深部鉆探技術研究

■王勝

（廣東省有色地質勘查院 廣東廣州 510000）

深部鉆探技術研究

■王勝

（廣東省有色地質勘查院 廣東廣州 510000）

主要以深部地質找礦工程中的深部鉆探技術作為研究對象，較為全面地論述了深部鉆探技術及其應用。深部鉆探技術是實現深部地質找礦的主要技術手段，在我國礦產資源日益緊張，地質災害頻發，以及深部探測計劃的逐步實施的大背景下，開展對深部鉆探技術的研究是十分必要的。隨著找礦深度的不斷加大，深部鉆探技術在地質找礦中必將發揮越來越重要的作用。

深部鉆探技術深部地質找礦

近年來，隨著我國礦產資源的日益緊張，地質災害頻發，以及我國深部探測計劃的逐步實施，深部地質資源的勘探及地質研究工作顯得越來越重要，國家在深部地質找礦方面投入巨資，并加快了大陸科學鉆探工程的實施。事實上，我國礦產資源分布廣泛，但目前我國礦產資源探明程度僅為全部礦產資源量的1/3左右，在地質找礦方面還有相當大的潛力。據統計，在我國地質找礦勘查工作的平均深度范圍為300~500m，而在西方發達國家的勘查深度平均在800m左右[1]。深部鉆探作為實現深部地質找礦的主要技術手段，對其展開研究是極其必要的。

1 鉆探技術在深部地質找礦工作中的重要性

眾所周知，經濟要發展，地質須先行。地質工作是經濟和社會發展的先行性基礎工作，地質找礦直接為經濟和社會發展提供資源保障及物質基礎，隨著我國經濟和社會的高速發展，工業化及城鎮化節奏加快，因此對地下資源的消耗與需求呈逐年增加的趨勢，礦產資源緊缺的供需矛盾日益凸顯，該問題已成為制約我國經濟建設及發展的“瓶頸”，加強地質工作，保證礦產資源的供給是我國當前及今后經濟建設的一項重要任務[2]。據統計，在我國多數礦山的勘查深度一般為500m以淺，而大部分經濟較發達地區的淺部礦產資源已被探明、開采而瀕臨枯竭。據可靠資料表明，我國很多危機礦山的深部及外圍存在著許多未經充分勘查的成礦遠景區，危機礦山接替資源找礦試點項目取得階段性成果和最新的成礦理論也表明在我國大陸深部蘊藏著豐富的礦產資源，找礦潛力巨大。地質找礦工作離不開鉆探，鉆探工程是礦產勘查的重要技術方法之一，從目前國內、外深部地質勘探技術發展現狀來看，還沒有一種地質探測技術能夠完全取代鉆探技術，要想準確確定地下礦產資源的賦存情況就必須要進行鉆探取心（樣），鉆探工程是礦產勘查的重要技術方法之一，它是能夠直接從地下巖層獲取巖心實物樣品的唯一手段，只有取到巖心的實物樣品才能驗證礦藏的存在，也只有通過大量的鉆探工作量才能獲得可靠的礦產儲量信息，可以說鉆探工作的成功與否在一定程度上將直接決定著地質找礦的成敗，通過對深部找礦鉆探技術進行深入的研究可為深部找礦提供有力、可靠的技術保障。

2 深部地質找礦工作中的鉆探技術面臨的客觀困難

深部鉆探并不是淺孔鉆探的簡單延伸或長度的放大，深部鉆探有著淺孔施工所不具備的許多困難，具體表現為：（1）鉆遇復雜地層多。深部地質構造復雜程度高，所鉆穿的巖石層位較多，鉆遇堅硬、破碎、風化、松散、軟弱、水敏、漏失等復雜地層的概率較大，甚至鉆遇多種復雜地層交替或同時存在著，相應的解決技術措施復雜；（2）易孔斜，鉆孔偏斜距離大；（3）巖石樣品采取困難。深部地質作用力大、復雜層位多且巖石取樣難問題尤為突顯；（4）鉆探施工成本高。深孔鉆探所需設備大，能耗高，鉆遇的復雜地層較多，技術處理費用高，對鉆探工藝技術的要求較特殊，鉆探作業時的負荷大，孔內易發生事故且事故處理難度大、耗費高，導致蒙受巨大損失，因此有效防止孔內事故的發生是深部鉆探施工作業中的首要事項，此外深部鉆探的輔助時間多，純鉆進時間相對較少，材料消耗大，維修停產等待多，設備笨重搬遷困難，生產效率呈指數降低，而成本呈指數增加，需要成倍的經濟投入作為支撐[3]。

