ＤＳｅｅｃｒｅｉｍｅｓｂｅＮｒｏꢀ ４２２０６１１ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ＭＥＴＡＬ ＭＩＮＥ ２０总１１第年 第４２６１２期 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 巴润铁矿岩石可钻性试验研究 １ ２ ３ 刘 占 全 ꢀ 王 德 胜 ꢀ 郑 建 军 （ １ 包 钢 集 团 巴 润 矿 业 有 限 公 司 ； ２ 北 京 科 技 大 学 土 木 与 环 境 工 程 学 院 ； ３ 内 蒙 古 科 技 大 学 矿 业 工 程 学 院 ） 摘 ꢀ 要 ꢀ 岩 石 可 钻 性 分 级 至 今 尚 不 统 一 ， 各 种 方 法 适 用 对 象 不 同 ， 目 前 流 行 的 方 法 多 针 对 石 油 行 业 的 沉 积 岩 ， 不 适 合 金 属 矿 山 。 对 巴 润 铁 矿 分 布 复 杂 、 变 质 化 的 火 成 岩 进 行 了 代 表 性 广 泛 的 取 样 ， 对 其 进 行 了 全 面 的 物 理 、 力 学 特 性 实 验 ； 对 牙 轮 钻 穿 凿 各 种 岩 体 进 行 了 现 场 试 验 。 研 究 结 果 表 明 巴 润 铁 矿 矿 岩 的 可 钻 性 与 物 理 、 力 学 特 性 具 有 很 好 的 相 关 性 。 关 键 词 ꢀ 露 天 矿 ꢀ 牙 轮 钻 ꢀ 岩 石 ꢀ 可 钻 性 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄｒｉｌｌａｂｌｉｔｙ ｏｎ Ｒｏｃｋ ｏｆ Ｂａｒｕｎ Ｉｒｏｎ Ｍｉｎｅ １ ２ ３ Ｌｉｕ Ｚｈａｎｑｕａｎ ꢀ Ｗａｎｇ Ｄｅｓｈｅｎｇ ꢀ Ｚｈｅｎｇ Ｊｉａｎｊｕｎ （ １ Ｂａｒｕｎ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ ， Ｌｔｄ， Ｂａｏｔｏｕ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ； ２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ３ Ｍｉｎｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ， Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） ） Ａｂｓｔｒａｃｔꢀ Ｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈａｓ ｎｏｔ ｙｅｔ ｕｎｉｆｏｒｍ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔａｒｇｅｔｓ， ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｏｐｕ ｌａｒ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｆｉｔ ｔｏ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｒｏｃｋｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ｂｕｔ ｎｏｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｍｅｔａｌ ｍｉｎｅｓ ｃｏｎｔｒａｒｙ ｔｏ ｃｏｍｐｌｅｘ ｄｉｓ ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｏｒｅ ｉｎ Ｂａｒｕｎ Ｉｒｏｎ Ｍｉｎｅ， ｓａｍｐｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｉｇｎｅｏｕｓ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｏｆ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｐｒｅ ｃｉｓｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ， ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｒｅ ｔｅｓｔ， ａｎｄ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｃｏｎｅ ｄｒｉｌｌ ａｔ ｓｉｔｅ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ｉｎ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｅ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｃａｎ ｂｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ W 露 天 矿 ， 设 计 原 矿 生 产 能 力 １ ５００ 万 ｔ／ ａ， 剥 岩 总 量 为 ９ ７５０ 万 ｔ／ ａ， 采 剥 总 量 １１ ２５０ 万 ｔ／ ａ。 目 前 矿 山 已 建 设 成 具 有 １ ０００ 万 ｔ／ ａ 以 上 原 矿 生 产 能 力 的 规 模 。 矿 区 铁 、 稀 土 、 铌 矿 等 多 种 金 属 共 生 ， 矿 体 东 西 长 １０ ｋｍ， 南 北 宽 １ ｋｍ 左 右 ， 呈 一 向 斜 构 造 。 分 南 北 ２ 个 矿 带 （ 向 斜 两 翼 ） ， 相 距 ２００ ～ ５００ ｍ。 矿 体 主 要 产 于 中 元 古 界 白 云 鄂 博 群 哈 拉 霍 疙 特 岩 组 三 岩 段 ｃｏｒｒｅｌ W ａｔｉｏｎ ｉｎ W Ｂａｒｕｎ . Ｉｒｏｎ Ｍ K ｉｎｅ Y114. CN Ｋｅｙｗｏｒｄｓꢀ Ｏｐｅｎ ｐｉｔ， Ｃｏｎｅ ｄｒｉｌｌ， Ｒｏｃｋ， Ｄｒｉｌｌａｂｉｌｉｔｙ ꢀ ꢀ 巴 润 铁 矿 是 ２００４ 年 开 始 基 建 的 超 大 型 现 代 化 在 世 界 范 围 内 也 不 多 见 。 作 为 新 建 矿 山 要 科 学 、 合 理 安 排 ２１ 台 ３１０ ｍｍ 牙 轮 钻 和 ４ 台 潜 孔 钻 的 穿 孔 作 业 不 仅 需 要 精 细 的 规 划 ， 更 需 要 能 客 观 反 映 钻 孔 难 易 程 度 的 矿 岩 石 可 钻 性 数 据 和 合 理 的 定 额 指 标 。 矿 山 劳 动 生 产 定 额 和 原 材 料 消 耗 标 准 正 确 与 否 ， 将 直 接 影 响 职 工 的 生 产 积 极 性 和 企 业 技 术 经 济 效 益 。 生 产 实 践 证 明 ， 合 理 的 劳 动 生 产 定 额 和 原 材 料 消 耗 标 准 必 须 与 科 学 的 岩 石 分 级 方 法 相 联 系 １］ 。 ［ （ Ｈ８） 中 ， 由 多 层 矿 组 成 ， 形 态 杂 乱 。 １ꢀ 岩 石 可 钻 性 的 分 类 矿 体 空 间 分 布 极 其 复 杂 ， 其 中 铁 矿 体 划 分 出 数 ０ 个 主 矿 体 ， １００ 多 个 附 属 矿 体 。 主 要 矿 体 集 中 分 上 世 纪 ４０ 年 代 后 期 到 ５０ 年 代 初 期 ， 前 苏 联 曾 有 过 一 场 关 于 岩 石 分 类 及 可 钻 性 问 题 的 尖 锐 争 论 。 