地質找礦鉆探工程中的小孔徑固體巖芯鉆探孔技術

肖國強

(吉林省核工業地質工程局 吉林長春 130062)

現如今，在我國經濟社會不斷發展的利好背景下，各行業領域對于礦產資源的需求與日俱增，為創造更加可觀的經濟效益和社會效益，地質勘查單位對礦產資源的開采正在呈逐漸上升的趨勢，一方面使地質表面的礦采資源逐漸開發殆盡，另一方面地質結構也因此遭到了破壞，十分不利于企業的發展。因此，地質找礦鉆探成為了社會各界熱議的話題之一。但是，由于地質找礦鉆探環境復雜、地質地形條件多變，如果僅僅采取傳統的開采方式和技術不僅很難了解地質深層中礦產資源的儲備量，還有可能給企業造成無法挽回的經濟損失。

1 小孔徑固體巖芯鉆探孔技術相關概述

小孔徑固體巖芯鉆探孔技術是地質勘查單位中經常運用的一種技術，在實際的地質找礦鉆探作業中，先通過使用鉆頭鉆進獲得地質樣品，再根據專業技術人員對地質樣品的試驗與分析，為下一工序的開展提供準確與可靠的數據信息。通常情況下，地質找礦鉆探作業中的鉆頭和鉆具為圓筒形，主要對目標范圍內的巖石區和環裝破碎帶掘進，并在柱狀巖心埋設于孔底部中間，借助取出孔內的巖心，這樣就可以更準確地了解區域內實際礦產資源的分布情況。盡管我國的地質找礦鉆探工程中的小孔徑固體巖芯鉆探孔技術正處于如火如荼的發展狀態，但與西方發達國家相比，依然存在著很長的一段距離，因為小孔徑固體巖芯鉆探孔技術應用過程中有一部分零件依然以進口為主，這無疑給地質找礦鉆探行業的發展帶來了重重困難，增加了鉆探的成本。此外，在地質找礦鉆探工程的應用中，盡管專業人員借鑒了國外先進的經驗，并結合項目的實際情況優化和完善著小孔徑固體巖芯鉆探孔技術，但是效果并不是特別的理想，引進的方法也無法得到推廣和應用[1]。從另一個角度來看，小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的應用，既需要相關人員掌握和具備相應的知識和技能，也對自身的業務素質提出了更高的要求。唯有如此，才能不斷提升地質找礦鉆探的質量和效率。

地質找礦鉆探工程中的小孔徑固體巖芯鉆探孔技術主要包括合金、金剛石、鉆粒等的眾多鉆探技術，而在實際的地質狀況鉆探作業中，無論運用哪一種鉆探技術，都離不開液壓沖擊器中的沖擊波完成回轉鉆進。同時，在鉆進過程中，還可以根據項目的實際情況合理運用金剛石與金鉆進技術，這樣才能為地質找礦鉆探質量和效率的提升奠定堅實的基礎。

2 小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的特點

2.1 可有效減少鉆探損失

小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的應用，對于地質找礦鉆探工程來說其意義是不言而喻的，也是地質勘查單位必須依靠的主要技術手段。地質找礦鉆探主要面臨的威脅和問題是巖石和巖層的不確定性，比如巖石與巖層的特性、完整程度和地下水情況。而小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的應用能夠根據巖石與巖層的研磨性、可鉆性以及巖層的不確定性幫助地質勘查單位制訂切實可行的施工方案，以此達到最佳的鉆探質量和效果。小孔徑固體巖芯鉆探孔技術可以直接從地層深部獲得實物樣品，可以將鉆探的損失降低至最小的范圍內。

2.2 可有效降低鉆探難度

2.3 靈活解決鉆探問題

地質找礦鉆探的難度是可想而知的，其對技術人員的理論知識和實踐經驗都有著較高的要求。隨著鉆探深度的不斷增加，具體作業中存在的未知問題也會越來越多，特別是在遭遇破碎帶、硬巖鉆進以及鉆孔彎曲等問題時，更要及時制訂科學方案，根據小孔徑固體巖芯鉆探孔技術成功解決遇到的各類難題[2]。

