試論深部找礦組合鉆探技術

摘要：21世紀是以信息技術為主導的世紀，隨著地表及淺層礦產(chǎn)資源的枯竭，深部找礦成為一個新的鉆探領域，對鉆探技術提出了新的要求，在鉆探技術研發(fā)中遇到了一系列的問題和挑戰(zhàn)。在本文中，筆者對深部找礦組合鉆探技術的現(xiàn)狀進行了分析，并分析了其中存在的問題，需要不斷改進與完善當前的深部找礦組合鉆探技術，以適應新形勢下深部找礦鉆探的需要。

關鍵詞：深部找礦;組合鉆探技術;問題

我國新型工業(yè)化進程不斷加快，能源資源的消耗量大幅增加，對地下礦產(chǎn)資源的需求量也較大，能源資源供應緊張成為制約我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。由于對地表與淺層礦產(chǎn)資源的過度開發(fā)，地表與淺層礦產(chǎn)資源已經(jīng)開采殆盡，進而轉入深部找礦開采階段[1]。為了更好適應深部找礦鉆探的需要，我們提出了深部找礦組合鉆探技術。在本文中，筆者結合自身工作經(jīng)驗，對深部找礦組合鉆探技術進行了分析。

一、當前找礦鉆探中存在的主要問題

我國礦產(chǎn)資源找礦鉆探取得了一定的成績，但是隨著地表與淺層礦產(chǎn)資源的枯竭，開采深層礦產(chǎn)資源成為未來的主要方向。但是目前我國的鉆探技術和設備還不適應深部找礦鉆探的需要，存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）鉆探設備單一，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70年代生產(chǎn)研制的立軸式鉆機，雖然目前一些生產(chǎn)廠家已經(jīng)能夠生產(chǎn)3000m型鉆機，但是與70年代研發(fā)的立軸式鉆機相比，僅僅在鉆進深度上有了提高，而在啟動平穩(wěn)性、加接慢桿等方面，仍沒有技術突破，無法適應深部鉆探的需要。這一問題可歸結為鉆探設備單一的問題，由于技術上沒有突破，目前設備單一，且性能不優(yōu)越，無法適應深部找礦鉆探的需要。

其中，立軸式鉆機的缺點表現(xiàn)在鉆進效率低、工藝普適性差、不易實現(xiàn)斜孔鉆進及取芯效率與質量受地層影響較大。

而國內全液壓動力頭式坑道鉆機的類型主要包括ZSM、ZY系列鉆機，MYB和KY系列鉆機，由于這些鉆機的能力大都在500m以下，所以無法適應深部鉆探的要求。

（二）鉆探工具材料性質的問題

在當前的找礦鉆探中，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，無法保證鉆探工具的性能，面臨著極大的考驗。鉆探工具材料的性質問題，是面臨的一個突出問題。

（三）反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術應用問題

反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術是指以壓縮空氣為循環(huán)介質，利用雙臂鉆桿沖擊回旋連續(xù)巖屑和全面碎石，進而完成地質取樣或取芯;與此同時，巖屑可被高速氣流連續(xù)、通過雙臂鉆桿中心帶至地表，并按順序收集作為地質化驗樣品。深部鉆探找礦實踐證明，利用反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術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80年代開始，中國便開始研究和推廣反循環(huán)連續(xù)取芯鉆探技術，可由于地質上大都是巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)柱狀巖心，且需配合使用雙臂鉆桿，導致該技術的應用受到較大的限制。中國短時間內無法實現(xiàn)技術的大規(guī)模應用。

（四）沖洗液性能無法滿足鉆探技術要求

深部找礦鉆探技術對沖洗液性能的要求是，具有良好的流變性、潤滑性、護臂性與對鉆頭的冷卻性。但是我國當前所使用的沖洗液性能無法滿足深部找礦鉆探的技術要求。

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

二、深部找礦鉆探組合技術方法

在本文中，筆者主要介紹的是液動錘鉆探與WL鉆探方法相結合的WL液動錘鉆探方法一般的WL鉆探方法在遇到破碎底層時，常常因為巖心堵塞而被迫中止鉆進，無法進行有效的鉆探;同時，在遇到堅硬地層時，鉆探鉆頭的性能也會大幅下降，甚至可能出現(xiàn)鉆進數(shù)米便需要更換鉆頭的現(xiàn)象[3]。這無疑會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ML鉆探方法的效率造成較大的影響，無法滿足深部找礦鉆進的技術要求。而聯(lián)合了常規(guī)WL鉆探技術與液動錘鉆探方法的WL液動錘鉆探方法，便順利解決了這一系列的問題。

表1""兩種鉆探方法技術技術參數(shù)表

方法

提鉆時間

回次進尺

機械鉆速

提鉆速度

撈心速度

加單根時間

單根長度

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

通過表1可知，與常規(guī)WL鉆探方法相比，WL液動錘鉆探方法具有一定的優(yōu)越性，在回次進尺、提鉆時間、機械鉆速等方面，均優(yōu)于常規(guī)WL鉆探方法。而WL液動錘鉆探方法之所以具有一定的優(yōu)越性，主要是因為該方法使得巖心與巖心管之間，保持相對活動的狀態(tài)，所以在較大程度上降低了巖心堵塞情況的發(fā)生率。通過提高回次進尺長度來減少提下鉆次數(shù)、縮短輔助時間。

另外，WL液動錘鉆探技術，由于液動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間。該鉆探方法的沖擊回轉碎巖效率相對較高，大幅提升了機械鉆速。

圖1""常規(guī)WL與WL液動錘鉆進時間比較

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

綜合以上分析可知，將液動錘鉆探方法與常規(guī)WL鉆探方法結合起來，可提高鉆進效率，節(jié)約了鉆進成本，提高了鉆進的經(jīng)濟效益。但是需要注意的是，在使用聯(lián)合鉆進方法時，應嚴格控制沖洗液的性能及沖洗液的固相含量，因為含量較大，會加快液動錘的磨損，對鉆進效率產(chǎn)生較大影響。只有在盡可能使用低固相或無固相沖洗液時，才能最大程度上發(fā)揮WL液動錘的優(yōu)越性。

結語

深部找礦為未來礦產(chǎn)開發(fā)的趨勢，目前單一的找礦方法無法適應深部找礦鉆進的需要，需要積極尋求新的技術方法，根據(jù)找礦的實際，本研究提出了鉆探組合技術方案，且實踐證明，與單一鉆進方法相比，組合技術具有很大的優(yōu)越性。在未來深部找礦鉆探中，鉆探組合技術的應用空間較大，所以應加大這方面的研究。

參考文獻：

[1]郭偉.深部找礦組合鉆探技術的應用[J].地球，2014，10：201-202.

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

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