深部找礦重要鉆探技術(shù)對策

1、深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策全國深部找礦工作研討會 1提要：在過去的50多年中，我國的地質(zhì)鉆探行業(yè)為地質(zhì)找礦和經(jīng)濟建設(shè)做出了巨大貢獻，地質(zhì)鉆探技術(shù)也在此過程中得到了很大發(fā)展。危機礦山接替資源勘查工作的啟動，對鉆探技術(shù)提出了更高的要求，文章分析了現(xiàn)階段鉆探技術(shù)服務(wù)于深部找礦工作存在的一些問題，并提出了相應(yīng)的對策。2一、概 述全國危機礦山接替資源找礦規(guī)劃綱要（20042010年），決定在有資源潛力和市場需求的老礦山周邊或深部開展找礦工作，以延長礦山服務(wù)年限。我國絕大多數(shù)礦山的勘查深度不足500m。相當一部分危機礦山的深部和外圍有許多未經(jīng)充分勘查的成礦遠景區(qū)。最新的成礦理論都表明在我國大陸深部

2、蘊藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源。在深部找礦過程中，除了利用更成熟的地質(zhì)理論和更先進的物化探方法、遙感技術(shù)等新探測技術(shù)外，最終還需要使用鉆掘（探）技術(shù)來取心取樣，證實推斷和探測的正確性。 3從鉆探工程角度來看，危機礦山接替資源勘查鉆探深度應(yīng)定位在1500m左右1。這種深度的資源勘查鉆探工作對鉆探取心取樣質(zhì)量、鉆探速度、施工成本、環(huán)境保護、安全防護等方面都提出了更高的要求。鉆探取心（樣）的關(guān)鍵技術(shù)是鉆探設(shè)備、器具和工藝方法，它們不僅對鉆探效率、施工成本、取心（樣）質(zhì)量及環(huán)境保護等方面有重要影響，而且對縮短整個勘探周期、加快開發(fā)利用步伐有著直接的意義。 4二、深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題1）地表巖心鉆機

3、國內(nèi)的主力設(shè)備仍是上世紀70年代研制的立軸式鉆機，如XY系列立軸式巖心鉆機。 1、鉆探施工鉆機5交流變頻CD-2B型鉆機簡化了鉆機結(jié)構(gòu)，拓寬了無級調(diào)速范圍。XY-4鉆機XY-6B鉆機6給進行程短、工作平穩(wěn)性差；工藝普適性不強；取心效率和質(zhì)量受地層影響嚴重；鉆進效率不高；不易實現(xiàn)斜孔鉆進。立軸式鉆機的缺點表現(xiàn)在：72）坑道鉆機 目前，國內(nèi)全液壓動力頭式坑道鉆機的代表產(chǎn)品有煤炭科學研究總院西安分院的MK系列鉆機、重慶分院的ZSM和ZY系列鉆機、撫順分院的MYB和KY系列鉆機，這些鉆機的能力均在500m以內(nèi)，顯然不能完全滿足深部找礦的需要。 8MK系列鉆機 9102、金剛石繩索取心技術(shù) 繩索取心(W

4、L)鉆探技術(shù)被稱為鉆探技術(shù)第一次革命，已有近60年的推廣應(yīng)用歷史。在全球地質(zhì)找礦鉆探施工中是應(yīng)用最廣泛、綜合地質(zhì)效果最佳的鉆探技術(shù)。 自上世紀70年代中期我國開始推廣應(yīng)用，但在應(yīng)用廣度和深度上與國外發(fā)達國家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術(shù)完成的巖心鉆探工作量仍不足全部固體礦產(chǎn)巖心鉆探工作量的30%。國產(chǎn)繩索取心鉆具存在材質(zhì)不佳、加工質(zhì)量差、易折斷和脫扣等問題，不能滿足1000米以深鉆孔的需要。而深部找礦一般采用的替代方案是使用內(nèi)徑可以通過繩索取心鉆具內(nèi)管的普通鉆桿來完成鉆孔取心作業(yè)，這就在完成取心作業(yè)的同時增大了鉆孔工作量。例如89mm鉆桿+75mm型繩索取心鉆具+94mm鉆頭的鉆具組合

