探礦工程新技術研究與思考

夏遠盛

（遼寧陸海基礎工程有限公司，遼寧 大連116000）

隨著國家經濟的飛速發展，礦產資源的供給和保障問題已成為制約國家建設和國民經濟發展的瓶頸。全國大多數經濟較發達地區的淺部礦產資源已被探明、開采而趨于枯竭。現有的1600 多個大中型礦山企業幾乎都面臨資源危機， 有相當一部分礦山企業生產到了中晚期，保有儲量銳減，一些老礦山經過幾十年乃至上百年的開采已經到了枯竭階段。 資料表明:我國多數礦山的勘查深度一般在500m 以淺，而相當一部分危機礦山的深部和外圍存在著許多未經充分勘查的成礦遠景區，深部找礦潛力巨大。 國內外經驗表明，進行深部找礦，在地質測量、物化探圈定礦床勘查靶區后，最關鍵的技術就是用鉆探取出實物樣，經觀察、研究、分析、計算后確定其產狀、成分、儲量、埋藏空間、開采條件等技術經濟數據，做出開采利用的正確評價。因此，鉆探工作的成功與否直接關系著地質找礦的成敗，而在深部地質找礦中，鉆探技術起著最終決定性、不可替代的關鍵作用。

1 我國深部找礦鉆探技術的發展現狀

我國于20 世紀70 年代中期開始研究并在地質找礦中推廣應用金剛石WL 鉆進技術，總鉆探工作量達400×10-m，鉆進速度和臺月效率大幅度提高，在地質找礦中發揮了重要作用，獲得了國家科技進步一等獎。但近20 余年來，由于礦產勘探工作量銳減及鉆探施工單位向建筑基礎領域的轉產，金剛石WL 鉆探技術的應用也明顯減少，該項技術與WL 相關鉆具的發展比較緩慢。在應用廣度和深度上與國外先進國家相比存在較大差距，特別是WIJ 鉆探用鉆桿的使用壽命、可靠性、鉆進效率和鉆進孔深等多項指標落后于美、德、日等發達國家，利用Wl 二鉆探技術完成的巖芯鉆探工作量仍不足全部固體礦產巖芯鉆探工作量的1/3。

在鉆探技術方法方面，我國開展了很多研究工作，取得了大量研究成果。

1.1 液動錘鉆進技術

從1958 年底開始進行研究，到20 世紀80 年代末，我國的液動錘研究進人鼎盛時期。 液動錘累計鉆探進尺超過了百萬米，取得了良好的技術、經濟效果，粗略統計可提高鉆進效率30%-50%以上，同時還可明顯提高鉆孔質量和巖芯采取率、延長回次進尺、降低材料消耗。進人20 世紀90 年代，對該項技術的研究應用也轉向對油田、水文水井和工程施工用大口徑液動錘的研究。研究重點是對提高液動錘的單次沖擊功和能量利用率方面進行深人研究， 研制成功ZC-800、YYQ-178、Q-150、SYC-178、YS-219 等型號以及YZX 系列的液動錘。 直到1997 年，中國地調局勘探技術研究所研制了一種新型的液動錘，液動錘靜密封的耐高溫性能、可靠性以及對深孔背壓適應性都有了改善和提高。 他們研制的YZX127 液動錘被連續鉆進了近500 個回次，在較為復雜的泥漿環境中創造了單井總進尺3485.71m、 最大應用深度達5118.Zm 的世界紀錄。 液動錘鉆進技術在大陸科學鉆探工程中的成功應用，在推動了我國鉆探技術水平的進步、拓寬應用領域起到了非常重要的作用，得到眾多國外同行的高度評價。但是，對深孔條件下液動錘工作性能的理論分析研究尚待進一步深人。特別是在普通鉆探生產條件下， 由于泥漿固控系統還停留在傳統的巖粉自然沉淀的水平，鉆進過程中泥漿固相含量較高，導致液動錘內部零件頻繁卡死，工作壽命大幅度降低，從而導致提鉆頻繁。在推廣過程中，液動錘鉆進的優點雖為大家所認識和接受，但是實際應用還較少。

1.2 受控定向鉆探技術(簡稱定向鉆探)

