鉆探施工在地質(zhì)資源勘查中的應(yīng)用

張建軍

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

地質(zhì)資源對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的價(jià)值及意義?；谀壳扒闆r，國(guó)家越來(lái)越多的淺層地質(zhì)資源已逐漸被開(kāi)采，數(shù)量越來(lái)越少，地面深處可能存在地質(zhì)資源，因此加強(qiáng)勘查研究十分關(guān)鍵。

隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)深層地質(zhì)資源的探測(cè)，為準(zhǔn)確開(kāi)采起到了積極作用，因此，亟需對(duì)地質(zhì)資源鉆探勘查技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探究。

1 地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)地質(zhì)資源開(kāi)發(fā)發(fā)展時(shí)間較短，因此我國(guó)鉆探技術(shù)與先進(jìn)國(guó)家存在巨大差距。目前，隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展對(duì)資源需求量的不斷增加，鉆探技術(shù)也獲得了較好的發(fā)展，為我國(guó)的地質(zhì)資源的開(kāi)發(fā)做出了巨大貢獻(xiàn)。

我國(guó)的地質(zhì)鉆探技術(shù)起源是20世紀(jì)80年代，在使用初步階段，技術(shù)工藝較為落后，不僅需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，操作難度也較大。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)在地質(zhì)探測(cè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，有效提高了勘查效率。

在未來(lái)的發(fā)展中，方面要加強(qiáng)對(duì)國(guó)外先進(jìn)鉆探技術(shù)的引進(jìn)，另一方面要結(jié)合我國(guó)地質(zhì)資源勘查需要，加強(qiáng)鉆探技術(shù)創(chuàng)新，為我國(guó)地質(zhì)勘探奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 地質(zhì)資源勘查過(guò)程中的鉆探技術(shù)

2.1 高精度受控定向鉆探技術(shù)

高精度受控定向鉆探技術(shù)是目前地質(zhì)鉆探技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的重要技術(shù)。該技術(shù)主要利用3S等定位技術(shù)，使得鉆孔軌跡按照預(yù)定的方向進(jìn)行作業(yè)，且可以達(dá)到常規(guī)鉆孔技術(shù)難以抵達(dá)的部位及坑道，可以在同一個(gè)主孔中嵌套多個(gè)羽狀鉆孔，鉆孔精度高，可以實(shí)現(xiàn)高精度作業(yè)。另外，在該類鉆探技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，還可以對(duì)孔內(nèi)事故進(jìn)行分析與處理。為了減少鉆進(jìn)過(guò)程中的孔斜及降低變化率，還應(yīng)該注意加強(qiáng)定向控制。

2.2 金剛石繩索取芯技術(shù)

金剛石具有很高的硬度，在進(jìn)行礦產(chǎn)鉆探過(guò)程中能夠最大限度的深入地質(zhì)，目前來(lái)說(shuō)這項(xiàng)技術(shù)在世界范圍內(nèi)都有較高的普及程度，綜合來(lái)說(shuō)在多種鉆探技術(shù)中排名位于首位。我國(guó)在20世紀(jì)70年代就對(duì)該技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)，一般在深地質(zhì)采礦施工中，采用的應(yīng)對(duì)方法是使用普通鉆桿穿過(guò)繩索取芯鉆具內(nèi)管完成作業(yè)。

現(xiàn)如今，由于技術(shù)原因，我國(guó)很難制造加工使用壽命較長(zhǎng)的金剛石鉆頭，造價(jià)較高且工作效率較低，這也就在一定程度上阻礙了我國(guó)深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)的發(fā)展。

