新形勢下探礦工程中鉆探技術(shù)的應(yīng)用

楊對榮

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查，甘肅 天水 741020）

礦產(chǎn)資源的所在地存在較為惡劣的自然環(huán)境地質(zhì)條件，例如缺水干旱、地層傾斜、具有大量不易被破壞的石塊層，甚至可能存在軟硬互層以及礦層自燃等多個因素造成的破碎帶，這些問題加大了礦產(chǎn)開采的難度，也使得鉆探施工變得更加困難。為了更具體的了解我國鉆探技術(shù)的狀況，本文對探礦工程中鉆探技術(shù)的相關(guān)問題進(jìn)行分析，希望能為鉆探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供有用措施。

1 鉆探技術(shù)及過程

目前我國的探礦工程主要利用機(jī)械鉆探的方式開展工作，具體是指利用機(jī)械工具進(jìn)行采樣、勘探等工作。在實(shí)際施工中面對地形地質(zhì)的復(fù)雜情況，需要相關(guān)勘驗(yàn)人員對工作區(qū)域的地下結(jié)構(gòu)預(yù)先進(jìn)行研究，才能提高工作效率，保質(zhì)保量地完成相關(guān)工作。但是由于地理環(huán)境的復(fù)雜性，無法只通過地表表現(xiàn)來判斷該地區(qū)地下是否存在可開采的礦物及其存儲數(shù)量，這就需要對目標(biāo)地區(qū)進(jìn)行深入的勘查。

在對地理環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域進(jìn)行勘探時需要利用好的鉆探技術(shù)，才能能夠有效的控制成本，提高在復(fù)雜地形的勘探效率。通過鉆探技術(shù)可以得到目標(biāo)地區(qū)的巖石樣本、水樣本等，通過對這些樣本成分的具體分析可以得到目標(biāo)地區(qū)地下礦物的實(shí)際狀況。

在實(shí)際進(jìn)行鉆探工作時，通過合理應(yīng)用鉆探技術(shù)可以得到目標(biāo)地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖層結(jié)構(gòu)等信息。鉆探技術(shù)是需要對鉆孔結(jié)構(gòu)、方法以及深度等多方面應(yīng)用的綜合性技術(shù)。在探礦工程進(jìn)行過程中，地質(zhì)鉆探具有設(shè)備精度高、效率高等優(yōu)勢。但是地質(zhì)鉆探過程是一個涉及面很大的工程，因此相關(guān)工作人員需要了解目標(biāo)地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、礦物儲存量等內(nèi)容，再利用這些基礎(chǔ)信息對目標(biāo)地區(qū)的地形地貌進(jìn)行仔細(xì)的勘探，完成深入勘探的任務(wù)。在鉆探工作進(jìn)行過程中，工作人員需要對目標(biāo)地區(qū)的建筑物高度、地基深度等信息進(jìn)行分析，詳細(xì)計(jì)劃施工區(qū)域盡力避讓難以施工的區(qū)域，并采取一定的防護(hù)措施。只有進(jìn)行了勘探工作，才能夠快速獲得目標(biāo)地區(qū)的實(shí)際信息，為后續(xù)工程鋪設(shè)良好通道，有效降低工程的投資資金，保障后續(xù)施工質(zhì)量，提高礦產(chǎn)工程施工效率[1]。

2 鉆探施工的作用

2.1 資源勘測過程

我國地大物博資源豐富，礦產(chǎn)存貯量位居世界前列，但是其開發(fā)效率低，造成很多不必要的浪費(fèi)，資源勘探仍然具有很大的提升空間。隨著勘探技術(shù)的不斷發(fā)展壯大，勘探的深度也逐漸加深只是所得信息變換不大，導(dǎo)致資源開發(fā)利用上仍然受到一定限制。較為先進(jìn)的勘探技術(shù)可以進(jìn)行地下800m的勘測任務(wù)，對于資源利用率有一定提升。我國的勘探技術(shù)還沒能達(dá)到先進(jìn)水平，資源利用率相對較差，這就需要根據(jù)我國的實(shí)際情況具體分析，加大資金投入提高對勘探技術(shù)的研發(fā)力度，同時也應(yīng)在勘探時注意環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害防治、合理完善技術(shù)水平等。盡早將勘探水平提高至先進(jìn)水平，加強(qiáng)對礦產(chǎn)資源的勘探和利用，發(fā)揮其實(shí)效價值[2]。