以 Ｍ Ｍ 普 洛 托 奇 雅 柯 诺 夫 为 代 表 提 出 了 著 名 的 普 氏 法 ， 认 为 岩 石 坚 固 性 在 各 方 面 的 表 现 趋 于 一 致 ， 难 破 碎 的 岩 石 用 各 种 方 法 都 难 以 破 碎 ， 客 易 的 则 都 容 易 。 不 同 破 碎 方 法 的 指 标 之 间 有 比 例 关 系 ， 可 以 互 １ 布 在 中 区 ， 规 模 大 ， 最 大 延 深 ８５５ ｍ。 采 场 分 东 、 西 ２ 区 ， 西 区 延 深 小 ， 东 区 不 仅 延 深 小 ， 而 且 厚 度 薄 ， 矿 体 规 模 不 大 。 铌 矿 划 分 了 数 百 个 独 立 矿 体 ， 集 中 分 布 于 中 区 ， 基 本 为 单 工 程 控 矿 的 透 镜 体 ， 最 大 矿 体 延 伸 超 过 １ ｋｍ。 稀 土 矿 共 划 分 出 几 十 个 矿 体 ， 矿 体 由 西 向 东 呈 现 由 小 变 大 、 由 分 支 到 复 合 、 南 部 矿 体 逐 渐 尖 灭 消 失 的 趋 势 。 如 此 复 杂 的 矿 体 分 布 和 地 质 构 造 ， 刘 占 全 （ １９６８— ） ， 男 ， 硕 士 ， 总 工 程 师 ， ０１４０８０ 内 蒙 古 自 治 区 包 头 市 白 云 鄂 博 区 。 · ２２· ꢀ ꢀ ꢀ 刘 占 全 等 ： 巴 润 铁 矿 岩 石 可 钻 性 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１１ 年 第 １２ 期 理 等 ８］ 则 用 分 形 法 确 定 岩 石 的 可 钻 性 。 可 见 对 岩 石 可 钻 性 的 研 究 目 前 难 以 统 一 ， 提 出 的 方 法 多 针 对 特 定 的 条 件 ， 文 献 ［ ３８］ 所 提 出 方 法 都 针 对 石 油 行 业 的 沉 积 岩 ， 难 以 适 应 复 杂 多 变 的 变 质 类 金 属 矿 。 另 外 ， 按 岩 性 划 分 的 可 钻 性 分 类 针 对 同 类 岩 石 往 往 差 异 很 大 ， 如 在 普 氏 分 级 中 属 于 同 一 级 别 的 玄 武 岩 和 石 英 岩 （ 前 者 的 钻 进 效 果 最 好 ， 后 者 最 差 ） ， 而 在 南 芬 铁 矿 和 兰 尖 铁 矿 的 矿 石 的 普 氏 系 数 基 本 相 同 条 件 下 ， 同 种 钻 头 的 寿 命 可 相 差 １０ 倍 ２］ ， 因 此 必 须 寻 求 适 合 各 自 金 属 矿 山 的 分 类 方 法 和 测 试 手 段 。 ［ 换 ， 用 一 个 坚 固 性 指 标 就 能 够 反 映 出 整 个 岩 石 的 坚 固 性 。 之 后 以 Ａ· Ф· 苏 哈 诺 夫 为 代 表 提 出 了 苏 氏 法 。 认 为 岩 石 坚 固 性 对 应 于 一 定 破 碎 方 法 ， 破 碎 方 法 变 化 ， 坚 固 性 指 标 也 相 应 变 化 。 主 张 用 凿 岩 性 、 爆 破 性 等 具 体 术 语 代 替 坚 固 性 的 抽 象 概 念 。 西 方 国 家 流 行 微 钻 法 。 美 国 的 怀 特 就 认 为 ： 确 定 岩 石 可 钻 性 的 唯 一 可 行 途 径 就 是 对 岩 石 钻 眼 。 把 生 产 钻 机 按 比 例 缩 小 ， 做 成 微 型 钻 ， 在 实 验 台 上 钻 眼 ， 用 微 型 钻 的 钻 眼 速 度 作 为 岩 石 可 钻 性 指 标 。 