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本文针对丁家林-太阳坪金矿区钻探施工中出现岩石坚硬、钻进困难、取芯率低等技术难题,对绳索取芯冲击钻进进行了应用研究。论文在研究丁家林-太阳坪金矿区地质条件、岩石性质以及矿区应用绳索取芯钻进存在问题的基础上,优选了钻探设备、施工方案、钻进参数和工艺过程,并在丁家林-太阳坪金矿区进行钻进试验,取得了较好的研究成果。
论文第一章提出了本文所研究的问题,阐述了绳索取芯钻进的国内外研究现状和发展趋势,指出了论文研究的主要内容和创新点。
论文第二章分析了丁家林-太阳坪金矿区的工程概况、工程地质和水文地质条件、矿区岩石物理力学性质。结合矿区岩性以绢云母石英千枚岩和石英复脉带为主的特点,对矿区岩石的密度和孔隙度、含水性和透水性、强度和硬度、弹性和塑性、研磨性等岩性进行分析研究。
论文第三章阐述了绳索取芯回转钻进工艺在丁家林-太阳坪金矿区的应用与存在主要问题。主要就绳索取芯回转钻进采用的钻进设备和钻进工艺参数进行介绍,对钻进中存在的主要问题进行了分析研究。为在矿区开展绳索取芯冲击回转钻进应用研究奠定了基础。
论文第四章重点是优选合理的绳索取芯冲击回转钻进设备和施工方案。针对丁家林-太阳坪金矿区的地质条件和岩性特点以及绳索取芯钻进在矿区应用存在的问题,在钻探设备优选方面,选择合理的钻具、钻杆、绳索取芯绞车、钻杆夹持器、提引器拧管机、取芯工具和测斜工具等;在优选钻进方案方面,对钻孔结构、钻进参数、钻进方法和封孔方法等进行了设计,选择了比较合理的钻探设备、方案、工艺和参数。
论文第五章主要是选择钻进参数和钻进工艺过程。通过分析研究,选择了比较合理的钻压、转速、泵量,确定了钻进工艺过程、冲洗液和操作规程,为现场钻进试验奠定了基础。
论文第六章主要是现场钻进试验情况。主要内容包括钻进准备、试验条件、试验过程、事故处理和试验结论等。在石英复脉带和绢云母千枚岩两种岩层中进行试验,得出如下结论:双作用式SS75C型绳索取芯和绳索取芯冲击回转两用钻具技术性能良好,使用调试方便,能满足液动冲击钻进要求,绳索取芯冲击回转钻进时效较绳索取芯钻进时效提高14-55%。冲击回转钻进改变了岩石的破碎方式,使岩石产生剪切破碎,同时岩石的剪切强度在冲击载荷作用下只相当于抗压强度的1/6~1/12,所以冲击回转钻进的时效较回转钻进有较大幅度的提高。随钻头胎体硬度减小,钻进时效增大。其原因是随钻头胎体硬度减小,有利于金刚石出露,提高破岩能力。但钻头胎体硬度的选择应同钻头的使用寿命进行综合考虑。随着冲洗液流量的增加,钻进时效相应增大。其原因是随冲洗液流量的增大,冲击器冲击功随之增大,有利于岩石产生剪切破碎。在条件允许的情况下应尽量增加输入孔内的冲洗液流量,以提高小时效率。根据试验结果,在石英复脉带中钻进时,钻头胎体硬度为HRc30~35较为合理,冲击器工作液流量在92~102L/min较为合理;在绢云母石英千枚岩层钻进时,钻头胎体硬度HRC35比较合理,冲击器工作液流量在92L/min较为合理;复合片钻头只适用于8级以下岩石钻进,其在绢云母石英千枚岩层钻进时可以获得最为理想的钻进时效。
论文第七章总结了绳索取芯冲击回转钻进应用研究的结论,并提出了建议。应用研究的结论是:绳索取芯冲击回转钻进通过优选合理的绳索取芯冲击回转钻探设备、施工方案和工艺参数,能明显提高矿区的钻进时效,降低钻探成本。同时,绳索取芯冲击回转钻进研究还存在着不足,建议今后进一步研究。
总之,本文依托丁家林一太阳坪金矿区工程钻探,结合矿区工程地质和水文地质条件、岩石物理力学性质及绳索取芯钻进在矿区应用情况,优选了绳索取芯冲击回转钻进的设备、方案、工艺和参数等,并在矿区进行现场钻进试验,取得了较好的研究成果。