關于危礦深孔巖心鉆探工藝技術的應用研究

李寶根 葉光明

關于危礦深孔巖心鉆探工藝技術的應用研究

李寶根 葉光明

（贛東北地質隊）

隨著我國社會經濟的快速發展，對能源的需求日趨強烈，而礦產資源急缺以成了限制經濟發展的重要因素。因此，加強地質勘探是保證我國礦產資源供給的一項重要經濟建設任務。在礦產的勘探工作中，鉆探是一項重要的技術，同時也是獲得地下巖層樣本實物的唯一技術手段，隨著鉆探深度的不斷深入，對鉆探的技術設備與工藝技術便有了更高的要求。由此，本文通過對在鉆探裝置技術工藝的發展現狀與現存問題為切入點，淺要分析關于危礦深孔巖心鉆探工藝技術的應用與研究。

危礦深孔；巖心鉆探；鉆探裝置；工藝技術

前言

隨著經濟規模的不斷擴大，人口的持續增長，近年來對礦產的開采量逐年增多，地表礦、淺部礦日益減少，重要資源的可采儲量也隨之下降。與此同時，礦業開采技術的進步與礦產品價格的不斷增長使得固體礦產勘探力度與開采深度越來越大，深孔也就越來越多。同時，我國面臨資源枯竭的礦山比例高達40%，直接影響著我國經濟社會的可持續發展，需要在有資源潛力和市場需求的大礦山周邊或內部開展勘探工作以延長礦山服務年限，在危機礦山與巖心鉆探的實施過程中，深孔巖心鉆探技術有了較大的進步，工藝水平逐漸提高。

1 深孔巖心鉆探技術概述與深孔巖心鉆探裝備的要求

1.1 深孔巖心鉆探技術

與普通的巖心鉆探相比，深孔巖心鉆探深度、直徑大、工程消耗時間長、成本高、屬于一種難度較高的鉆探工程。因此，必須高度重視深孔巖心鉆探的作業問題，在保證生命財產安全的前提下不斷總結經驗、積極投身到相關技術的實驗中去，爭取在深孔巖心鉆探領域取得新的突破。

深孔巖心鉆探受地層應力、低層孔隙壓力、地層坍塌壓力等因素的綜合影響，容易導致安全事故，需要掌握地質結構、巖石成分等條件，結合眾多因素進行考慮，再對鉆探工藝進行探討，比較不同工藝見的優缺點，選擇在保證安全的第一前提下礦產量最高的方案實施，以避免深層鉆探過程中出現各種危及生命財產安全的隱患與事故。

1.2 深孔巖心鉆探裝備的要求

根據鉆孔深度標準化的分級，深孔是1000～3000m，超過3000m上限的是特深孔，1000～2000m的深恐巖心鉆探技術仍處于發展階段。

隨著鉆探深度的加深，需要增加鉆桿的長度與自重，使得重量和長度在空間拓展到一定會模式發生質變。由此，根據中淺孔、深孔的不同特點，對鉆探設備、鉆探工藝、成本以及操作等有著不同需求。

1.2.1 深孔鉆探的能力

若想要提高深恐鉆探的能力，需要從鉆桿自重、鉆深孔引起的鉆桿和孔壁摩擦力等對鉆深能力有影響的方面入手，效果更明顯的是中淺孔，鉆探裝置高壓泥漿泵與主機具備高傳動與動力機功率，因此，鉆桿鉆具自重應通過剛度與硬度的調節來決定，同時改變鉆桿接頭的強度與組合形式。

1.2.2 鉆探工作效率

鉆孔深度與機臺運行費用成正比關系，也就是說，鉆孔深度越深，機臺運行的費用也就越高。其中中淺孔鉆探更注重鉆探效率。鉆探深度與鉆數逐漸增加時，鉆桿立、單根等對作業起到輔助作用的作業次數與時長也會增加，由于深孔鉆探作業條件復雜，地層與孔內環境復雜，在增加作業難度的同時使故障發生率與處理難度上升，使得鉆孔的處理效率和設備故障的處理水平逐漸成為鉆孔效率評判的標準。

