現(xiàn)代資源勘察工程新技術應用及分析

周正茂

（南豐縣自然資源局，江西 撫州 344500）

隨著人口經(jīng)濟水平的持續(xù)增長，我國對礦產(chǎn)資源的需求量也在穩(wěn)步增加。要滿足礦產(chǎn)消費市場的需求，需要完善升級勘察工程中的勘探、鉆探等相關技術。由于地質(zhì)和地形的多樣性，需要持續(xù)深入地強化地質(zhì)勘探技術研究。但需要注意的是，現(xiàn)有的礦產(chǎn)勘察技術在實際應用中依舊存在問題。因此，相關行業(yè)需要了解新的勘探方法的發(fā)展趨勢，緊跟時代潮流，并根據(jù)現(xiàn)存問題掌握勘探技術的發(fā)展方向，只有這樣才能保證勘探工作的準確程度。

1 礦產(chǎn)資源勘察技術的概括

（1）礦產(chǎn)資源勘察的內(nèi)容。資源勘探所采用的方法可以根據(jù)現(xiàn)有技術進行概括，主要利用地質(zhì)勘探法、技術取樣法、化學分析法等各種科學數(shù)據(jù)分析方法進行分析。根據(jù)分析結(jié)果對探礦資源分布、自然資源質(zhì)量和自然資源數(shù)量進行開發(fā)。以西部某石油勘探項目為例，勘察者需要先選址，在現(xiàn)場取樣，鉆探技術在礦產(chǎn)勘探中用于取樣，以獲取和分析樣品，樣品分析提供帶有數(shù)據(jù)的詳細報告，而來自不同樣本報告數(shù)據(jù)的集成能夠提供有關地下巖石調(diào)查和數(shù)據(jù)的詳細報告[1]。但是，以往礦產(chǎn)勘察項目采用的技術存在一定的局限性，需要及時更新，使礦產(chǎn)勘察工程的發(fā)展更進一步。

（2）礦產(chǎn)資源勘察的特點。大多數(shù)礦物都在地下深處發(fā)現(xiàn)，例如地下2000米深處的石油和天然氣。礦產(chǎn)開采工作條件對工程師工作水平以及設備的性能都提出了很高的要求。例如，勘探的工作條件非常惡劣，在無人區(qū)的勘探設備必須穿越很多厚厚的巖石層才可以實現(xiàn)對礦物進行勘探，這種情況要求工人必須具備高水平的適應能力和心理能力以及高強度的裝備，以滿足各層的不同需求[2]。礦產(chǎn)勘察技術的特點可以概括為：高技術含量、多變的工作環(huán)境和高設備需求。

2 資源勘探工程的重要性

所謂資源勘察，就是利用地質(zhì)學、理化勘察、工程、化學檢測和分析等多種方法，確定一個地區(qū)礦產(chǎn)資源的分布以及礦產(chǎn)資源的質(zhì)量和數(shù)量，從而實現(xiàn)礦產(chǎn)市場生產(chǎn)鏈第一個階段的開發(fā)，為下一步的資源開發(fā)、加工等過程提供基礎資源。目前的地質(zhì)勘探項目旨在擺脫單一勘探礦產(chǎn)工作，向經(jīng)濟層面開發(fā)轉(zhuǎn)型，提高經(jīng)濟發(fā)展水平，實現(xiàn)國家戰(zhàn)略資源安全，充分保障環(huán)境效益。鉆探工程是礦產(chǎn)勘探工作中的不可或缺的一部分，該工程是使用機械方法，以特定角度和方向進行鉆孔，并借助回聲測深儀下潛從鉆孔中提取巖心、碎屑等資源，以定位下層巖石、礦物、地熱能和其他資源。鉆探技術在礦產(chǎn)勘察中廣泛應用，但在礦石成分多樣及相對復雜的地質(zhì)結(jié)構區(qū)域下很少使用。

3 現(xiàn)代資源勘察探礦工程的發(fā)展定位

為解決資源勘探問題，主要通過工程地質(zhì)學和一些化學方法，確定區(qū)域內(nèi)自然資源的分布，明確自然資源的質(zhì)量和數(shù)量并分析其是否處于開發(fā)和勘探階段?？碧焦ぷ髦荚跒椴傻V系統(tǒng)創(chuàng)造更豐富的礦產(chǎn)資源，勘察探礦工程的主要內(nèi)容按照相關技術要求，結(jié)合當?shù)氐刭|(zhì)資料和社會措施編制而成。對于礦產(chǎn)資源勘探項目，要根據(jù)社會需要，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)勘探方式，實現(xiàn)對國民經(jīng)濟發(fā)展的推動作用，確保國家戰(zhàn)略資源的適應性和技術在生態(tài)環(huán)境等諸多領域的有效應用。