3 深部地質找礦工作中的鉆探方法

深部地質找礦工作中的鉆探方法主要有八種：（1）提鉆取心鉆探方法。按取心鉆具結構可分為單管取心和雙管取心兩種形式；按鉆進時內管是否轉動可分為單動雙管和雙動雙管；（2）WL鉆探方法。該方法主要是金剛石WL鉆進方法，可大大減少起下鉆次數，有效減少輔助時間，提高純鉆進時間利用率，也就提高了鉆探作業效率，鉆孔越深效果越明顯；（3）液動錘提鉆取心鉆探方法。該方法能夠大幅提高硬巖鉆進時效，有效減少孔斜及巖心堵塞，提高鉆頭使用壽命，降低鉆探成本，提高綜合效益；（4）液動錘WL鉆探方法。該方法是將液動錘與金剛石WL鉆探方法相結合，可充分發揮液動錘鉆進時有效減少巖心堵塞及WL鉆進時提鉆次數少、縮短輔助時間的優勢，能夠有效提高機械鉆速、回次進尺與鉆頭壽命并減輕孔斜；（5）不提鉆換鉆頭方法。該法可大大縮短輔助時間，減少了起下鉆產生的壓力激動，有利于保護孔壁。研究表明，上述的五種深部鉆探方法中，液動錘WL鉆探取心方法效率最高，對于深孔鉆探非常有利；WL方法效率次之，較適合深孔鉆探；而提鉆取心方法效率最低，最不適宜于深孔鉆探。（6）受控定向鉆探方法。該法能確保鉆探作業質量，解決常規鉆探很難解決或無法解決的施工難題，能夠節約許多鉆探工作量，避免或減少因各種原因造成的鉆孔報廢工作量，此外該法還能使復雜孔內事故簡單化，節約鉆探成本，加快鉆探進程。（7）氣動錘RC鉆探方法。該法常用于深部地質找礦工作中鉆孔上部中硬以上基巖地層，其鉆探效率高，成本低，但由于受到空壓機和雙壁鉆桿額定壓力的限制，使得其只適用于深部鉆探的上部孔段施工。（8）水泵泡沫增壓鉆探方法。該法是解決低壓漏失，水敏性地層，缺水干旱、沙漠地帶以及寒冷、永凍層鉆探施工難題的有效技術手段[1,4,5]。

4 深部地質找礦工作中的鉆探技術展望

深部地質找礦工作中的鉆探技術面臨復雜的孔內環境條件，因此需要不斷總結提高生產技術水平、完善操作規程，應制定或研究相應的科學合理的施工工藝，努力提升深部地質找礦中的鉆探技術水平[6]。具體包括：（1）合理選擇設計鉆孔軌跡及鉆孔結構，合理進行鉆具組合，盡可能降低沖洗液沿程壓力損失；（2）研制新型有效的護壁堵漏材料，沖洗液類型采用耐高溫，剪切稀釋性能好，潤滑性能好，護壁穩定性好，攜帶巖屑能力強的無固相或低固相沖洗液；（3）研究深部鉆探時的導向鉆進彎曲強度或曲率規律，盡量做到曲率可控，研究鉆桿柱的抗彎強度及保證相關測量儀器的順暢通過對導斜彎曲強度或曲率的限制，探索彎曲鉆孔柔桿鉆進技術；（4）研究包括常規鉆進與定向鉆進等方面的鉆進工藝，盡可能有效避免修孔卡鉆、修孔劈直等事故的發生，重點研究的鉆進技術有液動孔底螺桿馬達受控定向鉆探技術、復雜地層跟管鉆進技術、液/氣動潛孔錘鉆進技術、空氣反循環中心連續取心鉆進方法以及液動沖擊錘繩索取心鉆探等；（5）研究分支孔鉆進施工工藝，包括側鉆分叉、套管開窗、輔助導斜器具安放打撈等一系列工序問題，研制專用輔助導斜器具及安放打撈工具；（6）改進鉆機結構，實現回轉獨立制動功能，以解決因鉆機功能缺陷及定向鉆進防轉制動工序復雜而造成的操作失誤帶來的導向偏差問題，此外全液壓動力頭式巖心鉆機應是深部地質找礦鉆探裝備今后的發展方向。

5 結語

在當今我國礦產資源消耗加劇，礦產資源緊缺的供需矛盾日益凸顯，地質災害頻發，以及深部探測計劃的逐步實施的大背景下，深部地質資源的勘探及地質研究工作顯得越來越重要，因此對于深部鉆探技術的研究及發展就顯得極為重要。深部鉆探技術是發展我國深部地質找礦與深部探測計劃的主要技術手段，其客觀難度大，需要各方面高度重視并進行深入研究，依靠國家及企業等多方面的資金投入進行扶持，大力開展深部鉆探技術的研發工作，制定科學、專業的標準和規范，努力早日實現“理論上水平，裝備上臺階，技術大飛躍”的三步走戰略。

[1]孫丙倫.深部找礦組合鉆探技術研究 [D].長春：吉林大學，2009.

[2]張林霞，李藝，周紅軍.我國地質找礦鉆探技術裝備現狀及發展趨勢分析 [J].探礦工程，2012,39（2）：1-8.

[3]黃才啟，劉良根.深部礦產勘探與受控定向鉆進技術方法思考 [J].探礦工程，2009（增刊）：122-124.

[4]李世忠.鉆探工藝學 [M].北京：地質出版社，1989.

[5]張祖培，殷琨，蔣榮慶，等.巖土鉆掘工程新技術 [M].北京：地質出版社，2003.

[6]張金昌.深部找礦關鍵鉆探技術問題與對策 [J].探礦工程，2011，38（11）：1-6.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-376-2

王勝（1986～），男，學士，助理工程師，研究方向為鉆探技術及地質勘查。