地質(zhì)勘查和深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)

何小明

在人類生存、社會發(fā)展過程中，礦產(chǎn)是不可或缺的重要能源，包括煤炭、鐵礦、石油、鋁礦在內(nèi)的各種礦產(chǎn)資源，均為促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展和社會進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)。對于能源企業(yè)而言，地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)是重要的工作內(nèi)容，科學(xué)、先進(jìn)的找礦技術(shù)可以提高礦產(chǎn)地質(zhì)勘查效率，獲得準(zhǔn)確的勘查數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)了解地質(zhì)深部的礦產(chǎn)資源以及儲備量，為制定開采方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)勘查工作的主要內(nèi)容

1.1 對礦山生產(chǎn)的勘查

任何類型的礦產(chǎn)地質(zhì)勘查中，都涉及了諸多方面的勘查內(nèi)容，為使得勘查工作能夠順利實施，相關(guān)作業(yè)人員應(yīng)充分做好前期的準(zhǔn)備工作， 保證后續(xù)的勘查更具全面性。其次，勘查人員在勘查工作進(jìn)行時，都應(yīng)該結(jié)合礦產(chǎn)資源現(xiàn)場的具體情況，來確定礦產(chǎn)勘測的具體位置和現(xiàn)場的地形特點，經(jīng)由先進(jìn)的技術(shù)來確定此處大概存在有多少的礦產(chǎn)資源分布。

1.2 對危機礦山接替資源的勘查

地質(zhì)勘查工作的進(jìn)行可以給礦產(chǎn)預(yù)測和開發(fā)提供一定的參考，使得礦山企業(yè)能夠在此開采作業(yè)中依據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果來進(jìn)行開采方案的制定，盡可能延長開采時間，促進(jìn)區(qū)域礦山行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。在一些關(guān)鍵礦區(qū)區(qū)域中，應(yīng)進(jìn)行危機礦山接替資源的設(shè)置，尤其是對于銅礦、鋅礦等稀有礦產(chǎn)資源開發(fā)而言，更是要將其作為重點的保護對象，加強對危機礦山接替資源的勘查。

1.3 關(guān)閉階段的地質(zhì)勘查工作

在礦產(chǎn)資源開發(fā)結(jié)束以后，關(guān)閉階段的地質(zhì)勘查工作也尤為重要，只有在全面的勘查基礎(chǔ)上，才能夠?qū)崿F(xiàn)礦山區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)。關(guān)閉階段的地質(zhì)勘查應(yīng)重點對礦山開采作業(yè)所造成的資源浪費和環(huán)境污染等開展調(diào)查，通過專業(yè)調(diào)查與分析來進(jìn)行治理和復(fù)墾。

2 深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)

2.1 空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)

空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)也是找礦技術(shù)中的一種，在利用該技術(shù)開展找礦的過程中，經(jīng)由空氣壓縮技術(shù)對空氣的壓縮處理，也就可以將此過程中的壓強向循環(huán)介質(zhì)的動力轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化關(guān)系的存在往往是因為空氣壓縮的過程中產(chǎn)生的壓強非常大，而這也成為了潛孔錘的主要動力來源，在這一系列的作用下，礦產(chǎn)資源現(xiàn)場的巖石被擊碎，呈現(xiàn)出不同的形狀。在開展地質(zhì)鉆探找礦時，專業(yè)人員經(jīng)由對擊碎以后所產(chǎn)生的各種巖石碎片分析，也就可以在分析的過程中得到這些巖石所賦存的環(huán)境特征，進(jìn)而了解深部的地質(zhì)類型和特點。

2.2 液動潛孔錘技術(shù)

礦石資源的找礦和開發(fā)中，液動潛孔錘技術(shù)有著一定的適用條件，可以給一些特殊深部礦產(chǎn)資源的開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)。從本質(zhì)來看，液動潛孔錘技術(shù)是在常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)下的創(chuàng)新，屬于當(dāng)下找礦領(lǐng)域的新技術(shù)。但利用這一技術(shù)開展鉆探作業(yè)時，設(shè)備運行需要有沖洗液的輔助，因為特定沖洗液的使用可以驅(qū)動內(nèi)部潛孔錘的運動，進(jìn)而來促進(jìn)鉆探工作的開展。沖洗液存在一定的推動作用力，潛孔錘在受到了這一作用力以后，會將該動能沖擊作用下的能量傳遞到設(shè)備鉆頭中，使得鉆頭能夠?qū)υ搮^(qū)域的巖體實現(xiàn)破碎處理。該設(shè)備運行時必須要有基礎(chǔ)原料的保障，該基礎(chǔ)原料是外部泥漿泵所提供的，經(jīng)由泥漿泵足夠的基礎(chǔ)原料供給，才能夠使得設(shè)備中所涉及的能量可以維持正常的輸入狀態(tài)。液動潛孔錘技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，尤其是對于一些脆性大

