氣舉反循環(huán)鉆探工藝應(yīng)用于鉆孔水力采礦的研究

彭新明

(北京市地?zé)嵫芯吭海?北京 100143)

氣舉反循環(huán)鉆探工藝應(yīng)用于鉆孔水力采礦的研究

彭新明

(北京市地?zé)嵫芯吭海?北京 100143)

氣舉反循環(huán)鉆探工藝水力采礦系統(tǒng)是氣舉反循環(huán)鉆探工藝與鉆孔水力采礦技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新的鉆孔水力采礦系統(tǒng)。氣舉反循環(huán)鉆探工藝可以作為輸運(yùn)手段，將飽含礦物質(zhì)的溶液或漿液從3500 m以深的孔底提升至地表。該采礦系統(tǒng)可應(yīng)用于原地浸出采礦、采砂等。

氣舉反循環(huán)鉆探工藝;鉆孔水力采礦;三壁鉆桿;雙壁鉆桿;原地浸出

1 鉆孔水力采礦技術(shù)

鉆孔水力采礦是在穿過礦層的鉆孔內(nèi)，用高壓水射流破碎礦層，并在孔底形成流動(dòng)狀態(tài)的礦漿體，然后由下入鉆孔內(nèi)的氣力或水力提升設(shè)備將礦漿輸送到地面［1］。鉆孔水力采礦的工藝過程包括鉆進(jìn)、水力碎巖和輸運(yùn)3個(gè)工序，可以分階段先后進(jìn)行，也可以同時(shí)連續(xù)進(jìn)行，即“隨鉆隨采”［2，3］。

中國地質(zhì)大學(xué)(北京)夏柏如教授、曾細(xì)平研究員等研究了一種鉆孔水力采煤系統(tǒng)［4］，見圖1。該系統(tǒng)的氣舉提升是從輸煤管內(nèi)插入風(fēng)管至射流泵的喉管出口處，壓縮空氣通過空氣混合器進(jìn)入輸煤管內(nèi)的煤水混合物中，形成氣、液、固三相流，煤水混合物的密度降低，氣泡攜帶煤水混合物上升到地表。

圖1 氣舉提升示意

鉆孔水力采礦的基本原理分別于1932年由美國?！た死镣袪柡?936年由前蘇聯(lián)普·姆·圖皮岑提出。1960年代以來，國外先后試驗(yàn)應(yīng)用該工藝開采低強(qiáng)度的磷礦石、煤、建筑砂礫、鋁、鈾、砂金、錫砂等礦。此技術(shù)可應(yīng)用于不同的工業(yè)部門開采疏松多孔的、膠結(jié)性弱的礦床，適合礦石強(qiáng)度低的松軟礦體。到目前為止，此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際孔深已超過800 m，理論深度可達(dá)1500 m，但最適合的開采深度為 100 ～350 m［5］。

2 氣舉反循環(huán)鉆探工藝

雙壁鉆具氣舉反循環(huán)鉆探工藝是將壓縮空氣經(jīng)雙壁鉆桿的環(huán)狀間隙送入井內(nèi)一定深度，經(jīng)混合器注入內(nèi)管與液體混合，由于氣水混合液的密度小于沖洗液(清水或泥漿)的密度，孔壁(或井筒)與雙壁鉆桿外壁之間的環(huán)狀間隙與鉆桿內(nèi)管產(chǎn)生壓差，并在井筒液柱壓力作用下使內(nèi)管內(nèi)混合的氣液以較高的速度向上流動(dòng)，從而將孔底巖屑連續(xù)不斷的排出地表，見圖2。

圖2 氣舉反循環(huán)鉆探工藝

水文水井氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)及雙壁鉆具的研究是“七五”期間地礦部重點(diǎn)攻關(guān)課題，并獲部科技成果一等獎(jiǎng)。該工藝被廣泛應(yīng)用于地?zé)峋八@探，效果良好。目前，該工藝在北京地區(qū)地?zé)峋@探中最大鉆進(jìn)深度已超過3500 m。