4 資源勘察工程中的要點分析

（1）施工要點。相關工作人員需要在資源勘察工程中全面考慮，協(xié)同相應資源?？辈烊吮仨殘猿挚茖W發(fā)展觀和相關研究理論，需要對資源勘察工程有深刻的認識，提前做好準備和計劃。同時，必須遵守自然規(guī)律，合理安排工作時間，兼顧項目工程的經(jīng)濟效益和社會效益。只有規(guī)劃設計科學、合理、高效，各部門才能形成良好的有機體，才能充分體現(xiàn)員工的素質(zhì)，確保資源勘探工作的順利進行。原則上，責任人應制定全面的計劃，分析考慮勘探地區(qū)的情況。在當今快節(jié)奏的社會中，相關工作人員必須保持對資源開發(fā)的高度適應性，以支持資源勘察工程的可持續(xù)發(fā)展。

（2）技術選擇要點。資源勘探的主體工作必須順應自然規(guī)律，因地制宜，整合技術。此外，所有員工都必須專注于實現(xiàn)經(jīng)濟價值的最大化，相關工作人員必須將先進的勘察技術與最優(yōu)化的經(jīng)濟性和實用性相結(jié)合，以確?？辈烊蝿盏馁|(zhì)量和效率。在科學技術持續(xù)革新的當下，資源勘察學科也在持續(xù)優(yōu)化。資源勘察人員要不斷學習知識和理論，提高自身實踐能力，促進資源勘探工作整體專業(yè)水平的提升。

5 現(xiàn)代礦產(chǎn)資源勘察工程對新技術的運用

（1）金剛石繩索取心鉆進技術。鉆探技術在礦產(chǎn)勘探中發(fā)揮關鍵作用，鉆探技術也是巖土勘探的重要取樣方法。憑借其強大的功能和提供詳細地質(zhì)信息的能力，它被廣泛應用于煤炭、石膏、石油和天然氣、地熱能的勘探。同時，可以為水利工程、城市規(guī)劃系統(tǒng)和交通基礎設施的施工團隊提供詳細的地質(zhì)資料。資源勘察過程中的關鍵設備是鉆探設備，鉆探設備的性能將決定工程勘探時間和整體勘探項目的質(zhì)量。

例如，為了提高勘探中的鉆進效率，世界各地的鉆機上的鉆頭都使用金剛石。由于金剛石的超高硬度，可以加工不同硬度的巖石層，從而提高鉆進速度。鉆機使用的主要磨料是金剛石，金剛石鉆頭的生產(chǎn)成本非常高，生產(chǎn)難度大。此外，要充分發(fā)揮金剛石取芯鉆頭的優(yōu)勢，還需要搭配使用現(xiàn)代鉆井設備。然而，現(xiàn)有的礦物鉆井設備存在嚴重的問題，鉆探設備無法實現(xiàn)與基本磨料的有效契合，礦產(chǎn)勘探技術和裝備已成為眾多勘探集團的共同弱點。顯然，當前的勘察工程隊伍已經(jīng)不能滿足當前經(jīng)濟發(fā)展的要求和勘探行業(yè)的社會需要，上述問題也成為礦產(chǎn)資源領域技術研究發(fā)展的巨大障礙。在采礦業(yè)中，金剛石鉆頭的生產(chǎn)率和采收率與繩索取心鉆進的質(zhì)量密切相關。現(xiàn)在，得益于科技的持續(xù)革新，我國已成功開發(fā)出不同唇面形狀和不同技術參數(shù)的金剛石取芯鉆。根據(jù)金剛石的位置和大小，實現(xiàn)鉆頭工作效率的提高和使用壽命的延長。這些鉆頭可分為三部分：表面鑲嵌技術中的天然金剛石鉆頭、浸入技術中的天然或人造金剛石芯、電鍍技術中的金剛石芯、多晶工藝中的人造金剛石芯和復合工藝中的金剛石芯。這么多類型的金剛石取芯鉆頭可以滿足不同地層繩索鉆進的需要。科學技術的持續(xù)革新注定我國未來將重點發(fā)展薄壁強度高的鉆桿，以及使用壽命更長、斷點更少、鉆孔效率更高的金剛石鉆頭。

（2）液動潛孔錘鉆進技術?？碧揭簞訚摽族N鉆進技術是將旋挖鉆進與沖擊鉆進相結(jié)合，實現(xiàn)破巖聯(lián)合作用的一種鉆進技術。這兩種鉆孔方法可以結(jié)合使用，以充分利用各自的技術優(yōu)勢實現(xiàn)破巖。潛孔錘鉆進旨在通過該過程提高鉆進效率，利用泥漿泵提供的流體能量，將力直接傳遞給鉆具中液動潛孔錘內(nèi)的沖錘，使其往復負載運動，往復負載運動產(chǎn)生的力施加到鉆頭區(qū)域，從而使鉆頭進行旋轉(zhuǎn)剪切運動，有效地粉碎巖石層。