2.3 甚低頻電磁探測(cè)法

甚低頻電磁法主要被用于開(kāi)展深度礦產(chǎn)的尋找和開(kāi)采中，其應(yīng)用方式和原理跟X射線探測(cè)技術(shù)差不太多，主要是通過(guò)向目標(biāo)礦產(chǎn)發(fā)射低頻電磁波，并對(duì)接受到的礦物質(zhì)所反射的電波進(jìn)行波長(zhǎng)分析，以此確定礦物質(zhì)所在位置和深度，甚低頻電磁探測(cè)法具備以下幾種優(yōu)勢(shì)：①甚低頻電磁探測(cè)法通過(guò)分析所反射電磁波浮動(dòng)參數(shù)的方式，確定所探測(cè)礦產(chǎn)的方位和形狀，探測(cè)速度快，能夠有效地縮短探測(cè)時(shí)間；②甚低頻電磁探測(cè)法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出所探測(cè)礦體的具體方位，有利于提升探測(cè)工作效率；③甚低頻電磁探測(cè)法能夠在不同區(qū)域、不同類型的地質(zhì)條件下得到廣泛使用，有著很好的靈活性和適應(yīng)性。

2.4 反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)

反循環(huán)連續(xù)取樣技術(shù)主要是利用壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì)，借助雙臂鉆桿的作用通過(guò)來(lái)回撞擊的形式全面粉碎礦山中的巖石，被粉碎的巖石會(huì)形成大量的巖屑，這些巖屑會(huì)在不斷旋轉(zhuǎn)鉆頭的沖擊下被傳送到地面，這樣鉆探人員就可以將這些巖屑按傳送順序收集起來(lái)，作為對(duì)地質(zhì)資源情況的研究樣本，以此來(lái)分析出地質(zhì)資源的分布范圍，從而為開(kāi)采工作奠定基礎(chǔ)。

3 金剛石繩索取芯技術(shù)在地質(zhì)資源勘查中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

在某金礦深部勘查中，采用鉆孔勘查技術(shù)。該礦區(qū)鉆孔設(shè)計(jì)孔深都在2000m以深，XY－6B型鉆機(jī)、XY－8型鉆機(jī)及阿特拉斯CS4002型等鉆機(jī)數(shù)量已不能滿足生產(chǎn)需求，因此，引進(jìn)XD－30DB型頂驅(qū)變頻鉆機(jī)在該礦區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)施工。

3.2 XD－30DB型鉆機(jī)基本情況

XD－30DB型鉆機(jī)是一種AC－VFD－AC交流變頻電驅(qū)動(dòng)全數(shù)字控制的頂驅(qū)式巖心鉆機(jī)。施工鉆孔孔號(hào)108ZK3，設(shè)計(jì)孔深2600m，該孔采用XD－30DB型頂驅(qū)鉆機(jī)，該區(qū)地層比較簡(jiǎn)單，構(gòu)造較為完整，采用繩索取心鉆探方法，鉆孔采用二開(kāi)結(jié)構(gòu)。鉆孔結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意

3.3 鉆進(jìn)過(guò)程

第一階段，用Φ114mm鉆桿、Φ122mm外徑鉆頭繩索取心鉆進(jìn)，鉆至86m，下Φ108mm技術(shù)套管。因開(kāi)孔巖石比較完整，在此期間沖洗液為1m3清水加0.2kg1800萬(wàn)分子量的陰離子型聚丙烯酰胺（簡(jiǎn)寫(xiě)APAM），循環(huán)方式為正循環(huán)。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓10kN～15kN，鉆速300r/min～360r/min，泵量100L/min～120L/min，送鉆速度4.5cm/min～5.5cm/min。

第二階段，因礦區(qū)處環(huán)境保護(hù)區(qū)提前終孔，終孔孔深為1426.06m。該階段采用繩索取心鉆具組合為Φ89mm繩索取心鉆桿+Φ89mm鉆具+Φ91mm外徑擴(kuò)孔器和鉆頭。沖洗液配比：1m3清水+2kg防卡護(hù)壁潤(rùn)滑劑+2kg磺化褐煤樹(shù)脂+3kg羧甲基纖維素。測(cè)試沖洗液性能指標(biāo)為：pH值8～10；粘度25s～30s；濾失量12mL/30min～17mL/30min；密度1.01g/cm3；固相含量1.0%；濾失量14mL/30min～18mL/30min；含砂量≤0.6%；塑性粘度12mPa·s；靜切力2Pa～4Pa，動(dòng)切力2Pa～3Pa。循環(huán)方式為正循環(huán)，若遇漏失地層時(shí)加入20～30kg803堵漏劑。

