鉆探技術在礦山地質中的應用探討

周衛國

（江西省地質礦產勘查開發局贛東北大隊，江西 上饒 334000）

在地質找礦中，鉆探技術作為地下信息探尋、圈定礦物體量、評估品位的唯一技術手段，在我國擁有長久歷史。鉆探取芯可幫助了解特定地區水體、土質、巖體等方面力學和地質變化參數，及固體礦產、金屬信息等。由于技術條件限制，我國以前處于淺中層鉆探，勘探工作多集中于地表500米，而發達國家已可將勘探平均深度擴展為地下1000米左右的深層鉆探。現階段，我國深孔鉆探工作量逐年增加，且孔深超過1000米的鉆孔數量也持續增多。

1 常見鉆探技術

我國鉆探技術和設備水平，與國外發達國家相比，有很大差距。然而通過“中國大陸科學鉆探工程”和“科鉆一井”等國家級重大科學工程項目，研制出桿馬達+液動錘+金剛石取芯鉆進系統等世界領先水平施工體系，讓我國鉆探技術有了長足的發展。目前市場上存在的鉆探技術有液體潛孔錘鉆探、反循環鉆探、繩索取心鉆探、組合鉆探、定向對接井、新型節水鉆探、YDX系列全液壓巖心鉆探、全液壓動力頭水文水井鉆探、地質調查淺層取心取樣鉆探等。我國較為常用的鉆探技術方法仍然是繩索取心鉆探法，常用施工機械仍是國產液壓立軸式鉆機，且主流型號八十年代普及的XY系列鉆機，例如XY-4、XY-5等。

（1）繩索取心鉆探技術。繩索取心基本原理著重于不提取鉆桿取巖心。在巖礦心堵塞或巖礦心充滿鉆具內管的情況下，利用繩索打撈巖心，免除鉆探過程中，孔內鉆桿提出地表的步驟，減少升降頻率，提高鉆探效率。這種技術減少了工人勞動強度，改善勞動條件，降低成本，減少施工機械損耗與動力消耗，在固體礦產鉆探、工程地質鉆探、石油天然氣鉆探等都普遍使用。

（2）液體潛孔錘鉆探技術。液體潛孔錘技術專題研究始于1958年，歷時25年，將研究成果YZ54Ⅱ型、射流式SC54型等液動錘分別通過所屬部門鑒定，并投入施工應用得以推廣。其機動原理是基于回轉鉆探上，安裝在鉆桿與鉆頭之間，利用配套泥漿泵，輸送沖洗液驅動液動潛孔錘，增加鉆頭沖擊負荷達到高效率鉆進。且潛孔錘對于泥漿要求頗高，需保證泥漿潤滑性能佳、含沙量不大于0.1%、密度在1.1g/cm3。新一代SYZX75和SYZX95型繩索取心液動潛孔錘，創新性地使用約束變形理念，簡化鉆具結構，保證其傳功密封效果，極大程度上提高自身可靠性和工作壽命。同等條件下，與普通繩索取心鉆具相比，新型繩索取心液動潛孔錘將完整地層回次滿管率調高至95%以上，破碎地層回次長度調高至70%以上。

（3）反循環鉆探技術。反循環鉆探技術可通過水力或空氣兩種介質循環所產生的沖擊力，獲取巖心。具體而言，水力反循環技術主要使用泥漿或清水作為循環介質，利用雙壁鉆桿將介質經管隙輸送至孔底，再將鉆頭提升，把所提取的柱狀巖心由內管中攜至表面。空氣反循環技術是使用壓縮后空氣作為介質，利用雙壁鉆桿，使空氣經內外管隙運輸至孔底，利用壓縮空氣膨脹產生的巨大負荷擊碎巖礦心，再將巖碎經雙壁鉆桿中返至地表。這種技術可根據地質差異性，進行單一或多種介質反循環鉆探，克服了技術自身局限性并擴大適用范圍。

