氣舉反循環鉆探工藝應用于鉆孔水力采礦的研究

彭新明

(北京市地熱研究院， 北京 100143)

氣舉反循環鉆探工藝應用于鉆孔水力采礦的研究

彭新明

(北京市地熱研究院， 北京 100143)

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

氣舉反循環鉆探工藝;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

鉆孔水力采礦是在穿過礦層的鉆孔內，用高壓水射流破碎礦層，并在孔底形成流動狀態的礦漿體，然后由下入鉆孔內的氣力或水力提升設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、水力碎巖和輸運3個工序，可以分階段先后進行，也可以同時連續進行，即“隨鉆隨采”［2，3］。

中國地質大學(北京)夏柏如教授、曾細平研究員等研究了一種鉆孔水力采煤系統［4］，見圖1。該系統的氣舉提升是從輸煤管內插入風管至射流泵的喉管出口處，壓縮空氣通過空氣混合器進入輸煤管內的煤水混合物中，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年由前蘇聯普·姆·圖皮岑提出。1960年代以來，國外先后試驗應用該工藝開采低強度的磷礦石、煤、建筑砂礫、鋁、鈾、砂金、錫砂等礦。此技術可應用于不同的工業部門開采疏松多孔的、膠結性弱的礦床，適合礦石強度低的松軟礦體。到目前為止，此項技術的實際孔深已超過800 m，理論深度可達1500 m，但最適合的開采深度為 100 ～350 m［5］。

2 氣舉反循環鉆探工藝

雙壁鉆具氣舉反循環鉆探工藝是將壓縮空氣經雙壁鉆桿的環狀間隙送入井內一定深度，經混合器注入內管與液體混合，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狀間隙與鉆桿內管產生壓差，并在井筒液柱壓力作用下使內管內混合的氣液以較高的速度向上流動，從而將孔底巖屑連續不斷的排出地表，見圖2。

圖2 氣舉反循環鉆探工藝

水文水井氣舉反循環鉆進技術及雙壁鉆具的研究是“七五”期間地礦部重點攻關課題，并獲部科技成果一等獎。該工藝被廣泛應用于地熱井及水井鉆探，效果良好。目前，該工藝在北京地區地熱井鉆探中最大鉆進深度已超過3500 m。

氣舉反循環鉆探工藝。沉沒比:大于0．5，全風量;當孔內水位水量能滿足氣舉反循環鉆進要求時，可不向孔內泵入清水、泥漿或漿液。鉆具組合:水龍頭+氣盒子+雙壁主動方鉆桿+雙壁鉆桿+常規鉆桿 +鉆鋌 +鉆頭［6～8］。

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

3 氣舉反循環鉆探工藝水力采礦系統

采用三重壁鉆桿(簡稱:三壁鉆桿)與雙壁鉆桿，將氣舉反循環鉆探工藝與鉆孔水力采礦技術結合起來。壓縮空氣→三壁鉆桿→氣水混合器→鉆桿內管→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孔底鉆頭、鉆具內管，返至地表，見圖3。

圖3 氣舉反循環鉆探工藝水力采礦系統

鉆具組合:水龍頭+三通盒子+三壁主動方鉆桿+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、埋深大且產狀較陡的貴重礦產、采砂、超深部礦產等，均可采用氣舉反循環鉆探工藝水力采礦系統。

4 結語

氣舉反循環鉆探工藝水力采礦系統是氣舉反循環鉆探工藝與鉆孔水力采礦技術結合而形成的一種新的鉆孔水力采礦系統。

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

［1］ 楊 林，唐川林，張鳳華．地下礦產鉆孔水力開采技術及其應用［J］．地下空間與工程學報，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—開采地下礦產的新方法［J］．世界地質，1998，(4):85 －87．

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

［5］ 傅 春，顏恩鋒．采礦新技術－鉆孔水力開采技術［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．氣舉反循環鉆進工藝在3512 m深的京熱164號井中的應用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(2)．

［8］ 李樹德，柯?？?，洪常久．氣舉反循環鉆探技術在復雜地層應用中的探討［J］．煤炭技術，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，現從事地熱、礦產資源勘探開發，Email:pxm2001@163．com。