吳 書 亮

(山西省地質勘查局二一二地質隊，山西 長治 046000)

?

談深部探礦鉆探特點及技術

吳 書 亮

(山西省地質勘查局二一二地質隊，山西 長治 046000)

闡述了深部探礦鉆探的特點，分析了深部探礦鉆探技術，包括提鉆取芯、繩索取芯、液動錘鉆探法、定向鉆探法，并在此基礎上對深部探礦鉆探技術的發(fā)展趨勢進行了展望，提出了幾點推進鉆探技術發(fā)展的建議，以提高我國礦產資源的開發(fā)效率。

礦產，深部探礦，鉆探技術

我國的礦產資源極為豐富，各種礦產資源的分布也比較廣泛，相關調查統(tǒng)計數(shù)據(jù)結果顯示，現(xiàn)已探明的礦產資源約占總資源的33.33%左右，由此可見，在地質找礦方面的潛力仍然十分巨大。一直以來，我國在進行地質找礦時的勘探平均深度約為300 m～500 m，而國外一些發(fā)達國家的勘探平均深度在800 m以上，究其根本原因是我國在深部探礦鉆探技術方面的研究起步較晚，很多技術都不夠成熟，所以加大對深度探礦鉆探技術的研究力度尤為必要。借此本文就深部探礦鉆探特點及技術進行淺談。

1 深部探礦鉆探的特點

深部探礦屬于一項比較繁瑣的工作，其與露天和淺層探礦有著很大的差別，探礦過程中應用的鉆探技術也相對比較復雜，大體上可將深部探礦鉆探的特點歸納為以下幾個方面：1)鉆孔結構較為復雜多樣。深部探礦由于需要深入到地層以下較深的位置處，在這一過程中，會遇到各種各樣的地層結構類型，這就需要在鉆孔時適當增大上部及開孔直徑。隨著孔徑的增大，可能會引起孔壁坍塌等問題，從而影響鉆探工作的順利開展；2)影響護臂質量的因素多。通常情況下，絕大多數(shù)的深部礦藏都位于斷層發(fā)育地帶，在鉆探的過程中常常會遇到破碎地層，若是操作不當便可能引起鉆孔坍塌等問題，從而會嚴重影響護臂工作的有序進行；3)鉆孔傾斜的預防比較困難。由于對深部礦藏進行鉆探的過程中，會遇到多種層理和片理較為發(fā)育的地質，并且?guī)r石本身具有非常明顯的各向異性，這進一步增大了鉆孔傾斜的預防難度，從而導致鉆探時的孔斜問題屢屢發(fā)生；4)效率不高。因受上述各種因素的影響和制約，加之鉆孔過程中需要對巖心進行打撈和提下鉆，致使探礦的工作效率不高。

2 深部探礦鉆探技術分析

2.1 提鉆取芯

提鉆取芯是深部探礦應用最早的一種方法，其無論是鉆具結構還是鉆探工藝都非常簡單，根據(jù)鉆具結構可將該方法分為以下兩種：

1)單管取芯法。該方法是硬質合金及鋼粒鉆進最為常用的方法之一，其優(yōu)點是鉆具結構簡單、便于加工。唯一的不足之處是僅適用于比較完整且穩(wěn)定的地層；2)雙管取芯法。該方法是在單管的基礎上增加了一根內管，其能夠對巖心起到較好的保護作用，有利于取芯質量的提高。

2.2 繩索取芯

繩索取芯又被稱之為WL，采用該方法進行取芯時，可用絞車和鋼絲繩將內管從鉆孔中打撈出來，由此一來，無需提鉆便可完成取芯。在鉆進過程中，只要鉆頭可以正常進尺，便無需將整套鉆具從孔內提出。該方法最為顯著的特點是能夠有效減少提下鉆的次數(shù)和輔助時間，有利于鉆探效率的提升，同時，還能降低鉆頭的損耗，可使其壽命大幅度延長。雖然這些優(yōu)點對深部鉆探極為有利，但是該方法也存在一定的不足之處，由于國產鉆桿容易發(fā)生斷桿問題，從而制約了鉆探深度。國外針對這一問題，研制開發(fā)出了高強度鉆桿，這使得該技術成為目前應用最廣泛的深部鉆探方法。

2.3 液動錘鉆探法

液動錘鉆探法是在回轉鉆探的基礎上，利用泥漿泵對液動錘進行驅動，使其沖錘對鉆頭施加一定的沖擊荷載，進而達到加快巖石破碎的目的，其優(yōu)點是可顯著提高硬質巖層的鉆進效率，并有效減少孔斜和巖心堵塞，成本較低，綜合效益良好。通過該方法能夠有效解決硬質巖層及復雜巖層鉆探效率不高的問題。

2.4 定向鉆探法

定向鉆探法是一種采用專用的鉆探造斜工具，并根據(jù)預先設計好的軌跡，以人工的方式控制鉆孔方向，使鉆孔達到預定目標層的方法。該技術的核心是造斜工具、隨鉆測量設備和定向器。在深部探礦的過程中經常會遇到一些比較特殊的地層，這些地層會對鉆探產生一定的制約作用，若是采用常規(guī)的鉆探技術，則很難達到地質目的。此時，便可應用定向鉆探法，這樣不僅可以節(jié)省鉆探工作量和成本，而且還能解決常規(guī)鉆探方法無法實現(xiàn)的鉆探任務。該技術具有以下優(yōu)點：可提高鉆探質量、節(jié)約鉆探成本、減少報廢工作量、加快鉆進速度等等。

