深部鉆探技術(shù)研究

■王勝

（廣東省有色地質(zhì)勘查院 廣東廣州 510000）

深部鉆探技術(shù)研究

■王勝

（廣東省有色地質(zhì)勘查院 廣東廣州 510000）

主要以深部地質(zhì)找礦工程中的深部鉆探技術(shù)作為研究對(duì)象，較為全面地論述了深部鉆探技術(shù)及其應(yīng)用。深部鉆探技術(shù)是實(shí)現(xiàn)深部地質(zhì)找礦的主要技術(shù)手段，在我國(guó)礦產(chǎn)資源日益緊張，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，以及深部探測(cè)計(jì)劃的逐步實(shí)施的大背景下，開展對(duì)深部鉆探技術(shù)的研究是十分必要的。隨著找礦深度的不斷加大，深部鉆探技術(shù)在地質(zhì)找礦中必將發(fā)揮越來越重要的作用。

深部鉆探技術(shù)深部地質(zhì)找礦

近年來，隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源的日益緊張，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，以及我國(guó)深部探測(cè)計(jì)劃的逐步實(shí)施，深部地質(zhì)資源的勘探及地質(zhì)研究工作顯得越來越重要，國(guó)家在深部地質(zhì)找礦方面投入巨資，并加快了大陸科學(xué)鉆探工程的實(shí)施。事實(shí)上，我國(guó)礦產(chǎn)資源分布廣泛，但目前我國(guó)礦產(chǎn)資源探明程度僅為全部礦產(chǎn)資源量的1/3左右，在地質(zhì)找礦方面還有相當(dāng)大的潛力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)地質(zhì)找礦勘查工作的平均深度范圍為300~500m，而在西方發(fā)達(dá)國(guó)家的勘查深度平均在800m左右[1]。深部鉆探作為實(shí)現(xiàn)深部地質(zhì)找礦的主要技術(shù)手段，對(duì)其展開研究是極其必要的。

1 鉆探技術(shù)在深部地質(zhì)找礦工作中的重要性

眾所周知，經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，地質(zhì)須先行。地質(zhì)工作是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的先行性基礎(chǔ)工作，地質(zhì)找礦直接為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展提供資源保障及物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，工業(yè)化及城鎮(zhèn)化節(jié)奏加快，因此對(duì)地下資源的消耗與需求呈逐年增加的趨勢(shì)，礦產(chǎn)資源緊缺的供需矛盾日益凸顯，該問題已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)及發(fā)展的“瓶頸”，加強(qiáng)地質(zhì)工作，保證礦產(chǎn)資源的供給是我國(guó)當(dāng)前及今后經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)多數(shù)礦山的勘查深度一般為500m以淺，而大部分經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的淺部礦產(chǎn)資源已被探明、開采而瀕臨枯竭。據(jù)可靠資料表明，我國(guó)很多危機(jī)礦山的深部及外圍存在著許多未經(jīng)充分勘查的成礦遠(yuǎn)景區(qū)，危機(jī)礦山接替資源找礦試點(diǎn)項(xiàng)目取得階段性成果和最新的成礦理論也表明在我國(guó)大陸深部蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，找礦潛力巨大。地質(zhì)找礦工作離不開鉆探，鉆探工程是礦產(chǎn)勘查的重要技術(shù)方法之一，從目前國(guó)內(nèi)、外深部地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，還沒有一種地質(zhì)探測(cè)技術(shù)能夠完全取代鉆探技術(shù)，要想準(zhǔn)確確定地下礦產(chǎn)資源的賦存情況就必須要進(jìn)行鉆探取心（樣），鉆探工程是礦產(chǎn)勘查的重要技術(shù)方法之一，它是能夠直接從地下巖層獲取巖心實(shí)物樣品的唯一手段，只有取到巖心的實(shí)物樣品才能驗(yàn)證礦藏的存在，也只有通過大量的鉆探工作量才能獲得可靠的礦產(chǎn)儲(chǔ)量信息，可以說鉆探工作的成功與否在一定程度上將直接決定著地質(zhì)找礦的成敗，通過對(duì)深部找礦鉆探技術(shù)進(jìn)行深入的研究可為深部找礦提供有力、可靠的技術(shù)保障。

