鉆探在找礦方面的應用

文/張亞成 候守才 馬洪寶，遼寧環宇礦業咨詢有限公司；沈陽金生礦業咨詢有限公司；遼寧環宇礦業咨詢有限公司

1 深部找礦鉆探技術特點

1.1 鉆孔結構復雜。深孔鉆探，由于鉆遇的地層種類較多，地層相對復雜，因此，一般采取多級孔徑設計，開孔及上部孔徑加大。鉆孔直徑的增大會造成地層側壓力的增加，對于松散破碎且傾角陡斜的地層，孔壁的穩定性變差，不穩定的巖石就會向孔內滑落和坍塌，因此，在可能的情況下，應盡量減少孔徑級數，縮小鉆孔直徑。

1.2 護壁堵漏難。進行深部找礦鉆探，區內大多裂隙發育，地層破碎，幾乎所有的鉆孔都要穿過斷層和破碎帶。硬、脆、碎、酥、漏是多數礦區地層的特點。大裂隙發育的地方常發生貫通性的孔段全漏失；小裂隙多而密集的地方常遇部分漏失或全漏失；疏松地層大部分發生滲漏或部分漏失。多數鉆孔是漏失、坍塌、掉塊并存，多層位坍塌、掉塊，給護壁帶來困難，大量漏失又使沖洗液護壁難度加大，尤其是深孔、斜孔，施工周期長，地層被鉆穿后裸露時間長，易造成孔壁失穩，護壁堵漏就更加困難。

1.3 鉆探效率低。硬巖鉆進受地層復雜、裂隙發育、巖石破碎、坍塌、掉塊、漏失等不利因素的影響，鉆進困難。特別是堅硬破碎可鉆性9～12級巖石和結構致密、弱研磨性的打滑地層，鉆進就更加困難，不僅鉆進效率低，而且鉆頭壽命和回次進尺短，給深孔鉆探帶來更大困難，提下鉆和打撈巖心等輔助時間都大大增加，降低了鉆探效率。

1.4 防斜治斜難。受地質構造的影響，金屬礦區地層多數傾角較大，特別是地層較硬，軟硬互層多，層理、片理發育，巖石不均勻和各向異性明顯，給深孔鉆探防斜帶來很大難題。從目前研究成果和實鉆經驗來看，硬巖鉆進，地層因素是孔斜的主要原因。

1.5 操作難度大。目前，深孔鉆探主要采取金剛石WL 鉆進。為提高鉆桿螺紋強度，將接頭鐓粗，使鉆桿與孔壁之間、內管與外管之間間隙進一步減小，壓力損失大，泵壓高，開泵、停泵時容易產生壓力波動。當鉆遇漏失和涌水地層，壓力波動會更大。此外，升降鉆具過程中所引起的抽吸力和擠壓力也會產生波動，升降鉆具速度快，鉆具與孔壁間隙越小，沖洗液粘度和切力越大，壓力波動越大。壓力波動會影響孔內壓力平衡，嚴重時會造成孔壁失穩，產生孔內事故。要采取有效措施減少壓力波動。

2 解決深部找礦關鍵技術問題的對策

2.1 巖心鉆探設備。

2.1.1 加快第三代新型鉆機研制和開發，積極引進石油鉆井界先進技術和理念，設計出適應于巖心鉆探的深孔鉆機。以液壓為動力，優先開發地質巖心頂部驅動鉆機，使之成為系列化及與之相配套泥漿泵等。

2.1.2 加快坑道鉆探設備的能力、功能的提升。在危機礦山接替資源的勘探中，對某些成礦模式的地層，在現有的數百米深的地下坑道或開采區內，利用坑道鉆探設備來進行深部巖心鉆探工作，可以充分揭露深部地層，節約鉆探費用和時間，提高勘探效率。坑道鉆探設備應以提升設備能力、完善設備功能和實現機電液一體化為主要目標，并形成300～1000m范圍內的完整產品體系，達到深部找礦要求。

2.1.3 加快先進巖心鉆探設備的推廣。巖心鉆探設備推廣應用的最終結果是實現產業化，而產業化又是降低生產成本和銷售價格的有效手段，這又反過來推動著巖心鉆探設備的推廣應用。因此，巖心鉆探設備的推廣應用過程就是設備的產業化過程。

2.2 巖心鉆探器具及工藝方法。

2.2.1 加強信息情報收集，積極開展行業問信息交流，推動學科交叉合作。回顧鉆探技術發展的幾十年，情報部門提供了金剛石鉆進技術、定向鉆進技術、沖擊回轉鉆進技術等一系列科技信息，對國內鉆探工程界有很大的啟發，為在國內科技攻關立項、研發、創新、模仿或引進技術起到了重要作用。

2.2.2 加快新型基礎鉆具的研制和新工藝技術的完善。新型高壽命金剛石鉆頭、高強度深孔繩索取心鉆桿、新型深孔雙壁鉆桿的研制是保證金剛石繩索取心鉆進技術、反循環連續取樣（心）鉆進技術安全、經濟、高效的服務于深部地質找礦工作的基礎鉆具，對于提高這些技術應用的可靠性、經濟性有著重要作用。目前這些基礎鉆具有的已經由勘探所立項研究，有的正在申報立項。

2.2.3 加強巖心鉆探器具及工藝方法的系統化研究，增強鉆探器具的功能、提高工藝方法的適應性，利用現有技術集成、整合出新。多功能、一體化，是國外鉆具發展的一個方向，我國巖心鉆探器具也應利用現有技術和工藝實現功能整合。例如勘探所研制的具有創新和多技術集成的“三合一”鉆具，并且在大陸科鉆一井中成功使用，使我國的鉆探技術邁上了一個新的臺階。該技術達到了國際先進水平。勘探所為解決定向造斜段不能連續取心問題正在研制的定向造斜段連續繩索取心工具及正在申報立項的中空式液動錘繩索取心工具、繩索取心與反循環連續取樣結合的組合鉆探技術也屬于此范疇。

2.2.4 注重鉆探從業人員的培訓工作，提高鉆探人員的素質。深部找礦的設備和儀器更加精密，操作更加自動化。沒有高素質的從業人員保障，不僅不利于新技術的推廣應用，而且也很難保證高質量的完成深部找礦的鉆探工作。

3 鉆進技術應用

在地質勘查工作中，利用鉆探設備向地下鉆進形成的直徑較小、深度較大的柱狀圓孔，又稱鉆井。總體來講，地質礦產埋藏深度和鉆孔用途決定鉆孔的直徑和深度的大小，一般在鉆探石油、天然氣或地下水的鉆井直徑較大些。

鉆進的作用：（1）形成鉆孔，獲得全面的第一手地質體資料。這一資料的獲得在于從鉆孔中取得的巖芯、礦芯、巖屑甚至液、氣態樣品，有時還需從內孔壁補充側壁上的巖體進行分析研究。（2）可形成人工通道供觀測地下水層及水文地質動態之用。（3）作為一種便于觀測并獲取巖礦層各種地球物理信息的通道。（4）一些鉆孔可與采探結合，用于開采地下水、地熱、油氣資源等。