1.2.3 適用范圍

一般在深孔與中淺孔的巖心鉆探中，深孔鉆探都結合多級孔進行結構設計，讓鉆探設備的回轉系統獲得更大的轉速和扭矩，并能滿足對轉速要求較高以及大扭矩鉆孔等高水平技術要求。這便需要深孔鉆探技術根據不同的礦產品開采時的轉速、扭矩要求的不同進行不同的調整，即應針對具備應用適應性。

2 危礦深孔巖心鉆探工藝技術的應用研究

應針對礦區地層特點，選擇合適的工藝方法對保證安全生產、高效作業施工十分重要，鉆進工藝方法包括鉆進方法、鉆柱或鉆具結合、鉆頭、鉆進參數等等。同時還要根據低層復雜情況的特點，采取多種工藝組合進行施工，這樣可以較大幅度的提高鉆進效率和成孔概率。

2.1 巖心鉆探技術應用

與國外的深孔巖心鉆探裝備技術有些不同，國外全液壓動力頭深孔巖心鉆探技術設備，我國正逐步應用全液壓鉆探技術，但立軸式巖心鉆探技術的適用范圍依然廣泛，其應用主要體現在深孔巖心鉆探裝備研制與全液壓動力頭式鉆機開發；立軸式放大鉆進功能進而推動深度立軸式深孔巖心鉆探裝備這兩個方面。

全液壓動力鉆機可實現回轉速的五級調控，在大行程的鉆探工作中能保持良好的穩定性，在作業期間也可以有效、穩定的控制其規模參數，操作簡便并能滿足施工作業時較高的精度要求。由此可見，全液壓動力鉆機的技術優勢非常明顯，在我國經濟水平與科學技術發展的推動下，工業實力也不斷增強，深孔巖心鉆探應用范圍越來越廣。

2.2 深孔常規金剛石鉆進方法的應用分析

一般來講，沉積巖、煤礦地層的鉆探孔內施工的施工效率低而事故率卻很高的不良發展趨勢，應對綜合研究即挖地層的地層地址結構、鉆探施工裝備與技術，采用先進的鉆探技術設備，完善鉆具之間的組合撞衫，在先進設備的基礎上減少孔徑數目，提高鉆孔結構的質量，將護壁堵漏技術措施落實到位，加大優質泥漿沖洗液的推廣力度并宣傳其實用性與技術上的可靠性，可以有效的減少孔內事故的發生，保障安全生產。

在施工過程中要確保鉆工的施工安全、減少孔內事故率需要具備合理的套管程序，然而，在現實的實際施工作業中，人們往往存在僥幸心理，對某些設備的套管技術設計不合理、甚至無法保障鉆柱安全的套管不去落實解決，僥幸心理作祟，然而這樣的套管程序問題經常會導致孔內事故的發生；還存在鉆探施工預算較低，浪費了鉆探工作量并造成了孔內事故的復雜化。

在危機礦山的勘探中宣傳擴散擴大無巖心鉆進比重。在對地質、礦產、鉆井設備及技術等相關因素進行綜合考量后，盡可能減少穿礦口徑發生，可以有效的降低鉆探施工的成本并降低孔內事故發生率。在深孔地層的鉆探施工中應采取硬度較高的鉆桿以應對地下復雜的地質結構，可選用鋁合金鉆桿，能有效的增加固有鉆探設備的鉆探能力，還能減少設備運行工作時的能源消耗，并大大的降低了工人的勞動強度，從某種意義上來講。應用鋁合金鉆桿可以有效的增加鉆臺的工作效率，節約了能源，還可以充分的發揮人力物力，達到資源利用的最大化。

3 結論

根據現有的鉆探設備與技術，結合礦區的實際情況，對施工技術進行綜合分析研究。由此，我國的危機礦山的“就礦找礦”技術也在不斷地探索中獲得了技術性突破，建立在原有的基礎設施建設的基礎上，能大大縮短礦產資源基地平臺建設的工程周期，并收獲大量資源，但危機礦山的開采還存在著技術上的難題，需要繼續研發和應用。進而幫助我國資源朝可持續發展的方向邁進，走科學的和平發展道路，落伍的礦業體制必須遵從于市場經濟體制，從根本上進行改革，逐步與國際礦業體制接軌，最后實現礦業的安全生產，減少“危機礦山”的產生。

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1004-7344（2016）27-0189-02

2016-9-8