2 深部地質(zhì)找礦工作中的鉆探技術(shù)面臨的客觀困難

深部鉆探并不是淺孔鉆探的簡(jiǎn)單延伸或長(zhǎng)度的放大，深部鉆探有著淺孔施工所不具備的許多困難，具體表現(xiàn)為：（1）鉆遇復(fù)雜地層多。深部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度高，所鉆穿的巖石層位較多，鉆遇堅(jiān)硬、破碎、風(fēng)化、松散、軟弱、水敏、漏失等復(fù)雜地層的概率較大，甚至鉆遇多種復(fù)雜地層交替或同時(shí)存在著，相應(yīng)的解決技術(shù)措施復(fù)雜；（2）易孔斜，鉆孔偏斜距離大；（3）巖石樣品采取困難。深部地質(zhì)作用力大、復(fù)雜層位多且?guī)r石取樣難問題尤為突顯；（4）鉆探施工成本高。深孔鉆探所需設(shè)備大，能耗高，鉆遇的復(fù)雜地層較多，技術(shù)處理費(fèi)用高，對(duì)鉆探工藝技術(shù)的要求較特殊，鉆探作業(yè)時(shí)的負(fù)荷大，孔內(nèi)易發(fā)生事故且事故處理難度大、耗費(fèi)高，導(dǎo)致蒙受巨大損失，因此有效防止孔內(nèi)事故的發(fā)生是深部鉆探施工作業(yè)中的首要事項(xiàng)，此外深部鉆探的輔助時(shí)間多，純鉆進(jìn)時(shí)間相對(duì)較少，材料消耗大，維修停產(chǎn)等待多，設(shè)備笨重搬遷困難，生產(chǎn)效率呈指數(shù)降低，而成本呈指數(shù)增加，需要成倍的經(jīng)濟(jì)投入作為支撐[3]。

3 深部地質(zhì)找礦工作中的鉆探方法

深部地質(zhì)找礦工作中的鉆探方法主要有八種：（1）提鉆取心鉆探方法。按取心鉆具結(jié)構(gòu)可分為單管取心和雙管取心兩種形式；按鉆進(jìn)時(shí)內(nèi)管是否轉(zhuǎn)動(dòng)可分為單動(dòng)雙管和雙動(dòng)雙管；（2）WL鉆探方法。該方法主要是金剛石WL鉆進(jìn)方法，可大大減少起下鉆次數(shù)，有效減少輔助時(shí)間，提高純鉆進(jìn)時(shí)間利用率，也就提高了鉆探作業(yè)效率，鉆孔越深效果越明顯；（3）液動(dòng)錘提鉆取心鉆探方法。該方法能夠大幅提高硬巖鉆進(jìn)時(shí)效，有效減少孔斜及巖心堵塞，提高鉆頭使用壽命，降低鉆探成本，提高綜合效益；（4）液動(dòng)錘WL鉆探方法。該方法是將液動(dòng)錘與金剛石WL鉆探方法相結(jié)合，可充分發(fā)揮液動(dòng)錘鉆進(jìn)時(shí)有效減少巖心堵塞及WL鉆進(jìn)時(shí)提鉆次數(shù)少、縮短輔助時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高機(jī)械鉆速、回次進(jìn)尺與鉆頭壽命并減輕孔斜；（5）不提鉆換鉆頭方法。該法可大大縮短輔助時(shí)間，減少了起下鉆產(chǎn)生的壓力激動(dòng)，有利于保護(hù)孔壁。研究表明，上述的五種深部鉆探方法中，液動(dòng)錘WL鉆探取心方法效率最高，對(duì)于深孔鉆探非常有利；WL方法效率次之，較適合深孔鉆探；而提鉆取心方法效率最低，最不適宜于深孔鉆探。（6）受控定向鉆探方法。該法能確保鉆探作業(yè)質(zhì)量，解決常規(guī)鉆探很難解決或無法解決的施工難題，能夠節(jié)約許多鉆探工作量，避免或減少因各種原因造成的鉆孔報(bào)廢工作量，此外該法還能使復(fù)雜孔內(nèi)事故簡(jiǎn)單化，節(jié)約鉆探成本，加快鉆探進(jìn)程。（7）氣動(dòng)錘RC鉆探方法。該法常用于深部地質(zhì)找礦工作中鉆孔上部中硬以上基巖地層，其鉆探效率高，成本低，但由于受到空壓機(jī)和雙壁鉆桿額定壓力的限制，使得其只適用于深部鉆探的上部孔段施工。（8）水泵泡沫增壓鉆探方法。該法是解決低壓漏失，水敏性地層，缺水干旱、沙漠地帶以及寒冷、永凍層鉆探施工難題的有效技術(shù)手段[1,4,5]。