2.4 提升企業競爭意識

小孔徑固體巖芯鉆探孔技術相比于傳統的巖芯鉆探技術來講，還具有難度大、成本高以及周期長等特點，這就需要相關人員要能摒棄安于現狀、不思進取的思想，樹立與時俱進的意識與觀念，更進一步促進整個行業的發展，使自己可以在激烈的市場環境中占據一席之地。

3 小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的設備及應用要領

3.1 設備

3.1.1 鉆探設備

地質找礦鉆探工程不同巖層的特性具有很大的差異性，在具體的鉆探中也會受到各種因素的影響和制約，且存在著各種各樣的技術難題，對鉆孔的質量帶來較大的負面影響，施工人員在使用鉆探設備時，需要做好以下幾個方面的工作。

（1）老礦區周邊和底部的地質鉆探找礦工作中，需要委派專業人員仔細查看和分析區域內礦產資源的密度、巖石松動等的情況。如果鉆探人員在實際的工作中不具備較高的技術，其中可能發生的風險及安全隱患就會在所難免，不僅不會推進地質找礦鉆探工作的順利進行，還會產生新的問題。

（2）小孔徑固體巖芯鉆探孔技術在地質找礦鉆探中的應用，需要引起相關人員的高度重視，這對于鉆探的成功與否將會產生深遠的影響。

宣禮塔基礎部分從上至下土層分別為：回填沉積(DR)、淤泥沉積(DL)、沙沉積(DS)、鈣質砂層(GC)、泥灰巖和透鏡狀黏土(ML)、沖擊沉積(DA)及含砂泥灰巖(MS)，總計七層。

（3）小孔徑固體巖芯鉆探孔技術對于地質找礦鉆探的效率和質量發揮著重要的影響。因此，鉆探人員在選擇設備的時候應當結合項目的實際情況進行選擇。比如：鉆探人員在深度為5 m 以上的地質找礦作業中，就需要根據實際情況科學合理地選擇設備（見圖1），確保鉆機具有高性能，順利推進項目進度，減少問題的產生。

圖1 小孔徑固體巖芯鉆探孔機結構示意圖

3.1.2 除砂設備

地質鉆探找礦需要做好充分的前期準備工作，需要鉆探人員能夠根據項目的實際情況，合理使用除砂設備，在使用前進行仔細的檢查，保證設備在使用過程中始終處于良好的工作狀態。同時，還要能定期檢查孔內的地質情況，在明確鉆探作業符合要求的基礎上實施相應的鉆探作業，特別是小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的應用中，要對鉆孔規定的要求做到了然于胸，要嚴格控制鉆進速度，使鉆進設備處于垂直狀態，保證鉆進過程不會出現傾斜和彎曲等的現象。

3.2 應用要領

3.2.1 合理編制施工方案

地質找礦鉆探可以獲得可觀的經濟效益社會效益，相應的更需要投入大量的人力、物力、財力資源，這就對鉆探人員的業務能力和技術水平提出了更高的要求。（1）要求所有參與地質找礦鉆探的工作人員都能抱有認真負責的工作態度，保證所鉆的每一孔都可以滿足相關的規范和要求，保證鉆探質量。（2）要求地質勘察單位能夠根據項目的實際情況編制施工方案，因為在鉆探作業中會受到不同因素的影響和制約，需要鉆探人員對其中的影響因素進行合理的分析，降低各種因素對地鉆探質量造成的影響，全面提升鉆孔的效率和質量[3]。