5、。 11 金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取心技術(shù)應(yīng)用于深部找礦的另一個原因。自上世紀60年代開始研究，70年代開始推廣金剛石鉆探技術(shù)以來，我國金剛石鉆頭制造水平有了很大提高，但是其使用效果與國外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復合材料方面進行了大規(guī)模的攻關(guān)研究，制造了一些聚晶、復合片產(chǎn)品，但其性能也遠遠趕不上國際水平。這就使得國內(nèi)金剛石鉆頭鉆進壽命短、效率偏低。據(jù)調(diào)查，我國的金剛石鉆頭壽命在硬巖地層還不足40米。 123、反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù) 反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)被稱為鉆探技術(shù)第二次革命。它采用壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)，利用雙壁鉆桿以沖擊回轉(zhuǎn)全面碎巖和連續(xù)巖屑作為地質(zhì)樣品的方

6、式鉆探施工，隨著鉆進的不斷進行，巖屑被高速氣流連續(xù)地經(jīng)雙壁鉆桿的中心攜帶至地表，并按照順序?qū)r屑收集起來作為地質(zhì)化驗分析的地質(zhì)樣品。 13 國內(nèi)外大量的鉆探施工經(jīng)驗證明，采用該法獲取的地質(zhì)樣品不僅完全能達到確定礦體埋藏深度、礦體厚度、品味等物化參數(shù)的基本要求，而且其鉆探施工速度要比傳統(tǒng)的取柱狀巖心施工速度提高5-10倍，施工成本也將大大降低。根據(jù)2006年有關(guān)統(tǒng)計資料，反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)在澳大利亞完成鉆探工作量的比例超過80%。我國在上世紀80年代中期曾開展了該項技術(shù)的研究并進行推廣應(yīng)用，但由于地質(zhì)上是以巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀巖心，且需使用特殊的雙壁鉆桿，所以推廣應(yīng)用受到較大阻力。14

7、值得關(guān)注的是目前國際地質(zhì)鉆探承包商和礦業(yè)投資者已經(jīng)提出了取心取樣相結(jié)合的地質(zhì)勘探新概念，并在一些國家開始應(yīng)用，取得了比任何單一方法效率及地質(zhì)效果都要好的結(jié)果，大幅度提高了鉆進效率、降低了成本。著名的國際鉆探設(shè)備制造商瑞典Atlas Copco公司已經(jīng)開始推廣這項綜合取心（樣）鉆探技術(shù)。我國則沒有這方面的應(yīng)用研究。154、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù) 勘探技術(shù)研究所于上世紀60年代開始此項技術(shù)的研究，經(jīng)過幾十年的開發(fā)、改進，已經(jīng)形成不同用途、多種規(guī)格的系列液動沖擊器。特別是YZX127型液動潛孔錘在2006年完工的中國大陸科鉆一井施工中創(chuàng)下了總進尺4038.88m、平均小時效率1.13m、平均回次長度6

8、.31m的好成績。但是在普通鉆探生產(chǎn)條件下，由于泥漿固控系統(tǒng)還停留在傳統(tǒng)的泥漿池加循環(huán)槽讓巖粉自然沉淀的水平，在鉆進過程中泥漿固相含量較高，導致液動潛孔錘內(nèi)的零件頻繁卡死，工作壽命大幅度降低，從而導致提鉆頻繁。在推廣過程中，其優(yōu)點雖為大家所認識和接受，但是實際應(yīng)用卻較少。165、空氣泡沫鉆探技術(shù) 該技術(shù)是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點科研攻關(guān)項目，由勘探技術(shù)研究所、長春地質(zhì)學院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關(guān)生產(chǎn)單位聯(lián)合完成。經(jīng)過不同環(huán)境條件及機具試驗研究總結(jié)了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進規(guī)程。由于其后正值地質(zhì)鉆探工作量銳減，而此技術(shù)在初期投資、能耗和后期泡沫劑回收方面的費用都比普通鉆

9、進技術(shù)高，因此其推廣應(yīng)用處于停滯狀態(tài)。 176、高精度受控定向（取心）鉆探技術(shù)及巖心定向技術(shù) 受控定向鉆探技術(shù)是一種可以使鉆孔軌跡按照預定方向前進的特殊鉆探技術(shù)，該項鉆探技術(shù)還可以實現(xiàn)在一個主孔內(nèi)鉆進多個分支孔的羽狀鉆孔。自上世紀80年代，勘探技術(shù)研究所研究、推廣應(yīng)用受控定向鉆探以來，該技術(shù)已成功應(yīng)用于我國的鹽鹵礦、芒硝礦等水溶性礦產(chǎn)的開采領(lǐng)域。特別是該所承接并完成的土耳其Beypazari天然堿礦工程項目，其控制精度在0.5m以內(nèi)，標志著我國的高精度受控定向鉆探施工進入國際先進水平行列。在普通鉆孔難以到達的勘探部位和坑道內(nèi)以及陡斜礦體的勘探中，利用高精度受控定向（取心）鉆探技術(shù)可以明顯減少鉆