氣舉反循環(huán)鉆探工藝。沉沒比:大于0．5，全風(fēng)量;當(dāng)孔內(nèi)水位水量能滿足氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)要求時(shí)，可不向孔內(nèi)泵入清水、泥漿或漿液。鉆具組合:水龍頭+氣盒子+雙壁主動(dòng)方鉆桿+雙壁鉆桿+常規(guī)鉆桿 +鉆鋌 +鉆頭［6～8］。

氣舉反循環(huán)鉆探工藝可以作為輸運(yùn)手段，將飽含礦物質(zhì)的溶液或漿液從3500 m以深的孔底提升至地表，例如應(yīng)用于原地浸出采礦、采砂等。如需向孔底泵入液體，只需在孔口將雙壁主動(dòng)鉆桿卸下，接上高壓管，由泵組經(jīng)鉆具內(nèi)管泵入。

3 氣舉反循環(huán)鉆探工藝水力采礦系統(tǒng)

采用三重壁鉆桿(簡稱:三壁鉆桿)與雙壁鉆桿，將氣舉反循環(huán)鉆探工藝與鉆孔水力采礦技術(shù)結(jié)合起來。壓縮空氣→三壁鉆桿→氣水混合器→鉆桿內(nèi)管→返出地表;高壓水流→三壁鉆桿→雙壁鉆桿→噴嘴→碎巖。水力碎巖后形成的漿液經(jīng)孔底鉆頭、鉆具內(nèi)管，返至地表，見圖3。

圖3 氣舉反循環(huán)鉆探工藝水力采礦系統(tǒng)

鉆具組合:水龍頭+三通盒子+三壁主動(dòng)方鉆桿+三壁鉆桿+雙壁鉆具+噴嘴+鉆頭。

針對能采用水力碎巖的微小礦床、埋深大且產(chǎn)狀較陡的貴重礦產(chǎn)、采砂、超深部礦產(chǎn)等，均可采用氣舉反循環(huán)鉆探工藝水力采礦系統(tǒng)。

4 結(jié)語

氣舉反循環(huán)鉆探工藝水力采礦系統(tǒng)是氣舉反循環(huán)鉆探工藝與鉆孔水力采礦技術(shù)結(jié)合而形成的一種新的鉆孔水力采礦系統(tǒng)。

氣舉反循環(huán)鉆探工藝可以作為輸運(yùn)手段，應(yīng)用于原地浸出采礦，將飽含礦物質(zhì)的溶液或漿液從3500 m以深的孔底提升至地表。

［1］ 楊 林，唐川林，張鳳華．地下礦產(chǎn)鉆孔水力開采技術(shù)及其應(yīng)用［J］．地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006，2(4):662 －665．

［2］ 烏效鳴，胡郁樂，楊倩云，等．鉆孔水力采礦研究方法的探討［J］．探礦工程，2002，(6):24 －26．

［3］ 陳 晨．鉆孔水力開采工藝—開采地下礦產(chǎn)的新方法［J］．世界地質(zhì)，1998，(4):85 －87．

［4］ 夏柏如，曾細(xì)平，毛志新．一種鉆孔水力采煤系統(tǒng)的研究［J］．地學(xué)前緣，2008，15(4):222 －226．

［5］ 傅 春，顏恩鋒．采礦新技術(shù)－鉆孔水力開采技術(shù)［J］．礦冶工程，2004，24(4):7 －8．

［6］ 彭新明，李海京，朱繼東，等．GS－5探采結(jié)合井成井工藝［J］．探礦工程，2002，(增刊):334 －335．

［7］ 王玉國，肖海龍，謝連生．氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在3512 m深的京熱164號井中的應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(2)．

［8］ 李樹德，柯?？?，洪常久．氣舉反循環(huán)鉆探技術(shù)在復(fù)雜地層應(yīng)用中的探討［J］．煤炭技術(shù)，2007，26(11):137 －138．

2010－12－01)

彭新明(1970－)，男，江西都昌人，博士，教授級高級工程師，現(xiàn)從事地?zé)?、礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)，Email:pxm2001@163．com。