3.2.2 保證孔內干凈整潔

（1）由于巖石的完整性也會或多或少地受到鉆探的影響，在配置沖洗液時需要相關人員能夠根據巖石的分布情況，合理配置沖洗液比例，鉆探過程中要不斷沖孔，確保孔內干凈整潔無雜質。（2）分別對每個回次進行稱重，通過完善的措施，預防鉆頭燒毀。（3）孔內掛壁作業，要能合理選擇掛壁所需材料，確保材料質量和使用性能。（4）灌注作業中，要及時提取鉆具，確保鉆桿底部與地面之間的距離控制在5 cm 之內。（5）地質鉆探找礦會造成摩擦力的增加，使鉆頭與孔底出現分離狀態，應當防止由于扭矩較大而導致鉆桿出現折斷問題。（6）相關人員在具體的鉆探作業中，需要合理使用鉆具，避免鉆具產生疲勞，為后續作業的開展奠定堅實基礎。

4 小孔徑固體巖芯鉆探孔技術分析

小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的應用，需要對地質條件、測量工具以及探礦要求進行對比和糾正，確定影響鉆探的影響因素，制訂詳盡的計劃后再實施鉆探作業。小孔徑鉆探巖層、礦芯采取率具有很高的要求，具體體現在以下幾個方面。

（1）地質鉆探找礦應用的小孔徑固體巖芯鉆探孔技術需要保證礦石既有結構的特點和完整，避免出現礦芯粉碎、貧化等的問題。（2）小孔徑固體巖芯鉆探孔技術因保證相應梁的礦石采取率，通常情況下是巖芯分層采取率應大于65%，對礦化帶、礦層采取率應大于80%，對不能達到目標的采取率應立即查明原因，及時采取針對性的措施予以解決[4]。（3）小孔徑固體巖芯鉆探孔技術應用過程中應委派專業人員測量和記錄每一次殘留巖芯的長度，保證在最終的鉆探工作中可以提取足夠的巖芯。（4）在經過反復鉆探的基礎上，應對鉆探取得的巖、礦芯進行及時清洗，并按照鉆探的次序和順序裝箱。以上流程和步驟對于地質找礦鉆探工程來說是必不可少的一個重要環節，必須加以規范。只有這樣，才能保證順利地完成各項鉆探任務，進而為施工企業帶來可觀的經濟效益和寶貴的鉆探經驗。（5）及時了解和掌握孔內的實際情況，一旦深孔內部出現了問題，應立即對問題產生的原因進行分析，并進行解決，這樣也可以為下一步工作的順利開展夯實基礎。（6）充分了解深孔內部鉆頭實際情況，在具體的鉆探作業中，有時還會出現鉆具被折斷的問題，此時就應當對鉆具的實際情況進行詳細的分析，使用相關設備深入鉆孔內部掌握鉆頭所在的位置，在此基礎上以鉆頭的斷面、形狀和長度為主要理論依據，合理判斷深孔內實際情況，找出事故產生的原因，對事故可能產生的惡劣性進行合理分析，采取針對性的措施予以解決。

5 存在的安全問題及對策

5.1 存在的問題

地質找礦鉆探作業中，有著豐富的巖石種類，巖層厚度不盡相同，對強風化帶、黏土層或者是破碎帶的地質找礦鉆探中，由于十分容易發生縮徑安全事故，這就對設備和人員都會帶來了嚴重的威脅，增加安全事故發生概率，導致整個鉆探作業報廢。筆者根據多年的鉆探經驗，總結得出縮徑事故具有鮮明的特點，通常發生在破碎帶、強風化帶、黏土層中，且這些區域中分布著大量的蒙脫石，蒙脫石具有敏感性的特點，在遭遇人為破壞的情況下就會發生膨脹現象，造成井壁產生應力，一旦該應力超過了井壁承受的極限時，就會對井壁造成一定的損壞，這就是鉆孔縮徑問題產生的主要原因。同時，鉆孔縮徑事故的產生還會受到地層的影響，鉆探技術人員如果未能針對繁雜的地質問題采取科學合理的應對措施，就會阻礙鉆探作業的順利開展。此外，鉆孔縮徑發生概率較高，對于整個鉆探作業進度會產生直接影響，并在一定程度上增加鉆進成本。

