試論深部找礦組合鉆探技術(shù)

摘要：21世紀(jì)是以信息技術(shù)為主導(dǎo)的世紀(jì)，隨著地表及淺層礦產(chǎn)資源的枯竭，深部找礦成為一個(gè)新的鉆探領(lǐng)域，對(duì)鉆探技術(shù)提出了新的要求，在鉆探技術(shù)研發(fā)中遇到了一系列的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。在本文中，筆者對(duì)深部找礦組合鉆探技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并分析了其中存在的問(wèn)題，需要不斷改進(jìn)與完善當(dāng)前的深部找礦組合鉆探技術(shù)，以適應(yīng)新形勢(shì)下深部找礦鉆探的需要。

關(guān)鍵詞：深部找礦;組合鉆探技術(shù);問(wèn)題

我國(guó)新型工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，能源資源的消耗量大幅增加，對(duì)地下礦產(chǎn)資源的需求量也較大，能源資源供應(yīng)緊張成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。由于對(duì)地表與淺層礦產(chǎn)資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，地表與淺層礦產(chǎn)資源已經(jīng)開(kāi)采殆盡，進(jìn)而轉(zhuǎn)入深部找礦開(kāi)采階段[1]。為了更好適應(yīng)深部找礦鉆探的需要，我們提出了深部找礦組合鉆探技術(shù)。在本文中，筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)深部找礦組合鉆探技術(shù)進(jìn)行了分析。

一、當(dāng)前找礦鉆探中存在的主要問(wèn)題

我國(guó)礦產(chǎn)資源找礦鉆探取得了一定的成績(jī)，但是隨著地表與淺層礦產(chǎn)資源的枯竭，開(kāi)采深層礦產(chǎn)資源成為未來(lái)的主要方向。但是目前我國(guó)的鉆探技術(shù)和設(shè)備還不適應(yīng)深部找礦鉆探的需要，存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）鉆探設(shè)備單一，且性能不優(yōu)越

截止到目前為止，在礦產(chǎn)資源找礦鉆探中，使用的多數(shù)還是20世紀(jì)70年代生產(chǎn)研制的立軸式鉆機(jī)，雖然目前一些生產(chǎn)廠家已經(jīng)能夠生產(chǎn)3000m型鉆機(jī)，但是與70年代研發(fā)的立軸式鉆機(jī)相比，僅僅在鉆進(jìn)深度上有了提高，而在啟動(dòng)平穩(wěn)性、加接慢桿等方面，仍沒(méi)有技術(shù)突破，無(wú)法適應(yīng)深部鉆探的需要。這一問(wèn)題可歸結(jié)為鉆探設(shè)備單一的問(wèn)題，由于技術(shù)上沒(méi)有突破，目前設(shè)備單一，且性能不優(yōu)越，無(wú)法適應(yīng)深部找礦鉆探的需要。

其中，立軸式鉆機(jī)的缺點(diǎn)表現(xiàn)在鉆進(jìn)效率低、工藝普適性差、不易實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)及取芯效率與質(zhì)量受地層影響較大。

而國(guó)內(nèi)全液壓動(dòng)力頭式坑道鉆機(jī)的類(lèi)型主要包括ZSM、ZY系列鉆機(jī)，MYB和KY系列鉆機(jī)，由于這些鉆機(jī)的能力大都在500m以下，所以無(wú)法適應(yīng)深部鉆探的要求。

（二）鉆探工具材料性質(zhì)的問(wèn)題

在當(dāng)前的找礦鉆探中，ML鉆桿雖然適用于100m鉆孔的鉆探，但是由于鉆探工具性能材料不佳，在鉆探更深的鉆孔時(shí)，無(wú)法保證鉆探工具的性能，面臨著極大的考驗(yàn)。鉆探工具材料的性質(zhì)問(wèn)題，是面臨的一個(gè)突出問(wèn)題。

（三）反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題

反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術(shù)是指以壓縮空氣為循環(huán)介質(zhì)，利用雙臂鉆桿沖擊回旋連續(xù)巖屑和全面碎石，進(jìn)而完成地質(zhì)取樣或取芯;與此同時(shí)，巖屑可被高速氣流連續(xù)、通過(guò)雙臂鉆桿中心帶至地表，并按順序收集作為地質(zhì)化驗(yàn)樣品。深部鉆探找礦實(shí)踐證明，利用反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術(shù)可確定礦體埋藏深度、品位、厚度等基本參數(shù)，與傳統(tǒng)的取柱巖巖心技術(shù)相比其鉆探速度高出5～10倍，使鉆探找礦成本大幅降低[2]。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，中國(guó)便開(kāi)始研究和推廣反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術(shù)，可由于地質(zhì)上大都是巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)柱狀巖心，且需配合使用雙臂鉆桿，導(dǎo)致該技術(shù)的應(yīng)用受到較大的限制。中國(guó)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

（四）沖洗液性能無(wú)法滿(mǎn)足鉆探技術(shù)要求

深部找礦鉆探技術(shù)對(duì)沖洗液性能的要求是，具有良好的流變性、潤(rùn)滑性、護(hù)臂性與對(duì)鉆頭的冷卻性。但是我國(guó)當(dāng)前所使用的沖洗液性能無(wú)法滿(mǎn)足深部找礦鉆探的技術(shù)要求。