10、探工作量和施工費用。唯一遺憾的是該技術(shù)在定向造斜段無法連續(xù)取心。 18 巖心定向技術(shù)，是通過對孔底巖心作定向標記，從而獲取帶有定向標記方位角的定向巖心，對定向巖心復位測量或計算,即可求解出巖層層面或斷裂面的產(chǎn)狀。這項技術(shù)已經(jīng)在石油勘探開發(fā)中廣泛應(yīng)用。由于地質(zhì)巖心直徑較小，地質(zhì)鉆探取心對這項技術(shù)關(guān)注熱度不夠。19三、解決深部找礦中的關(guān)鍵技術(shù)問題的對策 1、巖心鉆探設(shè)備方面 （1）加快全液壓動力頭地表巖心鉆機的國產(chǎn)化進程和現(xiàn)有立軸式鉆機的改進。各地質(zhì)勘探部門對地表深孔鉆探設(shè)備和坑道鉆探設(shè)備有著迫切需求，目前國內(nèi)比較先進的地表深孔地質(zhì)巖心鉆機處于起步階段，一些關(guān)鍵部件、配件等仍需進口，因此，在巖心鉆

11、探設(shè)備上，采取技術(shù)革新與技術(shù)改進兩頭并舉的策略。在加快全液壓動力頭式巖心鉆機研制并將其系列化的同時，加強立軸式巖心鉆機的改進。立軸式巖心鉆機的改進，應(yīng)在CD系列鉆機的基礎(chǔ)上加強鉆機工作的可靠性及對鉆探工藝的普適性。國外改進的新型立軸式巖心鉆機代表性產(chǎn)品有俄羅斯的-4、-5型鉆機、加拿大的BBS系列鉆機和日本NLC公司的NL-55、L-44鉆機等。20（2）加快坑道鉆探設(shè)備的能力、功能的提升。在危機礦山接替資源的勘探中，對某些成礦模式的地層，在現(xiàn)有的數(shù)百米深的地下坑道或開采區(qū)內(nèi)，利用坑道鉆探設(shè)備來進行深部巖心鉆探工作，可以充分揭露深部地層，節(jié)約鉆探費用和時間，提高勘探效率?？拥楞@探設(shè)備應(yīng)以提升設(shè)

12、備能力、完善設(shè)備功能和實現(xiàn)機電液一體化為主要目標，并形成300-1000m范圍內(nèi)的完整產(chǎn)品體系，達到深部找礦要求。21（3）加快先進巖心鉆探設(shè)備的推廣。巖心鉆探設(shè)備推廣應(yīng)用的最終結(jié)果是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而產(chǎn)業(yè)化又是降低生產(chǎn)成本和銷售價格的有效手段，這又反過來推動著巖心鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用。因此，巖心鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用過程就是設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化過程。目前，國內(nèi)一些機構(gòu)在全液壓動力頭式鉆機的研發(fā)進展已經(jīng)取得了一些成績，例如，由勘探技術(shù)研究所2006年研制的YDX-3型全液壓動力頭式巖心鉆機，其S75鉆具的鉆深能力為1000m，成本比進口鉆機降低了一半以上，受到了廣泛關(guān)注并已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)。另外，其1500m全液壓

13、巖心鉆機和KD-600型坑道鉆機也在積極地進行項目申報，爭取形成系列化，推動此類鉆機的產(chǎn)業(yè)化進程，以進一步降低成本。22圖1 YDX-3型全液壓動力頭式巖心鉆機23 2、巖心鉆探器具及工藝方法方面 （1）加強信息情報收集，積極開展行業(yè)間信息交流，推動學科交叉合作?；仡欍@探技術(shù)發(fā)展的幾十年，情報部門提供了金剛石鉆進技術(shù)、定向鉆進技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)等一系列科技信息，對國內(nèi)鉆探工程界有很大的啟發(fā)，為在國內(nèi)科技攻關(guān)立項、研發(fā)、創(chuàng)新、模仿或引進技術(shù)起到了重要作用3。在上世紀90年代，由于我國地質(zhì)鉆探工作量的銳減，一些先進的鉆探技術(shù)在其他行業(yè)已經(jīng)得到了成熟應(yīng)用。鉆探技術(shù)的一些新技術(shù)新方法也隨著材料、機