2.2 鉆探取樣過程

勘測技術(shù)的出現(xiàn)豐富了地理學(xué)、資源開發(fā)學(xué)等進(jìn)行研究的手段，提供了真實(shí)有效的參考數(shù)據(jù)。鉆探技術(shù)是勘測技術(shù)中的一項(xiàng)重要分支，不僅可以將地理學(xué)和探礦工程聯(lián)系起來，還可以為探礦工程中資源開發(fā)環(huán)節(jié)提供檢驗(yàn)技術(shù)。有效的利用鉆探技術(shù)可以從實(shí)物中選取合適的樣品便于工作人員分析研究。此外鉆探技術(shù)還可以應(yīng)用于海洋研究、地下勘測、航空研究等。

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，對于地下資源的開發(fā)也不斷加深，范圍不斷擴(kuò)大，所以需要更準(zhǔn)確的了解地球內(nèi)部可能存在的資源并對其進(jìn)行探究。這一環(huán)節(jié)就需要利用鉆探技術(shù)在目標(biāo)地區(qū)搜集豐富多樣的動態(tài)信息，全面掌握目標(biāo)地區(qū)的地質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造、殼層結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息。在勘測過程中需要鉆探取樣，有了合適的樣品才能進(jìn)行科學(xué)研究，分析實(shí)際情況，提供有用信息，保障后續(xù)工程順利進(jìn)行并提高資源利用率[3]。

3 鉆探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用繩索取芯技術(shù)

繩索取芯顧名思義，主要是指通過操作鉆桿，利用繩索的升降將巖芯提取出來。通過這種方式能夠使得提取巖芯的過程更加便捷。一般情況下，只有鉆機(jī)中鉆頭部分發(fā)生故障，才會使用鉆桿來代替鉆頭進(jìn)行工作。在鉆探工作中，一般用巖芯管補(bǔ)充礦芯，無需將鉆桿抬回地面就可將巖芯填滿，若想打撈巖芯管便可使用鉆探設(shè)備中的配套繩索將其取出。應(yīng)用這種技術(shù)可以為后續(xù)探礦工作預(yù)留更多時間，提高工程整體效率。目前繩索取芯是探礦工程中的常用技術(shù)，通過繩索取芯可以提高取芯速度和質(zhì)量，同時發(fā)現(xiàn)堵塞問題可以及時處理，減少鉆桿磨損，延長其使用壽命。使用繩索取芯操作便捷，減輕了工作人員的工作任務(wù)，降低任務(wù)強(qiáng)度。繩索取芯可以在固體礦產(chǎn)開采。坑道、冰層等方面應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用潛孔錘技術(shù)

潛孔錘技術(shù)是我國較為先進(jìn)的技術(shù)，它是將回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)作為基礎(chǔ)，在此之上進(jìn)行深入研究才產(chǎn)生的一項(xiàng)技術(shù)。潛孔錘具體是指將沖洗液添加進(jìn)入潛孔錘中，再利用加入時產(chǎn)生的能力驅(qū)動潛孔錘進(jìn)行操作。當(dāng)潛孔錘接收能量，可以把獲得的能量最大限度傳送給鉆頭，傳送中不產(chǎn)生不必要的能量消耗，提高潛孔錘在使用過程中對巖體進(jìn)行操作的效率。而添加進(jìn)入潛孔垂的沖洗液，是開采過程中對泥漿泵操作獲得的產(chǎn)物，可以在鉆頭升降過程中帶來具有一定節(jié)奏較強(qiáng)的沖擊力，憑借這種力驅(qū)動潛孔錘。潛孔錘技術(shù)主要是對回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)進(jìn)行了一些優(yōu)化，把回轉(zhuǎn)力替換為相對高強(qiáng)的沖擊力，對鉆頭施加更大的力提高鉆頭的開采能力，更好的鉆探硬度較高地區(qū)的巖石使其應(yīng)用范圍更廣，提高鉆探效率的同時降低礦產(chǎn)工程的成本。潛孔錘技術(shù)使用需要注意幾點(diǎn)：①需要先固定好潛孔錘，再使用高頻震動模式。②要嚴(yán)格控制沖洗液傳送，減少潛孔錘的磨損，保障泥漿具有一個較低狀態(tài)的粘稠度。③合理控制沖洗液中砂質(zhì)的分布狀態(tài)，使沖洗液保持一定的潤滑性。潛孔錘技術(shù)應(yīng)用于小口徑的巖心才能有良好的鉆探效果，它可以應(yīng)用于錨固施工、水下爆破等等方面。我國對潛孔錘的研究主要從提高潛孔錘鉆探能力和對高強(qiáng)度環(huán)境適應(yīng)兩方面進(jìn)行，目前我國潛孔錘技術(shù)已經(jīng)位列世界前位，在未來有希望將潛孔錘技術(shù)應(yīng)用在石油天然氣勘測和礦山地質(zhì)勘察的工作中。