的巖石而言，不僅呈現(xiàn)出極高的鉆探效率，更可以保障較大的巖石鉆孔率，給開采作業(yè)的進(jìn)行提供了較為切實的依據(jù)。

2.3 定向鉆探技術(shù)

定向鉆探技術(shù)同樣是深部地質(zhì)鉆探中的有效技術(shù)，尤其是對于一些地質(zhì)條件相對較大的區(qū)域而言，定向鉆探技術(shù)的優(yōu)勢明顯。為使得定向鉆探技術(shù)可以給深部礦產(chǎn)資源開發(fā)以一定的參考，應(yīng)在對應(yīng)的勘查地區(qū)鉆探方向確定的基礎(chǔ)上，使得鉆探裝置可以依據(jù)特定的方向來開展鉆探和勘查作業(yè)，整個的鉆探效率高，兼具初級定向孔、空間彎曲定向孔和單孔底定向孔等多種的功能，整個鉆探作業(yè)中的人工成本、設(shè)備成本相對較低，但此鉆探技術(shù)應(yīng)用時的鉆孔傾斜現(xiàn)象出現(xiàn)頻次較高，極易釀成一定的事故，這就要求在開展定向鉆探的過程中，應(yīng)結(jié)合鉆探要求來進(jìn)行相應(yīng)的防斜設(shè)計。

2.4 甚低頻電磁法技術(shù)

甚低頻電磁法技術(shù)在找礦過程中不僅存在著效率方面的優(yōu)勢，更具有高度的技術(shù)靈活性，如果深部鉆探找礦中利用的是這一技術(shù)，就需要借助于Fraser濾波來對所測得的全部數(shù)據(jù)加以整合與處理，經(jīng)由對掩蓋區(qū)異常地質(zhì)體、產(chǎn)狀等的全面分析，也就可以對鉆探現(xiàn)場的礦產(chǎn)資源展布情況加以了解，經(jīng)由數(shù)據(jù)分析和調(diào)查，礦產(chǎn)規(guī)律、礦體情況的掌握更為便捷和有效。因此，甚低頻電磁法技術(shù)在深部鉆探作業(yè)中的應(yīng)用，使得礦體空間主權(quán)位置的確定和預(yù)測更為精準(zhǔn)。與其他的找礦技術(shù)相比，甚低頻電磁法的便捷性更高，操作簡單且技術(shù)經(jīng)濟效益高。但這一技術(shù)應(yīng)用時也存在著一定的限制，具體表現(xiàn)在信號源選擇方面，如果信號源選擇不當(dāng)，可能會導(dǎo)致電磁波的強度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，鉆探結(jié)果的可靠性將無法保障，因此，甚低頻電磁法找礦技術(shù)應(yīng)用中，需結(jié)合礦區(qū)條件，選擇最為恰當(dāng)?shù)恼业V時間。我國的地質(zhì)勘查技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了多年的發(fā)展，在此過程中，積累了豐富的找礦經(jīng)驗，并且對找礦技術(shù)進(jìn)行了完善與創(chuàng)新。由于對淺層礦產(chǎn)的過度開采，造成礦產(chǎn)資源短缺，所以，研究深層地質(zhì)找礦技術(shù)是十分必要的。甚低頻電磁技術(shù)的應(yīng)用比較靈活，可以提高找礦效率。實際應(yīng)用中，利用Fraser濾波來處理數(shù)據(jù)，然后分析掩蓋區(qū)域異常地質(zhì)體，從而獲得礦區(qū)的分布情況，還能明確礦床規(guī)律，預(yù)測礦體空間所處的主權(quán)位置，為精準(zhǔn)找礦提供參考依據(jù)。此外，甚低頻電磁技術(shù)的應(yīng)用成本較低，且操作方便，但選擇信號源時會存在限制，而且會一定程度的影響電磁波強度，特別是日出、日落兩個時間段的影響最為明顯。所以，需要合理控制找礦時間，在場強相對穩(wěn)定的時間段應(yīng)用甚低頻電磁技術(shù)。

2.5 金剛石繩索取芯技術(shù)