（3）水平行對接井鉆進技術。水平行對接井鉆進技術的工作原理是將兩個不同的井在地下水平深的位置鉆孔連接起來，利用水的重力原理產(chǎn)生液體循環(huán)，降低排水壓力，解析氣體以進一步實現(xiàn)產(chǎn)氣。例如，在天然氣開采中，深層地下水可根據(jù)壓力將天然氣鎖定在水層中，為了解決這種狀況，可以通過水平行對接井鉆進技術選擇和使用不同井中略低于水面的層位，將其作為在目標鉆孔方向上水平鉆進的定向輔助。鉆孔后，目標鉆孔內(nèi)的水可利用自身潛在重力沿鉆孔流動，從而降低目標鉆孔內(nèi)水層的壓力，進一步釋放天然氣，增加天然氣產(chǎn)量。水平行對接井鉆進技術的有效應用可以顯著減少項目面積。要有效應用這種方法需要高質(zhì)量的施工水平，因為水平鉆進需要與巖鹽地層精確接觸，同時水平鉆孔還需要在數(shù)百米或更長的距離保持水平行進。

（4）多工藝空氣反循環(huán)鉆進技術?？諝膺B續(xù)反循環(huán)鉆進技術的運行原理十分簡單，比如動力頭鉆進裝置工作時，壓縮空氣首先通過氣室進入雙壁鉆桿，形成環(huán)形間隙，然后通過環(huán)形間隙到達氣水混合器，最后通過進氣水混合器和內(nèi)管中的水進行混合，這樣形成的氣水混合物混合密度低于水，可有效降低內(nèi)管中的水位，并最終降低內(nèi)管中孔之間的水位。在內(nèi)管中，管壁和鉆桿位于水位以上。水位差產(chǎn)生的勢能使水在孔壁與鉆桿之間流動，穿透鉆柱內(nèi)管，從內(nèi)管噴出碎屑。與傳統(tǒng)巖心鉆井技術相比，多工藝空氣反循環(huán)鉆進技術具有成本低、進度快、質(zhì)量好、適應性強等諸多優(yōu)點。新技術也并不完善，其主要缺點是巖層樣本不是現(xiàn)代礦產(chǎn)勘探所需的柱狀巖心。例如，在石油勘探中，取心鉆進技術可以取出柱狀巖心，以便對地下礦層進行精準解析，而空氣反循環(huán)鉆進技術引出的樣品為無法準確測量的巖心碎屑。因此，空氣反循環(huán)鉆進技術在礦床開發(fā)中并未得到普及。

6 鉆探工程新技術的發(fā)展趨勢與研究方向

我國應在發(fā)展現(xiàn)代科學技術的基礎上，采用適當?shù)南冗M技術保障勘探事業(yè)的發(fā)展，并按照現(xiàn)行標準開展相關勘探研究：第一，是在快速鉆探領域開展研究開發(fā)采樣技術，保證其自動化、精密化、快速勘探等特性，開發(fā)鉆探技術，實現(xiàn)對月球、極地、核爆區(qū)等復雜區(qū)域的有效勘探；第二，定向鉆探和現(xiàn)場測量技術可實現(xiàn)軌跡描述實時數(shù)字化系統(tǒng)開發(fā)，高效變頻電機驅(qū)動提供技術研發(fā)和核心定位設備，有效結(jié)合繩索取心鉆探技術；第三，是鉆探硬巖復雜技術研究。最重要的是研究和推動三種鉆探方式的結(jié)合，確保液動潛孔錘、螺桿馬達和巖心鉆進技術的充分結(jié)合和應用，最終提高鉆探水平；第四，強化超深鉆技術領域的研究。超深鉆技術需要有效利用鉆探技術和鉆探設備，提前預防和解決鉆孔中可能出現(xiàn)的問題，有效開展深部工程勘察；第五，在新的鉆探結(jié)構中，其主要作用是賦予鉆孔一定的優(yōu)勢，即經(jīng)濟、實用和方便的優(yōu)點，同時確保技術足夠先進，可有效實現(xiàn)新型鉆探結(jié)構的高效設計。

7 結(jié)論

綜上所述，勘探工程是一個復雜而精密的大規(guī)模設計系統(tǒng)工程。使用新的鉆探技術只是當前發(fā)展形勢和長期趨勢走向的一部分。目前，礦產(chǎn)勘探的鉆探和取樣技術正逐漸發(fā)展成為高度自動化、智能化的機器，相關設備的控制、檢測以及采樣的精度更高。相關企業(yè)要實施先進資源勘探項目與先進技術相結(jié)合的數(shù)字化工程體系，推進探礦工程的長遠發(fā)展。