第一篇：鉆探技術(shù)如何適應(yīng)深部找礦的要求

鉆探技術(shù)如何適應(yīng)深部找礦的要求

谷天本

羅永貴

（河南省地礦局探礦三隊(duì)）概述

(1)《全國(guó)危機(jī)礦山接替資源找礦規(guī)劃綱要》（2004～2010年），決定在有資源潛力和市場(chǎng)需求的老礦山周邊或深部開(kāi)展找礦工作，以延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。我國(guó)絕大多數(shù)礦山的勘查深度不足500m，相當(dāng)一部分危機(jī)礦山的深部和外圍有許多未經(jīng)充分勘查的成礦遠(yuǎn)景區(qū)，最新的成礦理論都表明在我國(guó)大陸深部蘊(yùn)藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源。

在深部找礦過(guò)程中，除了利用更成熟的地質(zhì)理論和更先進(jìn)的物化探方法、遙感技術(shù)等新探測(cè)技術(shù)外，最終還需要使用鉆掘（探）技術(shù)來(lái)取心取樣，證實(shí)推斷和探測(cè)的正確性。從鉆探工程角度來(lái)看，深部找礦鉆探深度將在1500m左右，少量鉆孔孔深將達(dá)2000m。這種深度的資源勘查鉆探工作對(duì)鉆探取心取樣質(zhì)量、鉆探速度、施工成本、環(huán)境保護(hù)、安全防護(hù)等方面都提出了更高的要求。

鉆探取心（樣）的關(guān)鍵技術(shù)是鉆探設(shè)備、器具和工藝方法，它們不僅對(duì)鉆探效率、施工成本、取心（樣）質(zhì)量及環(huán)境保護(hù)等方面有重要影響，而且對(duì)縮短整個(gè)勘探周期、加快開(kāi)發(fā)利用步伐有著直接的意義。

(2)河南省鉆探技術(shù)現(xiàn)狀

目前我省使用的固體礦產(chǎn)勘探深孔立軸式鉆機(jī)主要為XY－6B型，鉆探深度一般在1000m以?xún)?nèi)（煤田鉆探達(dá)到1500m左右），和國(guó)內(nèi)同行相比，我們的鉆探技術(shù)已經(jīng)無(wú)優(yōu)勢(shì)可言，表現(xiàn)在鉆探臺(tái)月效率、復(fù)雜地層處理、技術(shù)工人素質(zhì)、技術(shù)人員等方面差距很大，新工藝、新技術(shù)使用方面更是空白，有些方面的技術(shù)甚至出現(xiàn)倒退。2 鉆探技術(shù)

2.1 金剛石繩索取心技術(shù)

繩索取心(WL)鉆探技術(shù)被稱(chēng)為鉆探技術(shù)第一次革命，已有近60年的推廣應(yīng)用歷史。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)。自上世紀(jì)70年代中期我國(guó)開(kāi)始推廣應(yīng)用，但在應(yīng)用廣度和深度上與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術(shù)完成的巖心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(guó)產(chǎn)繩索取心鉆具存在材質(zhì)不佳、加工質(zhì)量差、易折斷和脫扣等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足1000米以深鉆孔的需要。而深部找礦一般采用的替代方案是使用內(nèi)徑可以通過(guò)繩索取心鉆具內(nèi)管的普通鉆桿來(lái)完成鉆孔取心作業(yè)，這就在完成取心作業(yè)的同時(shí)增大了鉆孔工作量。例如Φ89mm鉆桿+Φ75mm型繩索取心鉆具+Φ94mm鉆頭的鉆具組合。

金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取心技術(shù)應(yīng)用于深部找礦的另一個(gè)原因。自上世紀(jì)60年代開(kāi)始研究，70年代開(kāi)始推廣金剛石鉆探技術(shù)以來(lái)，我國(guó)金剛石鉆頭制造水平有了很大提高，但是其使用效果與國(guó)外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復(fù)合材料方面進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國(guó)際水平。這就使得國(guó)內(nèi)金剛石鉆頭鉆進(jìn)壽命短、效率偏低。據(jù)調(diào)查，我國(guó)的金剛石鉆頭壽命在硬巖地層還不足40米。2.2 反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)

反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)被稱(chēng)為鉆探技術(shù)第二次革命。它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(jìn)的不斷進(jìn)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(lái)作為地質(zhì)化驗(yàn)分析的地質(zhì)樣品。

國(guó)內(nèi)外大量的鉆探施工經(jīng)驗(yàn)證明，采用該法獲取的地質(zhì)樣品不僅完全能達(dá)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)的取柱狀巖心施工速度提高5-10倍，施工成本也將大大降低。根據(jù)2006年有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)在澳大利亞完成鉆探工作量的比例超過(guò)80%。我國(guó)在上世紀(jì)80年代中期曾開(kāi)展了該項(xiàng)技術(shù)的研究并進(jìn)行推廣應(yīng)用，但由于地質(zhì)上是以巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀巖心，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(guó)際地質(zhì)鉆探承包商和礦業(yè)投資者已經(jīng)提出了取心取樣相結(jié)合的地質(zhì)勘探新概念，并在一些國(guó)家開(kāi)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(jìn)效率、降低了成本。著名的國(guó)際鉆探設(shè)備制造商瑞典Atlas Copco公司已經(jīng)開(kāi)始推廣這項(xiàng)綜合取心（樣）鉆探技術(shù)。我國(guó)則沒(méi)有這方面的應(yīng)用研究。2.3 液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)