4 深部地質(zhì)找礦工作中的鉆探技術(shù)展望

深部地質(zhì)找礦工作中的鉆探技術(shù)面臨復(fù)雜的孔內(nèi)環(huán)境條件，因此需要不斷總結(jié)提高生產(chǎn)技術(shù)水平、完善操作規(guī)程，應(yīng)制定或研究相應(yīng)的科學(xué)合理的施工工藝，努力提升深部地質(zhì)找礦中的鉆探技術(shù)水平[6]。具體包括：（1）合理選擇設(shè)計(jì)鉆孔軌跡及鉆孔結(jié)構(gòu)，合理進(jìn)行鉆具組合，盡可能降低沖洗液沿程壓力損失；（2）研制新型有效的護(hù)壁堵漏材料，沖洗液類型采用耐高溫，剪切稀釋性能好，潤(rùn)滑性能好，護(hù)壁穩(wěn)定性好，攜帶巖屑能力強(qiáng)的無固相或低固相沖洗液；（3）研究深部鉆探時(shí)的導(dǎo)向鉆進(jìn)彎曲強(qiáng)度或曲率規(guī)律，盡量做到曲率可控，研究鉆桿柱的抗彎強(qiáng)度及保證相關(guān)測(cè)量?jī)x器的順暢通過對(duì)導(dǎo)斜彎曲強(qiáng)度或曲率的限制，探索彎曲鉆孔柔桿鉆進(jìn)技術(shù)；（4）研究包括常規(guī)鉆進(jìn)與定向鉆進(jìn)等方面的鉆進(jìn)工藝，盡可能有效避免修孔卡鉆、修孔劈直等事故的發(fā)生，重點(diǎn)研究的鉆進(jìn)技術(shù)有液動(dòng)孔底螺桿馬達(dá)受控定向鉆探技術(shù)、復(fù)雜地層跟管鉆進(jìn)技術(shù)、液/氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)、空氣反循環(huán)中心連續(xù)取心鉆進(jìn)方法以及液動(dòng)沖擊錘繩索取心鉆探等；（5）研究分支孔鉆進(jìn)施工工藝，包括側(cè)鉆分叉、套管開窗、輔助導(dǎo)斜器具安放打撈等一系列工序問題，研制專用輔助導(dǎo)斜器具及安放打撈工具；（6）改進(jìn)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)獨(dú)立制動(dòng)功能，以解決因鉆機(jī)功能缺陷及定向鉆進(jìn)防轉(zhuǎn)制動(dòng)工序復(fù)雜而造成的操作失誤帶來的導(dǎo)向偏差問題，此外全液壓動(dòng)力頭式巖心鉆機(jī)應(yīng)是深部地質(zhì)找礦鉆探裝備今后的發(fā)展方向。

5 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今我國(guó)礦產(chǎn)資源消耗加劇，礦產(chǎn)資源緊缺的供需矛盾日益凸顯，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，以及深部探測(cè)計(jì)劃的逐步實(shí)施的大背景下，深部地質(zhì)資源的勘探及地質(zhì)研究工作顯得越來越重要，因此對(duì)于深部鉆探技術(shù)的研究及發(fā)展就顯得極為重要。深部鉆探技術(shù)是發(fā)展我國(guó)深部地質(zhì)找礦與深部探測(cè)計(jì)劃的主要技術(shù)手段，其客觀難度大，需要各方面高度重視并進(jìn)行深入研究，依靠國(guó)家及企業(yè)等多方面的資金投入進(jìn)行扶持，大力開展深部鉆探技術(shù)的研發(fā)工作，制定科學(xué)、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，努力早日實(shí)現(xiàn)“理論上水平，裝備上臺(tái)階，技術(shù)大飛躍”的三步走戰(zhàn)略。

[1]孫丙倫.深部找礦組合鉆探技術(shù)研究 [D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.

[2]張林霞，李藝，周紅軍.我國(guó)地質(zhì)找礦鉆探技術(shù)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析 [J].探礦工程，2012,39（2）：1-8.

[3]黃才啟，劉良根.深部礦產(chǎn)勘探與受控定向鉆進(jìn)技術(shù)方法思考 [J].探礦工程，2009（增刊）：122-124.

[4]李世忠.鉆探工藝學(xué) [M].北京：地質(zhì)出版社，1989.

[5]張祖培，殷琨，蔣榮慶，等.巖土鉆掘工程新技術(shù) [M].北京：地質(zhì)出版社，2003.

[6]張金昌.深部找礦關(guān)鍵鉆探技術(shù)問題與對(duì)策 [J].探礦工程，2011，38（11）：1-6.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-376-2

王勝（1986～），男，學(xué)士，助理工程師，研究方向?yàn)殂@探技術(shù)及地質(zhì)勘查。