此 法 不 依 赖 于 实 际 生 产 条 件 而 反 映 了 破 碎 岩 石 的 过 程 ， 但 对 于 小 直 径 跟 大 直 径 钻 头 打 眼 有 什 么 联 系 和 区 别 ， 并 未 仔 细 研 究 ， 尤 其 是 冲 击 式 凿 岩 ， 即 使 在 几 何 上 相 似 ， 单 位 刃 长 上 的 冲 击 功 一 样 ， 但 钻 眼 效 果 并 不 成 比 例 。 ［ 巴 润 铁 矿 矿 岩 分 布 极 其 复 杂 、 岩 性 差 异 很 大 ， 而 露 天 矿 大 型 牙 轮 钻 机 作 业 地 点 相 对 固 定 ， 故 本 研 究 将 以 矿 岩 的 物 理 力 学 特 性 为 依 据 ， 现 场 实 测 牙 轮 钻 的 穿 孔 速 度 ， 建 立 其 内 在 联 系 的 岩 石 可 钻 性 研 究 ， 确 定 合 理 的 可 钻 性 指 标 ， 以 便 有 效 地 指 导 穿 孔 作 业 。 徐 小 荷 ２］ 提 出 了 用 凿 碎 比 功 来 测 定 岩 石 可 钻 性 的 方 法 ， 制 作 了 凿 测 器 ， 利 用 重 锤 自 重 坠 落 ， 产 生 ４０ Ｎｍ 的 冲 击 功 ， 每 冲 击 ４８０ 次 后 ， 量 取 被 凿 碎 岩 石 的 体 积 ， 相 除 即 可 得 凿 碎 比 功 ， 以 此 来 划 分 岩 石 的 等 级 。 除 上 述 用 机 械 、 物 理 性 质 评 价 岩 石 的 可 钻 性 外 ， 王 大 勋 等 ３］ 提 出 用 钻 时 系 数 法 求 取 岩 石 可 钻 性 ； 张 厚 美 等 ４］ 提 出 用 实 钻 速 度 评 价 岩 石 的 可 钻 性 ； 李 士 斌 、 鲁 凡 等 ５７］ 提 出 用 能 量 法 评 价 岩 石 的 可 钻 性 ； 邓 ［ ２ꢀ 巴 润 矿 岩 物 理 力 学 性 能 实 验 巴 润 铁 矿 矿 岩 从 未 进 行 过 系 统 的 岩 石 力 学 实 验 研 究 ， 故 本 研 究 着 眼 于 全 面 、 系 统 的 原 则 ， 先 后 于 东 、 西 采 场 １７ 个 不 同 区 域 进 行 了 覆 盖 各 岩 种 、 具 有 广 泛 代 表 性 的 取 样 ， 共 取 矿 岩 试 样 １７ 类 ， 加 工 标 准 试 件 １８７ 件 ， 其 中 矿 石 样 本 １２１ 件 ， 岩 石 样 本 ６６ 件 。 取 样 地 点 及 数 量 详 见 表 １。 ［ ［ ［ WWW.表 １ꢀ K 矿 岩 取 Y 样 及 实 1 验 分 1 组 代 号 4 对 照 . CN 实 验 分 组 岩 种 名 称 混 合 矿 Ｆｅｂ， ｃ 白 云 岩 ＤＴ 岩 种 编 组 代 号 取 样 数 量 ／ 个 ①８ ②３ ①９ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①７ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ ①８ ②３ 取 样 位 置 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ①ＹＺ － １ ②ＹＰ － １ ①ＹＺ － ２ ②ＹＰ － ２ ①ＹＺ － ３ ②ＹＰ － ３ ①ＹＺ － ４ ②ＹＰ － ４ ①ＹＺ － ５ ②ＹＰ － ５ ①ＹＺ － ６ ②ＹＰ － ６ ①ＹＺ － ７ ②ＹＰ － ７ ①ＹＺ － ８ ②ＹＰ － ８ ①ＹＺ － ９ ②ＹＰ － ９ 东 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 北 东 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 北 东 采 场 １ ５８４ ｍ 水 平 北 东 采 场 １ ５８４ ｍ 水 平 西 北 东 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 