另外，鉆探方法單一也是一個(gè)問(wèn)題，比如空氣鉆進(jìn)、液動(dòng)錘鉆進(jìn)和泡沫鉆進(jìn)繩索取芯鉆探等雖然應(yīng)用良好，但是均為單一的鉆進(jìn)方法，缺少聯(lián)合鉆探方法，而且應(yīng)用范圍較窄，未能大規(guī)模推廣。

二、深部找礦鉆探組合技術(shù)方法

在本文中，筆者主要介紹的是液動(dòng)錘鉆探與WL鉆探方法相結(jié)合的WL液動(dòng)錘鉆探方法一般的WL鉆探方法在遇到破碎底層時(shí)，常常因?yàn)閹r心堵塞而被迫中止鉆進(jìn)，無(wú)法進(jìn)行有效的鉆探;同時(shí)，在遇到堅(jiān)硬地層時(shí)，鉆探鉆頭的性能也會(huì)大幅下降，甚至可能出現(xiàn)鉆進(jìn)數(shù)米便需要更換鉆頭的現(xiàn)象[3]。這無(wú)疑會(huì)影響找礦鉆探的效率，鉆探的效益較低。這些情況的存在，均對(duì)ML鉆探方法的效率造成較大的影響，無(wú)法滿(mǎn)足深部找礦鉆進(jìn)的技術(shù)要求。而聯(lián)合了常規(guī)WL鉆探技術(shù)與液動(dòng)錘鉆探方法的WL液動(dòng)錘鉆探方法，便順利解決了這一系列的問(wèn)題。

表1""兩種鉆探方法技術(shù)技術(shù)參數(shù)表

方法

提鉆時(shí)間

回次進(jìn)尺

機(jī)械鉆速

提鉆速度

撈心速度

加單根時(shí)間

單根長(zhǎng)度

WL液錘

常規(guī)WL

105m/h

80m/h

2.8m/s

1.9m/s

1.5m/h

1.0m/h

300m/h

300m/h

1600m/h

1600m/h

0.5h

0.5h

3m

3m

通過(guò)表1可知，與常規(guī)WL鉆探方法相比，WL液動(dòng)錘鉆探方法具有一定的優(yōu)越性，在回次進(jìn)尺、提鉆時(shí)間、機(jī)械鉆速等方面，均優(yōu)于常規(guī)WL鉆探方法。而WL液動(dòng)錘鉆探方法之所以具有一定的優(yōu)越性，主要是因?yàn)樵摲椒ㄊ沟脦r心與巖心管之間，保持相對(duì)活動(dòng)的狀態(tài)，所以在較大程度上降低了巖心堵塞情況的發(fā)生率。通過(guò)提高回次進(jìn)尺長(zhǎng)度來(lái)減少提下鉆次數(shù)、縮短輔助時(shí)間。

另外，WL液動(dòng)錘鉆探技術(shù)，由于液動(dòng)錘具備沖擊碎石的功能，所以也大幅減少了鉆頭磨損，提升了鉆頭的使用年限，減少了提鉆間隔與輔助時(shí)間。該鉆探方法的沖擊回轉(zhuǎn)碎巖效率相對(duì)較高，大幅提升了機(jī)械鉆速。

圖1""常規(guī)WL與WL液動(dòng)錘鉆進(jìn)時(shí)間比較

由圖1可知，與常規(guī)WL鉆進(jìn)方法相比，WL液動(dòng)錘鉆進(jìn)在深度一定的條件下，鉆進(jìn)總時(shí)間大幅下降，且深度越深，則鉆進(jìn)總時(shí)間縮短就越明顯。比如鉆進(jìn)為200m深度時(shí)，常規(guī)WL鉆進(jìn)總時(shí)間為3286h，而WL液動(dòng)錘鉆進(jìn)僅需2354h，總時(shí)間縮短了28.4%。

綜合以上分析可知，將液動(dòng)錘鉆探方法與常規(guī)WL鉆探方法結(jié)合起來(lái)，可提高鉆進(jìn)效率，節(jié)約了鉆進(jìn)成本，提高了鉆進(jìn)的經(jīng)濟(jì)效益。但是需要注意的是，在使用聯(lián)合鉆進(jìn)方法時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制沖洗液的性能及沖洗液的固相含量，因?yàn)楹枯^大，會(huì)加快液動(dòng)錘的磨損，對(duì)鉆進(jìn)效率產(chǎn)生較大影響。只有在盡可能使用低固相或無(wú)固相沖洗液時(shí)，才能最大程度上發(fā)揮WL液動(dòng)錘的優(yōu)越性。

結(jié)語(yǔ)

深部找礦為未來(lái)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)，目前單一的找礦方法無(wú)法適應(yīng)深部找礦鉆進(jìn)的需要，需要積極尋求新的技術(shù)方法，根據(jù)找礦的實(shí)際，本研究提出了鉆探組合技術(shù)方案，且實(shí)踐證明，與單一鉆進(jìn)方法相比，組合技術(shù)具有很大的優(yōu)越性。在未來(lái)深部找礦鉆探中，鉆探組合技術(shù)的應(yīng)用空間較大，所以應(yīng)加大這方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭偉.深部找礦組合鉆探技術(shù)的應(yīng)用[J].地球，2014，10：201-202.

[2]吳畏，王文.深部找礦組合鉆探技術(shù)研究[J].地球，2015，24：142-143.

[3]李冬，張壽庭，宋要武等.深部找礦技術(shù)方法組合研究——以東秦嶺欒川礦集區(qū)為例[J].中國(guó)礦業(yè)技術(shù).2009，13：535-536.