鉆探施工在地質資源勘查中的應用

張建軍

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

地質資源對工業生產及經濟發展具有重要的價值及意義。基于目前情況，國家越來越多的淺層地質資源已逐漸被開采，數量越來越少，地面深處可能存在地質資源，因此加強勘查研究十分關鍵。

隨科學技術的發展，深部地質鉆探找礦技術的發展及應用實現了對深層地質資源的探測，為準確開采起到了積極作用，因此，亟需對地質資源鉆探勘查技術進行詳細探究。

1 地質鉆探技術的發展

我國地質資源開發發展時間較短，因此我國鉆探技術與先進國家存在巨大差距。目前，隨著我國社會發展對資源需求量的不斷增加，鉆探技術也獲得了較好的發展，為我國的地質資源的開發做出了巨大貢獻。

我國的地質鉆探技術起源是20世紀80年代，在使用初步階段，技術工藝較為落后，不僅需要耗費大量的時間，操作難度也較大。隨著科學技術的不斷發展，越來越多的先進技術在地質探測領域得到應用，有效提高了勘查效率。

在未來的發展中，方面要加強對國外先進鉆探技術的引進，另一方面要結合我國地質資源勘查需要，加強鉆探技術創新，為我國地質勘探奠定堅實的基礎。

2 地質資源勘查過程中的鉆探技術

2.1 高精度受控定向鉆探技術

高精度受控定向鉆探技術是目前地質鉆探技術開發應用中的重要技術。該技術主要利用3S等定位技術，使得鉆孔軌跡按照預定的方向進行作業，且可以達到常規鉆孔技術難以抵達的部位及坑道，可以在同一個主孔中嵌套多個羽狀鉆孔，鉆孔精度高，可以實現高精度作業。另外，在該類鉆探技術的實際應用中，還可以對孔內事故進行分析與處理。為了減少鉆進過程中的孔斜及降低變化率，還應該注意加強定向控制。

2.2 金剛石繩索取芯技術

金剛石具有很高的硬度，在進行礦產鉆探過程中能夠最大限度的深入地質，目前來說這項技術在世界范圍內都有較高的普及程度，綜合來說在多種鉆探技術中排名位于首位。我國在20世紀70年代就對該技術進行引進，一般在深地質采礦施工中，采用的應對方法是使用普通鉆桿穿過繩索取芯鉆具內管完成作業。

現如今，由于技術原因，我國很難制造加工使用壽命較長的金剛石鉆頭，造價較高且工作效率較低，這也就在一定程度上阻礙了我國深部地質鉆探找礦技術的發展。

2.3 甚低頻電磁探測法

甚低頻電磁法主要被用于開展深度礦產的尋找和開采中，其應用方式和原理跟X射線探測技術差不太多，主要是通過向目標礦產發射低頻電磁波，并對接受到的礦物質所反射的電波進行波長分析，以此確定礦物質所在位置和深度，甚低頻電磁探測法具備以下幾種優勢：①甚低頻電磁探測法通過分析所反射電磁波浮動參數的方式，確定所探測礦產的方位和形狀，探測速度快，能夠有效地縮短探測時間；②甚低頻電磁探測法能夠準確預測出所探測礦體的具體方位，有利于提升探測工作效率；③甚低頻電磁探測法能夠在不同區域、不同類型的地質條件下得到廣泛使用，有著很好的靈活性和適應性。

2.4 反循環連續取樣技術

反循環連續取樣技術主要是利用壓縮空氣作為循環介質，借助雙臂鉆桿的作用通過來回撞擊的形式全面粉碎礦山中的巖石，被粉碎的巖石會形成大量的巖屑，這些巖屑會在不斷旋轉鉆頭的沖擊下被傳送到地面，這樣鉆探人員就可以將這些巖屑按傳送順序收集起來，作為對地質資源情況的研究樣本，以此來分析出地質資源的分布范圍，從而為開采工作奠定基礎。

3 金剛石繩索取芯技術在地質資源勘查中的應用實例

3.1 工程概況

在某金礦深部勘查中，采用鉆孔勘查技術。該礦區鉆孔設計孔深都在2000m以深，XY－6B型鉆機、XY－8型鉆機及阿特拉斯CS4002型等鉆機數量已不能滿足生產需求，因此，引進XD－30DB型頂驅變頻鉆機在該礦區進行生產施工。