14、械、電子信息等學科的發(fā)展而發(fā)展。如果我們閉門造車，不僅研究成果的先進性和適用性難以保證，而且還可能重復研究，造成大量資源浪費。24（2）加快新型基礎(chǔ)鉆具的研制和新工藝技術(shù)的完善。新型高壽命金剛石鉆頭、高強度深孔繩索取心鉆桿、新型深孔雙壁鉆桿的研制是保證金剛石繩索取心鉆進技術(shù)、反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆進技術(shù)安全、經(jīng)濟、高效的服務(wù)于深部地質(zhì)找礦工作的基礎(chǔ)鉆具，對于提高這些技術(shù)應(yīng)用的可靠性、經(jīng)濟性有著重要作用。目前這些基礎(chǔ)鉆具有的已經(jīng)由勘探所立項研究，有的正在申報立項。 空氣泡沫鉆進與普通泥漿鉆進比較，有著節(jié)水、增加鉆效、提高鉆頭壽命及對巖心無污染且不易堵心等優(yōu)勢，在深部找礦工作中，特別是在泥漿使用受

15、限制的區(qū)域，該技術(shù)都有一定的應(yīng)用前景，經(jīng)過10余年的停滯，該工藝技術(shù)的成熟度相應(yīng)的有所降低，做好工藝技術(shù)的完善是其推廣應(yīng)用的前提。25（3）加強巖心鉆探器具及工藝方法的系統(tǒng)化研究，增強鉆探器具的功能、提高工藝方法的適應(yīng)性，利用現(xiàn)有技術(shù)集成、整合出新。多功能、一體化，是國外鉆具發(fā)展的一個方向，我國巖心鉆探器具也應(yīng)利用現(xiàn)有技術(shù)和工藝實現(xiàn)功能整合。例如勘探所研制的具有創(chuàng)新和多技術(shù)集成的“三合一”（螺桿馬達+液動錘+繩索取心）鉆具，并且在大陸科鉆一井中成功使用，使我國的鉆探技術(shù)邁上了一個新的臺階。該技術(shù)達到了國際先進水平。勘探所為解決定向造斜段不能連續(xù)取心問題正在研制的定向造斜段連續(xù)繩索取心工具及正在

16、申報立項的中空式液動錘繩索取心工具、繩索取心與反循環(huán)連續(xù)取樣結(jié)合的組合鉆探技術(shù)也屬于此范疇。26（4）建立健全先進鉆探設(shè)備、工藝方法的推廣機制，建設(shè)利用先進鉆探設(shè)備、工藝方法的鉆探樣板工程。在我國，深部找礦中可以利用的先進鉆探技術(shù)大都起步于上世紀60-80年代，近幾十年來專業(yè)科研機構(gòu)已經(jīng)做了大量的研究改進工作，但是目前的應(yīng)用情況卻仍有待加強。國外礦業(yè)公司投資的進入為這一機制的建立創(chuàng)造了條件，國外礦業(yè)公司在相同情況下，更傾向于利用其國內(nèi)成熟的鉆探技術(shù)來完成鉆孔勘探，我們可以以此為契機使其成為利用先進鉆探設(shè)備、工藝方法的示范，供相關(guān)科研機構(gòu)、技術(shù)部門學習、交流、探討，加快先進鉆探技術(shù)的消化吸收和推廣應(yīng)用。 27（5）注重鉆探從業(yè)人員的培訓工作，提高鉆探人員的素質(zhì)。深部找礦的設(shè)備和儀器更加精密，操作更加自動化。沒有高素質(zhì)的從業(yè)人員保障，不僅不利于新技術(shù)的推廣應(yīng)用，而且也很難保證高質(zhì)量的完成深部找礦的鉆探工作。28四、結(jié) 論 深部找礦中的關(guān)鍵技術(shù)問題，歸根結(jié)底是新深度、新要求與研發(fā)新技