金剛石繩索取芯技術(shù)在應(yīng)用于鉆探找礦的過程中，金剛石的硬度較高，通過這一特點的有效把控，也就使得在利用這一鉆探找礦技術(shù)時，能夠發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。鉆探過程中，金剛石是主要的要素，經(jīng)由金剛石的科學(xué)使用，也就可以從根本上使得鉆探的深度更大。金剛石取芯技術(shù)在當(dāng)下的深部地質(zhì)鉆探找礦工作中應(yīng)用非常廣，且基本可以達(dá)到預(yù)期的效果，但與國外發(fā)達(dá)國家相比，我國金剛石繩索取芯技術(shù)的發(fā)展時間有限，尚存在很多的技術(shù)發(fā)展空間。很多礦區(qū)在利用金剛石繩索取芯技術(shù)開展鉆探作用時，主要是通過普通鉆桿穿過繩索取芯鉆具來進(jìn)行相應(yīng)的鉆探作業(yè)的，勘探作業(yè)中工作量龐大且耗時長，在未來應(yīng)加強這一技術(shù)的創(chuàng)新。

2.6 X熒光找礦技術(shù)

該技術(shù)的原理是利用X射線熒光來分析元素的成分和品位，以提高找礦效率。在找礦工作中歐冠，X熒光技術(shù)具有突出優(yōu)勢，在被一定波長的光激發(fā)后，某些物質(zhì)會在短時間內(nèi)發(fā)射出元素X特征的射線，以顯示地下構(gòu)造與礦體的具體位置，還能準(zhǔn)確劃分礦床的邊界，呈現(xiàn)礦床厚度。

2.7 高精度定向取樣鉆探技術(shù)

在深層地質(zhì)找礦中應(yīng)用該技術(shù)，可保證鉆孔按照預(yù)定方向作業(yè)，在普通鉆孔無法到達(dá)的深度與地質(zhì)勘探坑道中，主孔能夠嵌套若干鉆樁孔和分支孔，從而保證鉆探的精準(zhǔn)度，還能避免找礦工作中發(fā)生的意外事故。但應(yīng)用該技術(shù)時，需要提前做好防斜措施，盡量降低孔隙率，避免鉆孔出現(xiàn)變化。

3 礦山地質(zhì)勘查原則

持續(xù)不斷且有盲目的礦山開采，會給地質(zhì)造成嚴(yán)重破壞。如果采空區(qū)域的面積達(dá)到了礦區(qū)的60%以上，則會嚴(yán)重威脅采礦工作者的生命安全。地表連續(xù)性的下沉?xí)鸬孛娉两?，給周圍居民的人身財產(chǎn)安全造成威脅。因此，在采礦前期，必須做好地質(zhì)勘查工作，遵循科學(xué)的勘查原則。

3.1 統(tǒng)籌規(guī)劃原則

勘查之前，技術(shù)人員需要實地了解自然環(huán)境、地理環(huán)境，預(yù)估勘查成本，研究現(xiàn)有的相關(guān)政策。在綜合考慮多種因素的情況下制訂勘查方案。同步進(jìn)行環(huán)境與地質(zhì)調(diào)查，保證勘查結(jié)果的客觀、真實和準(zhǔn)確，協(xié)調(diào)統(tǒng)一中央和地方政策，提前做好規(guī)劃，分配勘查任務(wù)。站在宏觀的角度分析地質(zhì)勘查特點，為后續(xù)的找礦工作奠定良好基礎(chǔ)。

3.2 突出重點原則

地質(zhì)勘查的目的是發(fā)現(xiàn)可利用的、具有價值的礦產(chǎn)資源。因此勘查過程中需要針對規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行重點勘查。一方面，該區(qū)域礦產(chǎn)資源的開發(fā)程度較低，另一方面，這些區(qū)域的礦產(chǎn)資源比較有價值，且儲存量較多。除此之外，還要盡可能的擴大勘查范圍，加大地質(zhì)勘查的廣度、深度，盡可能的開發(fā)更多的礦產(chǎn)資源。

3.3 因地制宜原則

礦物質(zhì)受到各種地質(zhì)運動的影響和作用，逐漸形成了礦產(chǎn)資源。礦產(chǎn)資源的類型與地質(zhì)活動密切相關(guān)，正因如此，企業(yè)才要詳細(xì)了解礦產(chǎn)的分布情況，詳細(xì)調(diào)查各種礦產(chǎn)類型，了解不同規(guī)劃區(qū)域的地質(zhì)特點、人文經(jīng)濟條件，在此基礎(chǔ)上合理選擇勘查技術(shù)。

4 礦山地質(zhì)勘查技術(shù)

4.1 電磁瞬變技術(shù)

該技術(shù)的基本原理是：利用不接地的裝置把脈沖發(fā)射入水，形成特定的測程。然后根據(jù)專屬線圈所形成的渦流感應(yīng)體系獲得準(zhǔn)確的電阻利用率，根據(jù)電磁感應(yīng)定律確定礦產(chǎn)資源的活動特點。工程現(xiàn)場在電場的影響下會產(chǎn)生礦產(chǎn)溶解現(xiàn)象，而礦物資源一旦出現(xiàn)電化學(xué)溶解時，就會形成大量的金屬陽離子，并聚集在陰極的表面，工作人員會立刻判斷出礦物的類型。

