1 前言

普通金刚石绳索取心钻进工艺因为避免了提钻具取心，大大缩短了提取岩心时间，而且减轻了提取钻具对孔壁的破坏，钻进效率高、劳动强度低等优点，在中等硬度的岩石中钻进时，效果显著。但是，在钻遇硬岩、超硬岩时，遇到破碎地层时，往往效率不高，回次进尺少，绳索取心优势不明显，甚至引起孔内事故的发生。

安徽省南陵县桂花冲矿区、金子圩矿区等多金属矿区地层复杂，特别是金子圩矿区花岗岩石层厚，岩矿石硬、脆、碎、研磨性弱，钻探施工每班进尺小于0.5m，每个班都要提大钻换钻头，辅助时间长，孔内事故多，钻探设备损坏严重，施工质量难以保证等；地层因素严重影响了钻进速度和钻孔质量。地层岩心见下图1。

图1 金子圩矿区花岗岩岩心照片

针对硬、脆、碎地层特点，根据山东省地矿局绳索取心液动锤冲击钻探技术推广应用实施方案，我队2012 年先后购进了4 套中国地质科学院勘探技术研究所研制的SYZX75金刚石绳索取心液动锤冲击钻具，在安徽省南陵县桂花冲矿区、金子圩矿区等多金属矿区进行推广应用，效果良好。

2 SYZX75 金刚石绳索取心液动锤冲击工作原理和结构特点

SYZX75 金刚石绳索取心液动锤组合了金刚石绳索取心钻具和复合式液动潜孔锤。

采用容积式冲击原理，减小冲程阻力，提高了冲击功。其结构特点如下：

（1）液动锤各部分结构具自有的面积差而运动，简化了钻具结构；

（2）液动锤内外管间的密封采用金属机械密封，耐磨性高、寿命长；

（3）液动锤结构中不含弹簧零件，钻具寿命长；

（4）液动锤中用来传递冲击功的装置具有刚性结构，结构牢固，寿命长，更换方便；

（5）液动锤的传功装置在传递冲击功的同时，还能到位报信；

（6）当岩心堵塞时，传功环上移，冲击功直接作用在岩心内管上，利用冲击振动即可消除岩心堵塞；

（7）在普通金刚石钻头上增加高频、低冲击功的动载，大大改善金刚石钻头在孔底的工作状况，提高坚硬岩石层和“打滑”地层中的钻进速度。

3 金刚石绳索液动锤冲击钻进工艺的主要技术参数

（1）冲锤行程15 ～25mm，冲击功10 ～50J，阀程11～15mm，自由行程5 ～8mm，工作泵压0.5 ～2.0MPa，工作泵量60 ～90L/min，冲击频率25 ～40Hz。

（2）冲洗液量直接影响液动冲击器的输出特性（冲击功和冲击频率）；在稳定地层中，应满足冲击器的额定泵量为主。

4 金刚石绳索取心液动锤钻探设备及工艺措施

4.1 钻探设备及附属装置

（1）钻机采用XY-6B 立轴式液压钻机；

（2）泥浆泵采用泵量大、可调的BW250 泥浆泵，并配抗震压力表；

（3）钻杆、钻具：钻杆采用无锡钻探工具厂S7I、S71A钻杆，钻具采用SYZX75 金刚石绳索取心液动锤钻具；

（4）泥浆输送系统采用直径1 英寸、耐压＞10MPa 钢编高压胶管，使用耐高压的专用接头；

（5）泵输出端与水龙头之间设置稳压罐，安全压力不低于15MPa，稳压罐容积不小于0.03m3；

（6）为减少固相含量，施工机台配备固相控制设备。

4.2 冲洗液

金刚石绳索取心液动锤因其结构特点，最佳工作环境是无固相冲洗液。但是，部分矿区地层复杂，岩石破碎、坍塌掉块造成孔内复杂，为了保证顺利钻进，常常采用优质低固相冲洗液。同时，提高低固相泥浆的润滑性，减少液动锤零件在高频往复运动下的磨损，提高液动锤的使用寿命。

液动锤对泥浆的要求：润滑性能好、含砂量低、黏度密度低，黏度（漏斗黏度）一般≤30S，含沙量一般≤0.1%，密度≤1.1g/cm3；适量加入泥浆润滑剂，能有效提高液动锤冲击工艺性能，延长使用寿命。

实际施工中因低黏增效粉（LBM）具有低密度、低黏度、低切力、低失水量、高分散性的特点，建议增加。

4.3 金刚石绳索取心液动冲击回转钻头的选型与使用

针对南陵桂花冲矿区和金子圩矿区硬、脆、碎、研磨性弱的中硬岩石及岩心易堵地层，选用的是石家庄航华超硬工具有限公司生产的Ф76.5mm 金刚石绳索取心孕镶金刚石钻头。其性能指标为：硬度HRC30 ～35、粒度60 ～80 目、浓度100%、水口10 个、阶梯状底唇面孕镶金刚石钻头。使用中，适当增加钻头的水口、水槽过水断面，降低液动冲击器背压。