3.3 應(yīng)用反循環(huán)技術(shù)

反循環(huán)技術(shù)是指利用介質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生一定沖擊力，在通過沖擊力提供動力以達(dá)到驅(qū)動潛孔錘進(jìn)行鉆探工作的目的。反循環(huán)技術(shù)一般分為兩種形式：其一是水力反循環(huán)，其二是空氣反循環(huán)。水力反循環(huán)是指利用水或者泥漿這類便宜取材的流體作為介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)往復(fù)不斷的循環(huán)操作。通過鉆桿將這種介質(zhì)傳送到孔內(nèi)部，從而為鉆頭提供力驅(qū)動鉆頭采取巖芯并將其打撈到地面上。空氣循環(huán)技術(shù)是指將壓縮后的空氣作為介質(zhì)參與整個循環(huán)。壓縮后的空氣會通過鉆桿外的輸送管道進(jìn)入鉆孔內(nèi)部，在過程中產(chǎn)生一定的沖擊力，以此使得潛孔錘獲得能量開始進(jìn)行鉆探工作。水力反循環(huán)可以完整地把巖石提取出來，利用完整巖石進(jìn)行更為精準(zhǔn)地分析，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)備度，減輕了工作強(qiáng)度更好的保障施工的質(zhì)量。空氣反循環(huán)是指空氣完成循環(huán)為潛孔錘提供力后，將巖石碎塊通過鉆桿中心通道帶到地面上獲得充足樣品，更好地進(jìn)行深入分析。在實(shí)際過程中，進(jìn)行勘探的技術(shù)人員可通過分析勘探物體和勘探條件有側(cè)重性的選擇合理鉆探方法。應(yīng)用空氣反循環(huán)技術(shù)的鉆探效率比應(yīng)用水力反循環(huán)的鉆探效率更低，同時對能量有更大的需求。整體而言，反循環(huán)技術(shù)適合應(yīng)用于地質(zhì)條件松軟容易塌陷的地理位置或者水并水文一類的地理位置進(jìn)行采樣勘探工作。更具體而言反循環(huán)技術(shù)可以應(yīng)用于注漿施工和在復(fù)雜環(huán)境下中的錨固工作中。對于缺水干旱的環(huán)境更適合使用空氣反循環(huán)技術(shù)，可以減少采集的巖石樣本的施工成本，但這其中從存在一個問題，它不能通過巖石樣本分析得到目標(biāo)地區(qū)整體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

我國是資源大國，礦產(chǎn)資源豐富，但是受到經(jīng)濟(jì)因素的制約和影響，使得我國的鉆探技術(shù)還未能達(dá)到世界先進(jìn)水平與發(fā)達(dá)國家具有一定的差距。隨著我國全面發(fā)展經(jīng)濟(jì)水平提升，各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)對礦產(chǎn)資源的需求量上升，這一現(xiàn)狀直接促進(jìn)鉆探技術(shù)不斷革新提高技術(shù)水平，從多個領(lǐng)域可以印證這一點(diǎn)如裝備、工藝技術(shù)等。希望更先進(jìn)的鉆探技術(shù)能夠讓我國勘探事業(yè)良好發(fā)展，早日達(dá)到世界先進(jìn)水平。