5.2 解決對策

地質找礦鉆探作業中，在鉆探之前需要做好充足的準備工作，合理預測試件操作中可能會發生隱患，仔細分析事故發生概率，制定有效的措施來解決鉆孔縮徑問題，明確問題產生的位置。

（1）詳細了解和掌握鉆孔縮徑層，結合項目的實際情況對問題產生的原因進行客觀的研究和分析，通過相應的措施進行解決。

（2）準確了解鉆探具體情況，了解鉆機的各項參數和鉆孔內部實際情況，一旦察覺異常問題立即關閉鉆機，暫停開展各項工作，分析異常問題產生的原因，并及時做好處理工作。

（3）合理配置泥漿，泥漿配置質量對于整個地質找礦鉆探工作的順利開展發揮著至關重要的作用，需要結合項目實際情況調整泥漿密度、pH 值以及粘度等，必要的情況下還可以適當地使用增粘降失水劑摻入泥漿中，控制其失水量，增加泥漿粘度[5]。

（4）嚴格控制泥漿深入深度，避免泥漿出現的水化問題對地質地層造成的影響和破壞，嚴格控制泥漿水化比，將一定比例的泥漿水化比沖洗液倒入泥漿中，保證泥漿礦化程度，關系地層滲水情況，保證泥漿在鉆孔內可以保持良好的流動性。

（5）合理控制泥漿粘度，在確保項目質量的同時還要合理控制鉆具的升降速度，嚴格按照相關標準和要求進行操作，降低井內壓力，如果鉆探作業中鉆頭遇到了阻力，可以采取掃孔措施，減少和降低縮徑概率。

（6）做好深孔事故處理，在實際的鉆探過程中，如果鉆具出現了折斷現象，需要合理分析原因，明確鉆具鉆頭的形狀、鉆具數量等情況，條件允許的情況下可采取打印法，連接套管和異徑接頭，在鉆孔內灌滿瀝青，做成打印機，根據孔內實際情況，制定相應的處理措施，進行打撈作業。

（7）鉆探作業中出現的安全事故，需要相關人員進行綜合的考慮和研究，了解事故產生的原因和嚴重程度，及時采取針對性的措施予以解決。

（8）地質找礦鉆探工程開始之前，要詳細編寫技術方案，確保技術方案的針對性和權威性，進行技術研討會，要求所有參與項目的人員均能全部到場，企業管理者要聽取技術人員提出的意見和建議。

（9）選擇經驗豐富和責任心強的員工，明確崗位責任，給每一位技術與非技術人員分配具體的任務，特別對工作積極主動的員工要進行相應的物質或者精神獎勵，促使其可以為地質行業的發展貢獻自己的綿薄之力[6]。

6 地質找礦鉆探帶來的經濟與社會效益

豐富的地質礦產資源代表著良好的經濟效益，而創造可觀的經濟效益是地質行業的根本目的。但是，隨著地表礦層的不斷減少，地層深部找礦鉆探成為了地質單位探勘的目標。雖然礦產深度的增加會加劇開采的難度，但小孔徑固體巖芯鉆探孔技術的不斷優化和完善有效克服了開采深層礦產的難度，使地質狀況開采至了地表的深層，創造了巨大的經濟效益與社會效益。地質找礦需要大量的技術人員為支撐，也在一定程度上提升了礦產的生產能力，增加了經濟效益。據相關數據統計：在全國一年完成的35萬m～60萬m地質找礦鉆探中，可創造的經濟效益大約為3億～4億元。

7 結語

綜上所述，小孔徑固體巖芯鉆探孔技術地質找礦鉆探工程中的應用是必然的發展趨勢，上文通過對小孔徑固體巖芯鉆探孔技術分析，得出了小孔徑固體巖芯鉆探孔技術是地質勘查單位找礦鉆探工程中的重要組成部分，也是保證地質礦產資源得到合理開采的重要手段之一，通過該技術的應用，不僅可以提升整個礦產資源的開發效率，同時還可以對地質結構起到一定的保護作用，減少和降低地質災害和安全事故的發生概率，促進行業的健康與可持續發展。