4.2 感應(yīng)電磁勘探技術(shù)

該技術(shù)的重點是利用礦物質(zhì)的電磁性差異進(jìn)行觀察，以電磁空間的分布為依據(jù)來找礦。礦石與巖石具有不同的化學(xué)特點，所以二者的磁場會表現(xiàn)為不同的空間分布狀態(tài)，并且呈現(xiàn)動態(tài)變化的特點。正因如此，才可以采用專業(yè)設(shè)備來探查電磁場的空間分布情況，了解礦物資源的現(xiàn)狀。與低阻異常的位置相比，礦物資源所處的位置往往會更低，而且礦體的礦化程度不一致，所以礦體的低阻異常反應(yīng)較弱。盡管感應(yīng)電磁勘探技術(shù)無法在礦化程度清晰的情況下獲得良好的找礦精度，但這一技術(shù)卻非常適用于深部找礦。

4.3 數(shù)字地震勘查技術(shù)

該技術(shù)的特點是高分辨率，能夠?qū)辈榻Y(jié)論進(jìn)行數(shù)字化處理。通過子波整形校正、疊加分析以及分頻處理等一系列優(yōu)化措施，可獲得完整、理想的勘查結(jié)果。而且在礦山開采過程中，數(shù)字地震勘查技術(shù)具有良好的安全性，可以有效提高開采效率以及礦物的產(chǎn)出比。

5 深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)的實際應(yīng)用

5.1 礦區(qū)概況

以某金礦為研究對象，該礦區(qū)地層多分布花崗巖，且呈現(xiàn)出塊狀構(gòu)造的特點，由于存在斷裂影響，地層破碎特征明顯，遇礦前后分布有一定的軟弱地層。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析：該礦區(qū)現(xiàn)場的可鉆級別保持在7到9之間，地層條件相對復(fù)雜，呈現(xiàn)出硬、脆、酥的特征，分3期開展鉆探作業(yè)，總共設(shè)計有59個鉆孔，鉆探范圍達(dá)到了56254.26m2，這些鉆孔中，Ⅰ類深孔和Ⅱ類深孔分別有24個、2個?；诘V區(qū)現(xiàn)場條件的復(fù)雜性，最終選用的是液動錘WL組合鉆探技術(shù)。

5.2 設(shè)備選擇

結(jié)合該礦區(qū)前期的勘查數(shù)據(jù)與結(jié)果分析，為了使得鉆探作業(yè)可以高效完成，需加強鉆機和鉆具的選擇，盡量選擇回轉(zhuǎn)速度范圍大的鉆機，并要保障鉆機與液動錘低轉(zhuǎn)速的配合度，減小鉆頭部位的磨損現(xiàn)象出現(xiàn)，為達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)，市場上XY系列鉆機可以符合要求，經(jīng)由對比，在本礦區(qū)鉆探作業(yè)中選擇的是XY-6鉆機、SYZX75、SS75C的液動錘WL鉆具、SYZX75的液動錘WL。

5.3 技術(shù)應(yīng)用

鉆探作業(yè)中所選擇的液動錘鉆具中包含了雙噴嘴液動錘、WL鉆具，以沖擊系統(tǒng)、碎巖系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、傳動與單動系統(tǒng)等多個機構(gòu)為主，鉆探作業(yè)中，液體經(jīng)由上噴嘴位置處噴出，受到一定的高速卷吸作用，上缸套上腔中的介質(zhì)會逐步抽往下腔，在下噴嘴節(jié)流作用下，閥門在最短的時間內(nèi)上移到上限。進(jìn)入到下腔中液流，經(jīng)由噴嘴噴出，一定的卷吸作用下，腔內(nèi)的壓力下降到最低水平，但因為在與沖錘相連部位的活塞底部存在一定的水路攔截干擾，壓力增加構(gòu)成了壓力差。沖錘上方活塞頂部與下方為閉合狀態(tài)，液流強制被切斷也就同步產(chǎn)生了水擊作用，上腔壓力急劇上升。

6 結(jié)語

近年來，隨著礦產(chǎn)行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，各個礦山企業(yè)在資源開發(fā)過程中趨向于深部資源的開采，但因為深部條件的復(fù)雜性，加劇了礦產(chǎn)資源的開發(fā)難度。為了使得深部礦產(chǎn)資源的開發(fā)工作能夠順利進(jìn)行，應(yīng)做好地質(zhì)勘查和鉆探，用先進(jìn)的鉆探找礦技術(shù)來輔助深部資源的開發(fā)，確定最佳的開采方案，幫助礦山企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。