該鉆孔主要為二長(zhǎng)花崗巖，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓變化平穩(wěn)。當(dāng)遇到漏失地層時(shí)，扭矩參數(shù)明顯升高，出現(xiàn)憋車情況，在該情況下，需要將鉆機(jī)轉(zhuǎn)速降低才能夠保證正常鉆進(jìn)，在此過(guò)程要及時(shí)進(jìn)行堵漏。在鉆進(jìn)過(guò)程中要及時(shí)調(diào)整送鉆速度，保證各項(xiàng)參數(shù)平穩(wěn)的施工。

3.4 參數(shù)變化關(guān)系

司鉆房為頂驅(qū)鉆機(jī)的智能操作控制中心，鉆機(jī)的各個(gè)動(dòng)作都是在司鉆房里下達(dá)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。司鉆房里由兩個(gè)電控柜和一個(gè)控制電腦顯示屏等部分組成，通過(guò)調(diào)節(jié)顯示屏參數(shù)完成鉆探工作。

顯示屏的參數(shù)變化是鉆孔工作的體現(xiàn)，通過(guò)實(shí)際在施工過(guò)程總結(jié)與驗(yàn)證，得出以下關(guān)系：①泵壓數(shù)值上升，巖心管堵或鉆頭消耗盡，進(jìn)行取心或提鉆換鉆頭。②鉆壓數(shù)值上升，扭矩?cái)?shù)值不變或上升，巖石變硬，減慢進(jìn)尺。③鉆壓數(shù)值上升，扭矩?cái)?shù)值下降，巖心管堵需取心。④鉆壓數(shù)值上升，扭矩?cái)?shù)值下降，泵壓數(shù)值上升，需磨巖心，否則巖心管打撈不動(dòng)。⑤鉆壓數(shù)值下降，扭矩?cái)?shù)值下降，巖石變軟，可適當(dāng)加快進(jìn)尺。⑥泵壓數(shù)值不穩(wěn)，鉆壓扭矩?cái)?shù)值正常，巖心管不進(jìn)，推磨巖心。

3.5 應(yīng)用效果

在鉆進(jìn)過(guò)程中總進(jìn)尺1426.06m，總臺(tái)時(shí)為2016h，平均鉆進(jìn)時(shí)效0.71m，臺(tái)月效率509.30m，純鉆進(jìn)時(shí)間44.72%，由于第一次使用操作學(xué)習(xí)和保養(yǎng)時(shí)間占31.21%，其他時(shí)間24.07%。該礦區(qū)同期開(kāi)動(dòng)XY－8型鉆機(jī)、阿特拉斯CS4002型鉆機(jī)各一臺(tái)。

因阿特拉斯CS4002型鉆機(jī)為柴油發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，該頂驅(qū)鉆機(jī)與XY－8型鉆機(jī)由工業(yè)網(wǎng)電提供動(dòng)力，對(duì)后兩臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行了能耗比較。

XD－30DB型鉆機(jī)進(jìn)尺效率與XY－8型鉆機(jī)、阿特拉斯CS4002型鉆機(jī)相比，淺孔階段沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，隨著鉆孔的加深，其鉆進(jìn)效率優(yōu)于XY－8型鉆機(jī)、阿特拉斯CS4002型鉆機(jī)。能耗方面在同等施工條件下，該鉆機(jī)的變頻驅(qū)動(dòng)的能耗低于XY－8型鉆機(jī)，降低了施工成本。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)金剛石繩索取芯技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。在地質(zhì)資源勘查中，鉆探技術(shù)的種類較多，這就要求結(jié)合實(shí)際情況，合理選用鉆探技術(shù)，確定技術(shù)方案，保證地質(zhì)資源勘查的順利進(jìn)行。