南 东 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 南 西 采 场 １ ５８４ ｍ 水 平 北 东 坑 西 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 北 东 坑 西 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 北 中 坑 西 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 北 中 坑 西 采 场 １ ５８４ ｍ 水 平 北 中 坑 西 采 场 １ ５８４ ｍ 水 平 西 中 坑 西 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 南 中 坑 西 采 场 １ ５９６ ｍ 水 平 南 中 坑 东 采 场 １ ６２０ ｍ 水 平 氧 化 矿 Ｆｅｂ 表 外 矿 Ｆｅｃｙ 板 岩 ＳＴ － 白 云 岩 ＤＴ 板 岩 ＳＴ 混 合 矿 ｍＦｅｂ， ｃ 混 合 矿 ｍＦｅｂ － Ｓｉ 矿 化 白 云 岩 ＨＦｅｂ － ＤＴ １ １ １ １ １ １ １ １ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 氧 化 矿 ＨＦｅｂ， ｃ 混 合 矿 ｍＦｅｂ 板 岩 ＳＴ 氧 化 矿 ＨＦｅｃｙ 混 合 矿 ｍＦｅｃｙ 氧 化 矿 ＨＦｅｂ 混 合 矿 ｍＦｅｂ， ｃ 白 云 岩 ＤＴ ①ＹＺ － １０ ②ＹＰ － １０ ①ＹＺ － １１ ②ＹＰ － １１ ①ＹＺ － １２ ②ＹＰ － １２ ①ＹＺ － １３ ②ＹＰ － １３ ①ＹＺ － １４ ②ＹＰ － １４ ①ＹＺ － １５ ②ＹＰ － １５ ①ＹＺ － １６ ②ＹＰ － １６ ①ＹＺ － １７ ②ＹＰ － １７ 东 采 场 １ ６０８ ｍ 水 平 西 采 场 １ ５８４ ｍ 水 平 ꢀ ꢀ 注 ： 表 中 编 组 代 号 ＹＺ、 ＹＰ 分 别 代 表 圆 柱 、 圆 盘 ， 系 中 文 汉 字 首 字 母 缩 写 。 · ２３· 总 第 ４２６ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１１ 年 第 １２ 期 ꢀ ꢀ 将 封 蜡 的 试 样 用 ＹＭ － １ 型 岩 石 密 度 仪 测 定 其 － ２８６ 岩 石 力 学 实 验 系 统 上 完 成 了 矿 、 岩 石 试 样 单 轴 抗 拉 强 度 实 验 、 三 轴 剪 切 实 验 、 岩 石 单 轴 压 缩 强 度 及 变 形 实 验 、 岩 石 三 轴 压 缩 强 度 及 变 形 实 验 、 岩 石 应 力 应 变 全 程 曲 线 实 验 等 ， 全 面 测 试 了 矿 、 岩 试 样 的 物 理 、 力 学 特 性 ， 实 验 结 果 列 于 表 ２。 密 度 ， 用 由 ＰＡＮＡＭＥＴＲＩＣＳ 公 司 生 产 的 ５０７７ＰＲ 方 波 脉 冲 发 生 接 收 器 和 超 声 换 能 器 （ 纵 波 １ ＭＨｚ、 横 波 ０  ８１ ＭＨｚ） 及 泰 克 ＴＤＳ２１０ 数 字 存 储 示 波 器 组 成 的 岩 石 声 学 特 性 测 试 及 分 析 处 理 系 统 测 定 试 样 的 纵 波 传 播 速 度 ； 再 从 美 国 引 进 的 万 能 材 料 测 试 系 统 ＭＴＳ 表 ２ꢀ 巴 润 矿 主 要 矿 岩 物 理 力 学 性 能 实 验 测 试 结 果 密 度 ρ 纵 波／ （ 速ｍ／度ｓ） Ｖｐ 抗 拉 强 度 ｔ 抗 压 强 度 ｃ 弹 性 模 量 Ｅ 泊 松 比 μ 黏 聚 力 Ｃ ／ ＭＰａ 