地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)探析

　　向深部找礦是發(fā)展的必然,在深部找礦過程中,除了利用更成熟的地質(zhì)理論和更先進的物化探方法、遙感技術(shù)等新探測技術(shù)外,最終還需要使用鉆掘(探)技術(shù)來取芯取樣,證實推斷和探測的正確性。深部找礦中的關(guān)鍵技術(shù)問題,歸根結(jié)底是新深度、新要求與研發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備器具間的矛盾、已有技術(shù)成果與推廣應(yīng)用間的矛盾、先進技術(shù)與舊有觀念之間的矛盾、技術(shù)的先進性與經(jīng)濟的可行性之間的矛盾,技術(shù)需求與信息滯后之間的矛盾。
　　1 深部地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀
　　我國礦產(chǎn)資源分布廣泛,從目前礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)利用情況來看,我國礦產(chǎn)資源探明程度僅為1/3左右,在地質(zhì)找礦方面還有相當大的潛力。我國地質(zhì)找礦勘查工作平均深度在300～500m之間,而西方發(fā)達國家勘查深度平均在800m。我國深部找礦勘查技術(shù)尚處于起步階段,隨著找礦深度的不斷增加,在鉆探技術(shù)上還有很多問題有待解決。巖芯鉆探是地質(zhì)找礦工作中的重要環(huán)節(jié),要探明地下深部礦藏,除利用先進的地質(zhì)理論和物化探、遙感等探測技術(shù)外,最終需要通過巖芯鉆探技術(shù)取出地下巖芯,通過試驗分析才能確定礦產(chǎn)資源的埋藏深度、品位和儲量,并最終提交有效的地質(zhì)找礦成果。
　　現(xiàn)階段深部地質(zhì)鉆探存在的問題主要有：裝備落后,投入不足,更新緩慢。機械化程度不高,綜合效率低,屬于逐漸淘汰的裝備。用于深部鉆探施工的配套裝備有限；鉆探隊伍的組織體系缺失,人才匱乏,觀念保守,創(chuàng)新有限；中級以上鉆探技術(shù)人員嚴重不足,缺乏科技創(chuàng)新的領(lǐng)軍人員；生產(chǎn)一線缺乏高素質(zhì)的鉆探工人,尤其是機班長。不利于鉆探工程產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展；鉆探工法難以攻克復(fù)雜地層、創(chuàng)新有限,技術(shù)的引進與創(chuàng)新存在障礙；技術(shù)的引進、推廣與自主研發(fā)不足以支撐發(fā)展的需要；實施深部巖心鉆探面臨人才、裝備、機具和技術(shù)等困難；管理粗放,結(jié)構(gòu)松散,效率不高；滿足于一般的生產(chǎn)技術(shù)管理,管理層與生產(chǎn)層松散,技術(shù)與生產(chǎn)結(jié)合不密切,計劃與控制能力有限,生產(chǎn)效率不高,成本降低困難；現(xiàn)場設(shè)施和管理不規(guī)范,不足以展示新時期地礦人的風采。
　　2 深部鉆探找礦技術(shù)
　　2.1 金剛石繩索取芯技術(shù)
　　繩索取芯(WI)鉆探技術(shù)在全球地質(zhì)找礦鉆探施工中是應(yīng)用最廣泛、綜合地質(zhì)效果最佳的鉆探技術(shù)。自20世紀70年代中期我國開始推廣應(yīng)用,但在應(yīng)用廣度和深度上與國外發(fā)達國家相比存在較大差距,利用繩索取芯鉆探技術(shù)完成的巖芯鉆探工作量仍不足全部固體礦產(chǎn)巖心鉆探工作量的30%。國產(chǎn)繩索取芯鉆具存在材質(zhì)不佳、加工質(zhì)量差、易折斷和脫扣等問題,不能滿足1000m深鉆孔的需要。而深部找礦一般采用的替代方案是使用內(nèi)徑可以通過繩索取芯鉆具內(nèi)管的普通鉆桿來完成鉆孔取芯作業(yè),這就在完成取芯作業(yè)的同時增大了鉆孔工作量。
　　金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取芯技術(shù)應(yīng)用于深部找礦的另一個原因。自20世紀60年代開始研究,70年代開始推廣金剛石鉆探技術(shù)以來,我國金剛石鉆頭制造水平有了很大提高,但是其使用效果與國外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復(fù)合材料方面進行了大規(guī)模的攻關(guān)研究,制造了一些聚晶、復(fù)合片產(chǎn)品,但其性能也遠遠趕不上國際水平。這就使得國內(nèi)金剛石鉆頭鉆進壽命短、效率偏低。據(jù)調(diào)查,我國的金剛石鉆頭壽命在硬巖地層還不足40m。
　　2.2 反循環(huán)連續(xù)取樣(芯)鉆探技術(shù)
　　反循環(huán)連續(xù)取樣(芯)鉆探技術(shù)采用壓縮空氣作為循環(huán)介質(zhì),利用雙壁鉆桿以沖擊回轉(zhuǎn)全面碎巖和連續(xù)巖屑作為地質(zhì)樣品的方式鉆探施工,隨著鉆進的不斷進行,巖屑被高速氣流連續(xù)地經(jīng)雙壁鉆桿的中心攜帶至地表,并按照順序?qū)r屑收集起來作為地質(zhì)化驗分析的地質(zhì)樣品。
