深部找礦重要鉆探技術對策

1、深部找礦中的關鍵鉆探技術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)濟建設做出了巨大貢獻，地質(zhì)鉆探技術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，對鉆探技術提出了更高的要求，文章分析了現(xiàn)階段鉆探技術服務于深部找礦工作存在的一些問題，并提出了相應的對策。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、遙感技術等新探測技術外，最終還需要使用鉆掘（探）技術來取心取樣，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）的關鍵技術是鉆探設備、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、深部找礦中的關鍵鉆探技術問題1）地表巖心鉆機

3、國內(nèi)的主力設備仍是上世紀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 繩索取心(W

4、L)鉆探技術被稱為鉆探技術第一次革命，已有近60年的推廣應用歷史。在全球地質(zhì)找礦鉆探施工中是應用最廣泛、綜合地質(zhì)效果最佳的鉆探技術。 自上世紀70年代中期我國開始推廣應用，但在應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應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 反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術被稱為鉆探技術第二次革命。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年有關統(tǒng)計資料，反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術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的研究并進行推廣應用，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，所以推廣應用受到較大阻力。14

7、值得關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。我國則沒有這方面的應用研究。154、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術 勘探技術研究所于上世紀60年代開始此項技術的研究，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，但是實際應用卻較少。165、空氣泡沫鉆探技術 該技術是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點科研攻關項目，由勘探技術研究所、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、進技術高，因此其推廣應用處于停滯狀態(tài)。 176、高精度受控定向（取心）鉆探技術及巖心定向技術 受控定向鉆探技術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，該項鉆探技術還可以實現(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，勘探技術研究所研究、推廣應用受控定向鉆探以來，該技術已成功應用于我國的鹽鹵礦、芒硝礦等水溶性礦產(chǎn)的開采領域。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在定向造斜段無法連續(xù)取心。 18 巖心定向技術，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。這項技術已經(jīng)在石油勘探開發(fā)中廣泛應用。由于地質(zhì)巖心直徑較小，地質(zhì)鉆探取心對這項技術關注熱度不夠。19三、解決深部找礦中的關鍵技術問題的對策 1、巖心鉆探設備方面 （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備和坑道鉆探設備有著迫切需求，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，一些關鍵部件、配件等仍需進口，因此，在巖心鉆

11、探設備上，采取技術革新與技術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，應在CD系列鉆機的基礎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@探設備應以提升設

12、備能力、完善設備功能和實現(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備的推廣。巖心鉆探設備推廣應用的最終結(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備的推廣應用。因此，巖心鉆探設備的推廣應用過程就是設備的產(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，受到了廣泛關注并已經(jīng)應用到生產(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@探技術發(fā)展的幾十年，情報部門提供了金剛石鉆進技術、定向鉆進技術、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術等一系列科技信息，對國內(nèi)鉆探工程界有很大的啟發(fā)，為在國內(nèi)科技攻關立項、研發(fā)、創(chuàng)新、模仿或引進技術起到了重要作用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在其他行業(yè)已經(jīng)得到了成熟應用。鉆探技術的一些新技術新方法也隨著材料、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）加快新型基礎鉆具的研制和新工藝技術的完善。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、反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆進技術安全、經(jīng)濟、高效的服務于深部地質(zhì)找礦工作的基礎鉆具，對于提高這些技術應用的可靠性、經(jīng)濟性有著重要作用。目前這些基礎鉆具有的已經(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，該技術都有一定的應用前景，經(jīng)過10余年的停滯，該工藝技術的成熟度相應的有所降低，做好工藝技術的完善是其推廣應用的前提。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性，利用現(xiàn)有技術集成、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利用現(xiàn)有技術和工藝實現(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，使我國的鉆探技術邁上了一個新的臺階。該技術達到了國際先進水平?？碧剿鶠榻鉀Q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)合的組合鉆探技術也屬于此范疇。26（4）建立健全先進鉆探設備、工藝方法的推廣機制，建設利用先進鉆探設備、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備、工藝方法的示范，供相關科研機構(gòu)、技術部門學習、交流、探討，加快先進鉆探技術的消化吸收和推廣應用。 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，不僅不利于新技術的推廣應用，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 深部找礦中的關鍵技術問題，歸根結(jié)底是新深度、新要求與研發(fā)新技