内 摩 擦 角 ／ （ °） φ 矿 岩 种 类 及 名 称 ３ ／ （ ｇ／ ｃｍ ） ／ ＭＰａ ／ ＭＰａ ／ ＧＰａ 混 合 矿 Ｆｅｂ， ｃ 白 云 岩 ＤＴ 氧 化 矿 Ｆｅｂ 表 外 矿 Ｆｅｃｙ 板 岩 ＳＴ － 白 云 岩 ＤＴ 板 岩 ＳＴ 混 合 矿 ｍＦｅｂ， ｃ 混 合 矿 Ｆｅｂ － Ｓｉ 矿 化 白 云 岩 ＨＦｅｂ － ＤＴ 氧 化 矿 Ｆｅｂ， ｃ 混 合 矿 ｍＦｅｂ 板 岩 ＳＴ 氧 化 矿 Ｆｅｃｙ 混 合 矿 Ｆｅｃｙ 氧 化 矿 ＨＦｅｂ 混 合 矿 Ｆｅｂ， ｃ 白 云 岩 ＤＴ ２ ９８ ２ ９５ ４ ０１ ３ １４ ３ ００ ２ ６８ ４ １２ ３ ９７ ２ ８５ ３ ６１ ４ １９ ２ ７６ ３ ８０ ４ ４８０ ３ １７０ ４ ６７０ ５ ５３０ ５ ０７０ ２ ５６０ ４ １７０ ４ １５０ ３ ９３０ ５ ８５０ ４ １８０ ３ ８７０ ４ ３３０ ６ ５８ ７ ８４ ６ １７ ７ ３３ １４ １０ ５ ５０ ７ ２０ ６ ６８ ４ ２９ ８ ２８ ７ １２ ９ １７ １２ ５１ １２１ ６４ １５９ ６５ ９０ ２９ １３８ ８８ ７５ １７ ３０ ３７ １０３ ６４ １０７ ７８ ２１ ４３ ６３ ６５ １３０ ９６ ７０ １８ ６４ ８５ ５３ ２０ ２４ １６ ５９ １０ ９８ ５９ ７８ ５４ １０ ９４ ５２ ３８ ４９ ８９ ２８ ３０ ７６ ３０ ５８ ０２ ２０ ６８ ６８ ２６ ０ ２５１ ０ ２３８ ０ ２５９ ０ １６３ ０ ４２０ ０ ２０５ ０ １９５ ０ １５８ ０ ３０９ ０ ２９６ ０ ３２５ ０ ２３４ ０ ２８０ １３ ３５ ２１ ５２ ９ ６４ １３ １７ ２３ ３５ ２４ ５５ １３ ２９ １９ ６３ ３ ０６ ５６ ０５ ５３ ７７ ６２ ０２ ５４ ９５ ４６ １２ ４６ ７５ ５５ ８５ ５５ １８ ４８ １５ ６０ ０２ ５４ １２ ４７ ６５ ５９ １２ ５１ ４３ ５９ ６２ ５４ １７ ５０ ６７ １０ ０２ １８ ３５ ２３ ５９ １０ ３５ １４ ２１ １１ ４２ １９ ０９ ２０ ６７ WWW. KY114. CN ２ ９８ ４ ０７ ４ ２２ ３ ０６ ５ ９８０ ４ ３２０ ５ ９３０ ６ ２７０ ６ ９７ １０ ４７ １１ ３０ ６ ９０ ４６ ３６ ６４ ５３ １５６ ９７ ６６ ７６ ４４ ６６ ３２ ９５ １３４ ２５ ４５ ９６ ０ ４１４ ０ １３７ ０ ４１１ ０ ３７６ 表 ３ꢀ 牙 轮 钻 穿 凿 巴 润 铁 矿 主 要 矿 岩 实 际 速 度 测 试 结 果 ３ ꢀ 巴 润 矿 岩 石 可 钻 性 的 现 场 试 验 尽 管 对 岩 石 的 可 钻 性 的 认 识 还 不 统 一 ， 但 关 于 累 计 孔 深 平 均 轴 压 平 均 转 速 累 计 钻 钻 孔 孔 时 间 速 度 岩 石 类 型 钻 机 型 号 岩 石 的 物 理 力 学 特 性 、 节 理 裂 隙 等 地 质 构 造 和 生 产 钻 机 的 形 式 对 岩 石 可 钻 性 的 影 响 具 有 公 认 性 ， 应 该 根 据 各 自 矿 山 的 条 件 ， 在 全 面 岩 性 力 学 特 性 实 验 的 基 础 上 选 择 有 代 表 性 的 主 要 岩 种 ， 测 定 其 实 际 生 产 钻 机 穿 孔 的 速 度 ， 建 立 力 学 特 性 与 穿 孔 速 度 之 间 的 联 系 ， 对 矿 山 穿 孔 作 业 提 供 更 有 意 义 的 直 接 指 导 。 表 ３ 是 用 ３１０ ｍｍ 牙 轮 钻 穿 凿 巴 润 铁 矿 主 要 矿 岩 的 实 际 穿 孔 速 度 测 定 结 果 。 ／ ｍ ／ ＭＰａ ／ （ ｒ／ ｍｉｎ） ／ ｈ ／ （ ｍ／ ｈ） ＫＹ － 白 云 岩 ＤＴ 板 岩 ＳＴ １２７ ０ １５ ～ １６ ９０ ～ １００ ４ ９１６ ２５ ８３ １１４ １ １４ ～ １５ １００ ～ １２０ ４ ４０１ ２６ ２６ ３１０Ｂ Ｊ ＫＹ － ３ １０Ｂ Ｊ 白 云 岩 ＤＴ ＋ ＫＹ － １ ３６ ０ １４ ～ １６ １００ ～ １２０ ４ ６００ ２９ ９０ ０７ ０ １８ ～ ２０ ８０ ～ １００ ６ ０９３ １７ ５６ 板 岩 ＳＴ ３１０Ｂ Ｊ 混 合 矿 ｍＦｅｂ， ｍＦｅｂ， ｃ ＹＺ － ５５Ｂ １ ＹＺ － 氧 化 矿 ＨＦｅｂ １２７ ７ １８ ～ ２０ ８０ ～ １００ ５ ０１２ ２５ ４８ １１６ ７ ２１ ～ ２３ ７０ ～ ９０ ５ ６４６ ２０ ６７ ５５Ｂ ４ ꢀ 岩 石 可 钻 性 与 物 理 力 学 特 性 的 相 关 性 露 天 矿 穿 孔 工 程 中 遇 到 的 岩 体 可 能 是 某 矿 区 内 ＫＹ － 表 外 矿 Ｆｅｃｙ 矿 化 白 云 岩 Ｆｅｂ － ＤＴ ３１０Ｂ Ｊ ＹＺ － ５５Ｂ １０４ ３ １７ ～ １８ １００ ～ １１０ ３ ２１６ ３２ ４３ 各 种 矿 体 、 岩 体 的 互 层 ， 因 此 尽 管 费 尽 心 力 实 测 的 钻 孔 速 度 对 生 产 的 指 导 意 义 重 大 ， 但 对 像 巴 润 铁 矿 这 种 矿 、 岩 交 织 、 互 相 穿 插 的 矿 山 更 需 要 了 解 不 同 矿 、 岩 体 交 互 时 的 穿 孔 情 况 ； 另 外 ， 矿 、 岩 体 的 一 系 列 性 能 参 数 也 直 接 影 响 牙 轮 钻 的 实 际 穿 孔 速 度 ， 因 而 分 析 这 些 物 理 力 学 参 数 与 可 钻 性 的 相 关 性 具 有 从 岩 石 物 性 的 角 度 揭 示 可 钻 性 的 意 义 。 故 将 实 验 测 定 的 技 · ２４· ꢀ ꢀ ꢀ 刘 占 全 等 ： 巴 润 铁 矿 岩 石 可 钻 性 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１１ 年 第 １２ 期 术 数 据 与 现 场 实 测 的 牙 轮 钻 的 实 际 穿 孔 速 度 进 行 回 表 ４ꢀ 牙 轮 钻 穿 凿 巴 润 矿 主 要 矿 岩 的 钻 速 与 主 要 岩 性 的 关 系 归 ， 回 归 分 析 结 果 见 图 １ ～ 图 ４ 和 表 ４。 相 关 系 数 ／ 技 术 参 数 回 归 方 程 残 差 平 方 Ｆ 检 验 值 ％ 矿 岩 密 度 抗 压 强 度 抗 拉 强 度 声 波 速 度 ｙ ＝ ４６ ６２ － ６ ６２ｘ ｙ ＝ ３４ ０７ － ０ １１ｘ ｙ ＝ ３７ ７２ － １ ８０ｘ １ ２ ３ ８０ ５５ ８３ ９９ １０２ ４８ ７０ ６９ ８７ ３４ １２７ １６ ２ ５３ ５ ９１ ２ ００ １ ０７ ｙ ＝ ３８ １１ － ０ ００３ｘ ４ ꢀ ꢀ 注 ： 回 归 方 程 中 ｙ 为 钻 速 ； ｘ１ 为 矿 岩 密 度 ； ｘ２ 为 抗 压 强 度 ； ｘ３ 为 抗 ４ 拉 强 度 ； ｘ 为 声 波 速 度 ５ ꢀ 结 ꢀ 论 （ １） 矿 山 开 采 面 对 的 是 特 性 复 杂 的 各 种 岩 体 复 图 １ꢀ 矿 岩 密 度 与 牙 轮 钻 穿 孔 速 度 的 关 系 ■ — 实 测 牙 加 轮 钻 速 ， ｍ／ ｈ； 实 线 — 钻 速 与 矿 岩 密 度 关 系 拟 合 曲 线 合 体 ， 漫 长 地 质 构 造 和 采 动 影 响 使 其 更 加 复 杂 ， 寻 求 统 一 的 可 钻 性 分 类 方 法 固 然 好 ， 但 是 非 常 困 难 。 