深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策

深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)

問題及對策中國地質(zhì)調(diào)查局勘探技術(shù)研究所全國深部找礦工作研討會甘行平1深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!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(jì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)，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深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一、概述●《全國危機礦山接替資源找礦規(guī)劃綱要》（2004~2010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?！裣喈?dāng)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(yuǎn)景區(qū)?！褡钚碌某傻V理論都表明在我國大陸深部蘊藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源?！裨谏畈空业V過程中，除了利用更成熟的地質(zhì)理論和更先進(jìn)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深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!●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(hù)、安全防護(hù)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(hù)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深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!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5深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2）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(xué)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。6深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!7深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!

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(jì)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(fù)合材料方面進(jìn)行了大規(guī)模的攻關(guān)研究，制造了一些聚晶、復(fù)合片產(chǎn)品，但其性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國際水平。這就使得國內(nèi)金剛石鉆頭鉆進(jìn)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。8深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!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(dá)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(jì)80年代中期曾開展了該項技術(shù)的研究并進(jìn)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。9深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!4、液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)

勘探技術(shù)研究所于上世紀(jì)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(jìn)，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(jìn)尺4038.88m、平均小時效率1.13m、平均回次長度6.31m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(jìn)過程中泥漿固相含量較高，導(dǎo)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(dǎo)致提鉆頻繁。在推廣過程中，其優(yōu)點雖為大家所認(rèn)識和接受，但是實際應(yīng)用卻較少。10深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!6、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(yù)定方向前進(jìn)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(jìn)多個分支孔的羽狀鉆孔。自上世紀(jì)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(biāo)志著我國的高精度受控定向鉆探施工進(jìn)入國際先進(jìn)水平行列。在普通鉆孔難以到達(dá)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。11深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!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(jìn)程和現(xiàn)有立軸式鉆機的改進(jìn)。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(jìn)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(jìn)口，因此，在巖心鉆探設(shè)備上，采取技術(shù)革新與技術(shù)改進(jìn)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(jìn)。立軸式巖心鉆機的改進(jìn)，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(jìn)的新型立軸式巖心鉆機代表性產(chǎn)品有俄羅斯的СКБ-4、СКБ-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。12深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!（3）加快先進(jìn)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(jìn)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(jìn)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全液壓巖心鉆機和KD-600型坑道鉆機也在積極地進(jìn)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(jìn)程，以進(jìn)一步降低成本。13深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!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(xué)科交叉合作。回顧鉆探技術(shù)發(fā)展的幾十年，情報部門提供了金剛石鉆進(jìn)技術(shù)、定向鉆進(jìn)技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)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(jìn)技術(shù)起到了重要作用[3]。在上世紀(jì)90年代，由于我國地質(zhì)鉆探工作量的銳減，一些先進(jìn)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、機械、電子信息等學(xué)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(jìn)性和適用性難以保證，而且還可能重復(fù)研究，造成大量資源浪費。14深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!（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(dá)+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(dá)到了國際先進(jìn)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。15深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!（5）注重鉆探從業(yè)人員的培訓(xùn)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。16深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!二、深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題1）地表巖心鉆機

國內(nèi)的主力設(shè)備仍是上世紀(jì)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17深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!●給進(jìn)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(yán)重；●鉆進(jìn)效率不高；●不易實現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)。立軸式鉆機的缺點表現(xiàn)在：18深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!MK系列鉆機

19深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!2、金剛石繩索取心技術(shù)

繩索取心(WL)鉆探技術(shù)被稱為鉆探技術(shù)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(jì)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(dá)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Φ89mm鉆桿+Φ75mm型繩索取心鉆具+Φ94mm鉆頭的鉆具組合。20深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!3、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)樣品的方式鉆探施工，隨著鉆進(jìn)的不斷進(jìn)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。21深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!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(jìn)效率、降低了成本。著名的國際鉆探設(shè)備制造商瑞典AtlasCopco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。22深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!5、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(xué)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(jìn)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進(jìn)技術(shù)高，因此其推廣應(yīng)用處于停滯狀態(tài)。

23深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!

巖心定向技術(shù)，是通過對孔底巖心作定向標(biāo)記，從而獲取帶有定向標(biāo)記方位角的定向巖心，對定向巖心復(fù)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。24深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!（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(jìn)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)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(biāo)，并形成300-1000m范圍內(nèi)的完整產(chǎn)品體系，達(dá)到深部找礦要求。25深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!圖1YDX-3型全液壓動力頭式巖心鉆機26深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!（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(jìn)技術(shù)、反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆進(jìn)技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)、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(jì)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(jìn)與普通泥漿鉆進(jìn)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。27深部找礦中的關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題及對策共29頁，您