3.2 XD－30DB型鉆機基本情況

XD－30DB型鉆機是一種AC－VFD－AC交流變頻電驅動全數字控制的頂驅式巖心鉆機。施工鉆孔孔號108ZK3，設計孔深2600m，該孔采用XD－30DB型頂驅鉆機，該區地層比較簡單，構造較為完整，采用繩索取心鉆探方法，鉆孔采用二開結構。鉆孔結構見圖1。

圖1 鉆孔結構示意

3.3 鉆進過程

第一階段，用Φ114mm鉆桿、Φ122mm外徑鉆頭繩索取心鉆進，鉆至86m，下Φ108mm技術套管。因開孔巖石比較完整，在此期間沖洗液為1m3清水加0.2kg1800萬分子量的陰離子型聚丙烯酰胺（簡寫APAM），循環方式為正循環。鉆進參數：鉆壓10kN～15kN，鉆速300r/min～360r/min，泵量100L/min～120L/min，送鉆速度4.5cm/min～5.5cm/min。

第二階段，因礦區處環境保護區提前終孔，終孔孔深為1426.06m。該階段采用繩索取心鉆具組合為Φ89mm繩索取心鉆桿+Φ89mm鉆具+Φ91mm外徑擴孔器和鉆頭。沖洗液配比：1m3清水+2kg防卡護壁潤滑劑+2kg磺化褐煤樹脂+3kg羧甲基纖維素。測試沖洗液性能指標為：pH值8～10；粘度25s～30s；濾失量12mL/30min～17mL/30min；密度1.01g/cm3；固相含量1.0%；濾失量14mL/30min～18mL/30min；含砂量≤0.6%；塑性粘度12mPa·s；靜切力2Pa～4Pa，動切力2Pa～3Pa。循環方式為正循環，若遇漏失地層時加入20～30kg803堵漏劑。

該鉆孔主要為二長花崗巖，鉆進過程中鉆壓變化平穩。當遇到漏失地層時，扭矩參數明顯升高，出現憋車情況，在該情況下，需要將鉆機轉速降低才能夠保證正常鉆進，在此過程要及時進行堵漏。在鉆進過程中要及時調整送鉆速度，保證各項參數平穩的施工。

3.4 參數變化關系

司鉆房為頂驅鉆機的智能操作控制中心，鉆機的各個動作都是在司鉆房里下達指令來實現的。司鉆房里由兩個電控柜和一個控制電腦顯示屏等部分組成，通過調節顯示屏參數完成鉆探工作。

顯示屏的參數變化是鉆孔工作的體現，通過實際在施工過程總結與驗證，得出以下關系：①泵壓數值上升，巖心管堵或鉆頭消耗盡，進行取心或提鉆換鉆頭。②鉆壓數值上升，扭矩數值不變或上升，巖石變硬，減慢進尺。③鉆壓數值上升，扭矩數值下降，巖心管堵需取心。④鉆壓數值上升，扭矩數值下降，泵壓數值上升，需磨巖心，否則巖心管打撈不動。⑤鉆壓數值下降，扭矩數值下降，巖石變軟，可適當加快進尺。⑥泵壓數值不穩，鉆壓扭矩數值正常，巖心管不進，推磨巖心。

3.5 應用效果

在鉆進過程中總進尺1426.06m，總臺時為2016h，平均鉆進時效0.71m，臺月效率509.30m，純鉆進時間44.72%，由于第一次使用操作學習和保養時間占31.21%，其他時間24.07%。該礦區同期開動XY－8型鉆機、阿特拉斯CS4002型鉆機各一臺。

因阿特拉斯CS4002型鉆機為柴油發電機組提供動力，該頂驅鉆機與XY－8型鉆機由工業網電提供動力，對后兩臺鉆機進行了能耗比較。

XD－30DB型鉆機進尺效率與XY－8型鉆機、阿特拉斯CS4002型鉆機相比，淺孔階段沒有優勢，隨著鉆孔的加深，其鉆進效率優于XY－8型鉆機、阿特拉斯CS4002型鉆機。能耗方面在同等施工條件下，該鉆機的變頻驅動的能耗低于XY－8型鉆機，降低了施工成本。

4 結語

綜上所述，本文主要結合實例，對金剛石繩索取芯技術在地質勘查中的應用方式進行了詳細探究。在地質資源勘查中，鉆探技術的種類較多，這就要求結合實際情況，合理選用鉆探技術，確定技術方案，保證地質資源勘查的順利進行。