　　國內(nèi)外大量的鉆探施工經(jīng)驗證明,采用該法獲取的地質(zhì)樣品不僅完全能達到確定礦體埋藏深度、礦體厚度、品位等物化參數(shù)的基本要求,而且其鉆探施工速度要比傳統(tǒng)的取柱狀巖芯施工速度提高5～10倍,施工成本也將大大降低。根據(jù)2006年有關(guān)統(tǒng)計資料,反循環(huán)連續(xù)取樣(芯)鉆探技術(shù)在澳大利亞完成鉆探工作量的比例超過80%。我國在20世紀80年代中期曾開展了該項技術(shù)的研究并進行推廣應(yīng)用,但由于地質(zhì)上是以巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀巖芯,且需使用特殊的雙壁鉆桿,所以推廣應(yīng)用受到較大阻力。
　　值得關(guān)注的是目前國際地質(zhì)鉆探承包商和礦業(yè)投資者已經(jīng)提出了取芯取樣相結(jié)合的地質(zhì)勘探新概念,并在一些國家開始應(yīng)用,取得了比任何單一方法效率及地質(zhì)效果都要好的結(jié)果,大幅度提高了鉆進效率、降低了成本。著名的國際鉆探設(shè)備制造商瑞典AtlasCopco公司已經(jīng)開始推廣這項綜合取芯(樣)鉆探技術(shù)。我國則沒有這方面的應(yīng)用研究。
　　2.3 高精度受控定向鉆探技術(shù)及巖芯定向技術(shù)
　　受控定向鉆探技術(shù)是一種可以使鉆孔軌跡按照預(yù)定方向前進的特殊鉆探技術(shù),該項鉆探技術(shù)還可以實現(xiàn)在一個主孔內(nèi)鉆進多個分支孔的羽狀鉆孔。在普通鉆孔難以到達的勘探部位和坑道內(nèi)以及陡斜礦體的勘探中,利用高精度受控定向(取芯)鉆探技術(shù)可以明顯減少鉆探工作量和施工費用。
　　由于地質(zhì)巖芯直徑較小,地質(zhì)鉆探取芯對這項技術(shù)關(guān)注熱度不夠。受控定向鉆探技術(shù)是深孔施工單位必備的手段,是施工的保證,是處理孔內(nèi)事故的方法。深孔施工控制孔斜是重中之重,如何根據(jù)地質(zhì)地層設(shè)計好防斜措施,減小孔斜和孔斜的變化率。
　　3 深部鉆探找礦技術(shù)發(fā)展
　　3.1 巖芯鉆探設(shè)備
　　3.1.1 加快第三代新型鉆機研制和開發(fā),積極引進石油鉆井界先進技術(shù)和理念,設(shè)計出適應(yīng)于巖芯鉆探的深孔鉆機。以液壓為動力,優(yōu)先開發(fā)地質(zhì)巖芯頂部驅(qū)動鉆機,使之成為系列化及與之相配套泥漿泵等。
　　3.1.2 加快坑道鉆探設(shè)備的能力、功能的提升。在危機礦山接替資源的勘探中,對某些成礦模式的地層,在現(xiàn)有的數(shù)百米深的地下坑道或開采區(qū)內(nèi),利用坑道鉆探設(shè)備來進行深部巖芯鉆探工作,可以充分揭露深部地層,節(jié)約鉆探費用和時間,提高勘探效率。
　　3.1.3 加快先進巖芯鉆探設(shè)備的推廣。巖芯鉆探設(shè)備推廣應(yīng)用的最終結(jié)果是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,而產(chǎn)業(yè)化又是降低生產(chǎn)成本和銷售價格的有效手段,這又反過來推動著巖芯鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用。因此,巖芯鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用過程就是設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化過程。
　　3.2 巖芯鉆探器具及工藝方法
　　3.2.1 加強信息情報收集,積極開展行業(yè)問信息交流,推動學科交叉合作?；仡欍@探技術(shù)發(fā)展的幾十年,情報部門提供了金剛石鉆進技術(shù)、定向鉆進技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)等一系列科技信息,對國內(nèi)鉆探工程界有很大的啟發(fā),為在國內(nèi)科技攻關(guān)立項、研發(fā)、創(chuàng)新、模仿或引進技術(shù)起到了重要作用。
　　3.2.2 加快新型基礎(chǔ)鉆具的研制和新工藝技術(shù)的完善。新型高壽命金剛石鉆頭、高強度深孔繩索取芯鉆桿、新型深孔雙壁鉆桿的研制是保證金剛石繩索取芯鉆進技術(shù)、反循環(huán)連續(xù)取樣(芯)鉆進技術(shù)安全、經(jīng)濟、高效的服務(wù)于深部地質(zhì)找礦工作的基礎(chǔ)鉆具,對于提高這些技術(shù)應(yīng)用的可靠性、經(jīng)濟性有著重要作用。目前這些基礎(chǔ)鉆具有的已經(jīng)由勘探所立項研究,有的正在申報立項。
　　3.2.3 加強巖芯鉆探器具及工藝方法的系統(tǒng)化研究,增強鉆探器具的功能、提高工藝方法的適應(yīng)性,利用現(xiàn)有技術(shù)集成、整合出新。多功能、一體化是國外鉆具發(fā)展的一個方向,我國巖芯鉆探器具也應(yīng)利用現(xiàn)有技術(shù)和工藝實現(xiàn)功能整合。
　　3.2.4 建立健全先進鉆探設(shè)備、工藝方法的推廣機制,建設(shè)利用先進鉆探設(shè)備、工藝方法的鉆探樣板工程。
　　3.2.5 注重鉆探從業(yè)人員的培訓工作,提高鉆探人員的素質(zhì)。深部找礦的設(shè)備和儀器更加精密,操作更加自動化。沒有高素質(zhì)的從業(yè)人員保障,不僅不利于新技術(shù)的推廣應(yīng)用,而且也很難保證高質(zhì)量的完成深部找礦的鉆探工作。