我國自20 世紀80 年代開始，開展了固體礦產定向鉆探技術的研究。 原地礦部把“定向鉆探技術研究”列為“六五”重點科技攻關項目，重點開展了“定向孔連續造斜器及配套工具與施工工藝研究”和“螺桿鉆隨鉆測量定向鉆探配套器具及施工工藝研究”。 前者在研制成功LZ-73 造斜器的基礎上， 又先后研制了LZ-54、LZ-89 造斜器及SQ-73 隨鉆取芯造斜器等； 后者成功研制了與WL 鉆桿配套使用的DG-38 型定向儀、 與普通Φ50mm 鉆桿配套使用的DX 一38 型定向儀和YS-l 型、25-1 型、GSX-40 型隨鉆定向監測儀以及其它配套機具與鉆進工藝，研究工作均獲得成功，相繼獲得原地礦部科技成果一等獎。該成果已在國內多個固體礦床勘查中推廣使用。 此后，隨地質勘探工作量的銳減，該項技術在地質勘探領域處于停滯狀態。不過，同時在石油探采和鉀鹽、鈉鹽探采領域得到進一步研究和發展，已形成較完善的水平井、對接井技術。

1.3 氣動錘RC 鉆探技術

該項技術主要有兩種類型。 一種是由帶RC 取芯(樣)鉆頭的貫通式氣動錘+雙臂鉆桿來實現，即貫通式RC 鉆探技術；另一種是由普通氣動錘+交叉通道接頭+雙臂鉆桿實現，即RC 或CSR 鉆探技術。 我國自20 世紀80 年代開始對該技術進行研究。前者主要有原長春地質學院進行研究， 并相繼研發了GQ 系列貫通式潛孔錘和相應的RC 取芯(樣)鉆頭等，特別對RC 取芯(樣)鉆頭的RC 機理和引射器原理及內部流場等方面做了大量研究工作，并取得了多項研究成果。 后者主要由勘探技術研究所等單位進行研究，1987 年引進加拿大鉆機進行CSR鉆探試驗；另外還相繼開發了專用設備、不同規格的雙壁鉆桿以及輔助器具等，并在個別礦區進行應用。 只有當礦區地層特別復雜無法成孔取芯時才進行試驗應用。 如新疆白干湖鎢錫礦、河南柒川縣三道莊鑰礦、 河南篙縣金礦等復雜地層地質勘探中均采用了貫通式氣動錘RC 鉆探技術。

2 探礦工程的深部找礦技術存在的主要問題

作為新型的探礦技術，深孔鉆探面臨很大的風險和挑戰，除鉆遇的地層類型多、復雜多變等客觀因素外，在深孔鉆探設備、鉆探方法和工藝方面存在以下主要問題。

2.1 鉆探設備落后，無法滿足深部鉆探需要

我國目前采用的鉆機大多還是20 世紀70 年代研制的立軸鉆機，幾年前鉆進能力最深為1500m，近幾年才研制了2000m 鉆機和3000m樣機。 該類鉆機從小(型)到大(型)結構、性能基本一致，其給進行程短、啟動不平穩、加接鉆桿慢等特點不利于深孔鉆探。動力頭鉆機的研發、生產還剛剛開始，已投人使用的鉆機其鉆探施工能力不強，最大也只有1500m(2000-2500m 的正在研發)，不能滿足1500m 以深的鉆探需要。

2.2 鉆桿材質較差

性能不能支持深部鉆探過去大量采用的WL 鉆桿只適用于1000m 左右的鉆孔。 近幾年不少廠家生產的加強型(加重型)鉆桿雖已突破2000m，但對更深鉆孔能否適用依據不足。

2.3 鉆探技術方法相對落后，仍然有待不斷完善

作為世界上應用最多、地質效果最佳的金剛石WL 鉆探技術無疑還是目前深孔鉆探的首選技術方法，但由于我國的金剛石鉆頭在硬巖鉆進中的壽命不高，隨著孔深的增加，使WL 鉆探不提鉆取芯的優勢大打折扣，將會影響深孔鉆探的效率。

2.4 沖洗液性能不佳

無法滿足深孔鉆探的需要深孔鉆探要求沖洗液應具有很好的護壁性、潤滑性和流變性，以保護孔壁穩定、減摩降阻和減少環空壓力。目前生產現場常用的低固相和無固相沖洗液還不能很好地滿足要求，尤其是在復雜地層，還需要采用具備相應性能的沖洗液。

3 結束語

深部找礦在我國是一個新問題、新領域。 是我國探礦工程中的新技術，需要我們共同研究，以促進技術不斷成熟進步。

［1］良模.山東深孔鉆探取得顯著成績[J].探礦工程·巖土鉆掘工程，1990(6):16－18.

［2］王達.探礦工程(地質工程)未來20 年科技發展戰略研究[Z].2004.

［3］地質礦產部科學技術司.探礦工程科技進步100 例[M].北京：地震出版社，1998.

［4］劉廣志.超深井鉆探意義、作用與現狀綜述[J].國外地質勘探技術，1987：8－9.