2.5 水泵泡沫增壓法

泡沫鉆進技術是一種能夠有效解決低壓漏失和水敏地層等鉆探施工難題的方法。其主要是借助水泵泡沫增壓裝置將低壓空氣和泡沫液二次增壓至水泵的額定壓力，并混合產生泡沫，以此來實現(xiàn)鉆探。泡沫本身屬于一種比較特殊的沖洗類介質，它的特點是比重較小、排粉能力強，該方法的優(yōu)點如下：巖心采取效率高、鉆頭使用壽命長、可以確?？妆诘姆€(wěn)定性、有利于降低鉆探成本。唯一的不足之處是泡沫無法循環(huán)使用，會對環(huán)境造成一定的污染，不利于環(huán)保。

3 推進深部探礦鉆探技術發(fā)展的建議

由上文分析可知，現(xiàn)有的深部探礦鉆探技術既有優(yōu)點也有不足，為了進一步推動我國深部探礦工程的發(fā)展，有必要加大鉆探技術的研究力度，除了要對現(xiàn)有的技術進行不斷改進和完善之外，還應研制開發(fā)一些新的鉆探技術，以此來滿足深部探礦工程的需要。針對目前深部探礦鉆探技術的現(xiàn)狀，提出以下幾點建議。

3.1 加快新型鉆機和鉆具的研發(fā)速度

為滿足深部探礦工程的要求，應當進一步加快新型鉆機的研發(fā)速度，可將石油鉆井界先進成熟的理念和技術引入到鉆探技術當中，設計出一種能夠適應不同巖心鉆探的鉆機。同時，可以將液壓作為主要的動力源，開發(fā)地質巖心頂部驅動鉆機。此外，可將新型鉆具的研發(fā)重點放在高壽命金剛石鉆頭、高強度鉆桿等方面上，以此來確保繩索取芯等鉆探技術的安全性和經濟性。

3.2 提升坑道鉆探設備的性能

通過坑道鉆探設備對地下數(shù)百米深的采區(qū)進行巖心鉆探，能夠揭露深部地層的性質，不僅可以顯著降低鉆探成本，而且還能提高鉆探效率。但從目前國內使用的坑道鉆探設備來看，其整體性能比較一般，所以，應當采取相應的技術措施逐步提升設備各方面的性能，進一步完善設備功能，在此基礎上形成300 m～1 000 m深度范圍內的完整產品體系，以此來滿足深部探礦工程的要求。

3.3 加大對組合鉆探技術的研究力度

為了充分發(fā)揮出鉆探技術的優(yōu)點，彌補其技術方面存在的不足，可將鉆探技術進行組合使用，如WL與液動錘組合、定向鉆探與WL組合等等。通過兩種鉆探技術的組合使用，可以使兩者的優(yōu)點在鉆探過程中得以有效發(fā)揮，并且還能使各自的不足之處得到彌補，這樣一來，既能夠大幅度提高鉆探效率，又能延長鉆頭使用壽命，還能顯著節(jié)約鉆探成本，可謂是一舉多得。鑒于此，在未來一段時期，可將鉆探技術的組合作為研究的重點內容，通過不同的嘗試找出最優(yōu)的組合方式，以此來推動我國深部探礦工程的發(fā)展。

4 結語

深部探礦是一項較為復雜且系統(tǒng)的工作，由于其中涉及的內容較多，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能對探礦質量造成影響。大量的工程實踐表明，想要有效提高深部探礦質量，就必須采取最為合理、可行的鉆探技術，換言之，鉆探技術是影響探礦質量的關鍵性因素。由于我國在深部探礦方面的研究起步較晚，相關的鉆探技術尚不完善，所以，應當不斷加大對深部探礦鉆探技術的研究力度，除了要對現(xiàn)有的技術進行完善之外，還應研發(fā)一些新的技術和裝備，以此來滿足深部探礦工程的需要。

[1]耿瑞倫.在我國危機礦山接替資源勘查工作中探礦工程新技術的應用.探礦工程，2012(5)：93-94.

[2]張林霞.21世紀地質鉆探技術應用與發(fā)展趨勢.西部探礦工程，2010(12)：19-20.

[3]石昆山.鉆進規(guī)程參數(shù)與金剛石鉆探機械鉆速相關性的試驗研究.超硬材料工程，2011(7)：164-165.

[4]賈慶軍.RC鉆探技術在黑龍江爭光巖金礦區(qū)的應用.中國新科技新產品，2013(10)：119-120.

[5]朱恒銀.深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究.北京：中國地質大學，2011.

[6]劉 軍.談鉆探技術的應用.山西建筑，2013，39(10)：65-66.

Discussion on the drilling characteristics and technology of deep exploration

Wu Shuliang

(The212GeologicalTeam,ShanxiGeologicalExplorationBureau,Changzhi046000,China)

This paper introduced the characteristics of deep drilling exploration, analyzed the deep drilling exploration techniques, including drilling coring, rope coring, hydraulic hammer drilling method, directional drilling method, and based on the development trend of deep drilling exploration technology for the future, put forward several development proposals to push drilling technique, so as to improve the development efficiency of mineral resources in China.

mineral, deep drilling, exploration technology

1009-6825(2015)01-0088-02

2014-10-31

吳書亮(1971- )，男，助理工程師

TU412

A