有 必 要 根 据 各 自 矿 山 的 实 际 情 况 ， 寻 找 有 针 对 性 的 可 钻 性 分 类 方 法 。 （ ２） 目 前 石 油 工 业 广 泛 流 行 的 微 钻 法 、 测 井 法 、 能 量 法 等 可 钻 性 分 类 法 并 不 适 合 金 属 矿 山 ， 主 要 是 岩 性 差 异 ， 金 属 矿 山 的 岩 性 不 同 于 沉 积 岩 ， 不 仅 硬 度 大 、 节 理 裂 隙 发 育 ， 交 接 、 变 质 等 成 矿 运 动 使 其 更 复 杂 ， 因 此 依 托 矿 岩 的 物 理 、 力 学 性 质 ， 结 合 现 场 重 点 岩 种 的 实 际 钻 速 测 定 建 立 可 钻 性 分 类 更 适 合 金 属 矿 山 。 图 ２ꢀ 矿 岩 抗 压 强 度 与 牙 轮 钻 穿 孔 速 度 的 关 系 ■ — 实 测 牙 加 轮 钻 速 ， ｍ／ ｈ； （ ３） 巴 润 铁 矿 的 试 验 研 究 结 果 表 明 ， 牙 轮 钻 的 实 实 线 — 钻 速 与 矿 岩 抗 压 强 度 关 系 拟 合 曲 线 WWW. KY114. CN 际 穿 孔 速 度 与 矿 岩 的 物 理 力 学 性 能 紧 密 相 关 ， 钻 孔 速 度 随 矿 岩 密 度 、 抗 拉 、 抗 压 和 声 波 速 度 增 大 而 降 低 。 （ ４） 以 试 验 数 据 为 基 础 建 立 的 关 系 ， 可 以 直 接 应 用 于 生 产 计 划 的 编 制 和 生 产 考 核 ， 对 露 天 矿 合 理 开 采 计 划 和 科 学 管 理 生 产 具 有 现 实 意 义 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ［ ［ ［ ［ ［ ［ ［ １］ ꢀ 王 明 林 ， 单 守 智 ， 王 维 纲  矿 岩 综 合 分 级 定 额 标 准 初 探 ［ Ｊ］ ． 金 属 矿 山 ， １９９２（ ４） ： １７２１ 图 ３ꢀ 矿 岩 抗 拉 强 度 与 牙 轮 钻 穿 孔 速 度 的 关 系 ■ — 实 测 牙 加 轮 钻 速 ， ｍ／ ｈ； ２］ ꢀ 徐 小 荷 ， 费 寿 林 ， 杨 德 荣  关 于 岩 石 分 级 的 研 究 方 法 ［ Ｊ］ ． 东 北 工 学 院 学 报 ， １９８０（ ３） ： ８５９２ 实 线 — 钻 速 与 矿 岩 抗 拉 强 度 关 系 拟 合 曲 线 ３］ ꢀ 王 大 勋 ， 刘 ꢀ 洪 ， 韩 ꢀ 松 ， 等  深 部 岩 石 力 学 与 深 井 钻 井 技 术 研 究 ［ Ｊ］ ． 钻 采 工 艺 ， ２００６， ２９（ ３） ： ６１０ ４］ ꢀ 张 厚 美 ， 吴 何 洪  岩 石 力 学 特 性 关 系 的 探 讨 ［ Ｊ］ ． 中 国 海 上 油 气 ， １９９９， １１（ ３） ： ４６５０ ５］ ꢀ 李 士 斌 ， 艾 ꢀ 池 ， 孙 茂 凤 ， 等  牙 轮 钻 头 可 钻 性 级 值 的 确 定 方 法 ［ Ｊ］ ． 大 庆 石 油 学 院 学 报 ， １９９９， ２３（ ３） ： ８９９０ ６］ ꢀ 鲁 ꢀ 凡  岩 石 可 钻 性 分 级 的 讨 论 及 可 钻 性 精 确 测 量 ［ Ｊ］ ． 超 硬 材 料 工 程 ， ２００７， １９（ ２） ： ２４２９ ７］ ꢀ 邓 ꢀ 理 ， 李 ꢀ 黔  高 自 力  岩 石 可 钻 性 评 价 方 法 研 究 新 进 展 图 ４ꢀ 矿 岩 声 波 速 度 与 牙 轮 钻 穿 孔 速 度 的 关 系 ［ Ｊ］ ． 钻 采 工 艺 ， ２００７， ３０（ ６） ： ２７２９ ■ — 实 测 牙 加 轮 钻 速 ， ｍ／ ｈ； （ 收 稿 日 期 ꢀ ２０１１１０１１） 实 线 — 钻 速 与 矿 岩 声 波 速 度 关 系 拟 合 曲 线 · ２５·