
ø91
6
个
ø75
20
个
50m/个
ø56
70
个
50m/个
3
金刚石扩孔器
ø75.5
14
个
ø56.5
40
个
ø91.5
6
个
(三)探工具
序号
名称
规格
数量
单位
备注
1
手搓式提引器
JS75T
4
个
SC56T
4
个
S91T
4
个
2
提引器
ø65
2
个
3
钻杆夹持器
JS75K
3
个
SC56K
3
个
S90K
3
个
4
卡簧座板手
JS75G
3
把
SC56G
3
把
S91G
3
把
5
套管夹板
ø89
2
付
ø73
2
付
6
垫叉
ø50
3
个
7
水笼头
SG-Ⅱ
4
个
8
自由钳
ø127/ø108
6
把
9
自由钳
ø89/ø73
6
把
10
自由钳
ø71ø73
6
把
11
自由钳
ø57/ø54
6
把
12
内管自由钳
Sc56
6
把
(四)液及封孔材料
序号
名程
规格
数量
单位
备注
1
粘土
人工钠士
10
吨
2
PHP
水解度30%
800
公斤
3
CMC
500
公斤
4
皂化油
3
吨
5
水泥
P0.22.5
16
吨
(五)其它材料
序号
名称
规格
数量
单位
备注
1
岩芯箱
750×550×60
900
个
随用随做
2
机台木
220×220×5000
24
根
3
机台木
250×250×2000
6
根
4
水泥桩
100×100×400
15
根
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