2 鉆探技術存在問題分析

雖然我國在地質勘探上有悠久的歷史，但是因為技術條件和設備水平等原因，勘探工作仍有很多問題。目前狀況而言，我國大部分鉆探工作使用機械為上個世紀八十年代普及的XY系列鉆機。另外，這種鉆機雖經過多次改善但還是呈現指示表簡易、精確度差等問題。大多數常用鉆探機器缺少監測功能，使操作人在機械應用中，不能有效精確操控。隨著綠色勘探的踐行，模塊式全液壓鉆機逐漸在礦山施工中得于實現，有效解決以上在鉆探施工中出現的問題。

3 實例分析

（1）工程概括。某礦區位于江西省廣豐區，本礦區的主要地層情況：大面積顯露三疊系鐵石口組，其底部以鈣質頁巖、泥灰巖、泥巖為主，上部以角巖為主，少量石英脈和花崗閃長玢巖，存在夾灰巖。巖石可鉆性為7-8級，鉆探機臺采用SG18型四腳塔、XY-5鉆機、BW250泥漿泵、NQ76mm繩索取心等設備。按照地質設計要求，巖心采取率每個回次必須保證90%以上，鉆孔彎曲度100米1°，因此，對鉆壓、轉速、泵量等技術參數掌控的要求就更高。

（2）實例應用中鉆探技術分析。本次鉆探機臺使用的是常見繩索取心鉆探技術，主體鉆機為XY-5鉆機。此設備最高提重50KN，立軸通徑70mm，配備康明斯柴機油80千瓦動力。其正轉最大轉速為1000r/min，反轉最大轉速為170r/min。這種立軸機械設備，每月鉆進深度基本保持在300m～400m之間，隨著孔深的增加，內管提升和下入的時間也增長，月進尺也會受影響。且立軸行程短，在正常一回次中倒桿4-5次，在鉆進破碎的巖礦層，巖心很容易堵塞內管，難于有進尺。為保證每回次巖心采取率及提升鉆進效率，改用SYZX75液動沖擊繩索取心，鉆進效果有明顯提高。鉆機本身配置簡單，缺少極為重要的鉆進參數檢測功能。在本孔鉆進期間，鉆壓的掌控不夠準確，尤其是孔深在500米以后，由于孔內鉆桿阻力、泵壓的增大及不穩定、鉆機轉速的不均勻等多種因素的影響，鉆進速度受到明顯的影響。所以，鉆進參數檢測的顯示與鉆進效率有直接的關系。而且此類XY型鉆機配備的是SG18型四腳塔，這種四腳塔安裝、拆解耗時長，高空作業安全隱患多，且它僅允許施工頂角在75°～90°，所以極大限制鉆孔角度的大小，一旦遭遇傾斜礦體，則需要其他類型的鉆探設備。數據顯示我國金剛石鉆頭壽命在40m左右，相較國際上金剛石鉆頭，質量不穩定，壽命短。隨著國內金剛石鉆頭質量的提高，鉆進速度和效率也大幅提高。本次鉆孔最終孔深1002.15m，?76的金剛石鉆頭使用了12個，累計進尺980.16m，鉆頭平均壽命81.68m，因此，目前國內金剛石鉆頭的質量由于燒結技術的提高而有了顯著提高。此外，這次鉆探工程中，泵壓的掌控也成為影響效率的原因，為保持鉆進的有效性，減少孔內事故的發生，雖然鉆探機臺各班組把泵壓控制在相對較低的范圍之內，但是各班組的鉆探技術差異性隨著孔深的增加，對泵壓等鉆進參數的掌控也有不同，班組的純進尺也有差別，各班組的鉆進效率也有較大的差距。

4 結語

綜上所述，在地質鉆探過程中，尤其是中、深孔的施工，對鉆探設備，施工工藝的選擇等都要求較高。各班組對鉆進參數的掌控要控制在一定的范圍之內，當然，對施工材料的選擇也很關鍵。同時，在不同的地層施工時，可以把繩索取心、液動潛孔錘、反循環鉆探技術根據鉆探的需要相結合，可以更好地提高礦區鉆探施工效率。因此，加強新型鉆探設備的研究及鉆探技術的規范化、標準化是發展地質鉆探技術的主攻方向。