勘探技術(shù)研究所于上世紀(jì)60年代開(kāi)始此項(xiàng)技術(shù)的研究，經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)發(fā)、改進(jìn)，已經(jīng)形成不同用途、多種規(guī)格的系列液動(dòng)沖擊器。特別是YZX127型液動(dòng)潛孔錘在2006年完工的中國(guó)大陸科鉆一井施工中創(chuàng)下了總進(jìn)尺4038.88m、平均小時(shí)效率1.13m、平均回次長(zhǎng)度6.31m的好成績(jī)。但是在普通鉆探生產(chǎn)條件下，由于泥漿固控系統(tǒng)還停留在傳統(tǒng)的泥漿池加循環(huán)槽讓巖粉自然沉淀的水平，在鉆進(jìn)過(guò)程中泥漿固相含量較高，導(dǎo)致液動(dòng)潛孔錘內(nèi)的零件頻繁卡死，工作壽命大幅度降低，從而導(dǎo)致提鉆頻繁。在推廣過(guò)程中，其優(yōu)點(diǎn)雖為大家所認(rèn)識(shí)和接受，但是實(shí)際應(yīng)用卻較少。2.4 空氣泡沫鉆探技術(shù)

該技術(shù)是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目，由勘探技術(shù)研究所、長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關(guān)生產(chǎn)單位聯(lián)合完成。經(jīng)過(guò)不同環(huán)境條件及機(jī)具試驗(yàn)研究總結(jié)了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進(jìn)規(guī)程。由于其后正值地質(zhì)鉆探工作量銳減，而此技術(shù)在初期投資、能耗和后期泡沫劑回收方面的費(fèi)用都比普通鉆進(jìn)技術(shù)高，因此其推廣應(yīng)用處于停滯狀態(tài)。

2.5 高精度受控定向（取心）鉆探技術(shù)及巖心定向技術(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(jìn)的特殊鉆探技術(shù)，該項(xiàng)鉆探技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)主孔內(nèi)鉆進(jìn)多個(gè)分支孔的羽狀鉆孔。自上世紀(jì)80年代，勘探技術(shù)研究所研究、推廣應(yīng)用受控定向鉆探以來(lái)，該技術(shù)已成功應(yīng)用于我國(guó)的鹽鹵礦、芒硝礦等水溶性礦產(chǎn)的開(kāi)采領(lǐng)域。特別是該所承接并完成的土耳其Beypazari天然堿礦工程項(xiàng)目，其控制精度在0.5m以?xún)?nèi)，標(biāo)志著我國(guó)的高精度受控定向鉆探施工進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平行列。在普通鉆孔難以到達(dá)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（取心）鉆探技術(shù)可以明顯減少鉆探工作量和施工費(fèi)用。唯一遺憾的是該技術(shù)在定向造斜段無(wú)法連續(xù)取心。

巖心定向技術(shù)，是通過(guò)對(duì)孔底巖心作定向標(biāo)記，從而獲取帶有定向標(biāo)記方位角的定向巖心，對(duì)定向巖心復(fù)位測(cè)量或計(jì)算,即可求解出巖層層面或斷裂面的產(chǎn)狀。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在石油勘探開(kāi)發(fā)中廣泛應(yīng)用。由于地質(zhì)巖心直徑較小，地質(zhì)鉆探取心對(duì)這項(xiàng)技術(shù)關(guān)注熱度不夠。3 解決深部找礦中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的對(duì)策 3.1 巖心鉆探設(shè)備方面

(1)加快全液壓動(dòng)力頭地表巖心鉆機(jī)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程和現(xiàn)有立軸式鉆機(jī)的改進(jìn)。各地質(zhì)勘探部門(mén)對(duì)地表深孔鉆探設(shè)備和坑道鉆探設(shè)備有著迫切需求，目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的地表深孔地質(zhì)巖心鉆機(jī)處于起步階段，一些關(guān)鍵部件、配件等仍需進(jìn)口，因此，在巖心鉆探設(shè)備上，采取技術(shù)革新與技術(shù)改進(jìn)兩頭并舉的策略。在加快全液壓動(dòng)力頭式巖心鉆機(jī)研制并將其系列化的同時(shí)，加強(qiáng)立軸式巖心鉆機(jī)的改進(jìn)。立軸式巖心鉆機(jī)的改進(jìn)，應(yīng)在CD系列鉆機(jī)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)鉆機(jī)工作的可靠性及對(duì)鉆探工藝的普適性。國(guó)外改進(jìn)的新型立軸式巖心鉆機(jī)代表性產(chǎn)品有俄羅斯的СКБ-

4、СКБ-5型鉆機(jī)、加拿大的BBS系列鉆機(jī)和日本NLC公司的NL-

55、L-44鉆機(jī)等。

(2)加快坑道鉆探設(shè)備的能力、功能的提升。在危機(jī)礦山接替資源的勘探中，對(duì)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(kāi)采區(qū)內(nèi)，利用坑道鉆探設(shè)備來(lái)進(jìn)行深部巖心鉆探工作，可以充分揭露深部地層，節(jié)約鉆探費(fèi)用和時(shí)間，提高勘探效率?？拥楞@探設(shè)備應(yīng)以提升設(shè)備能力、完善設(shè)備功能和實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化為主要目標(biāo)，并形成300-1000m范圍內(nèi)的完整產(chǎn)品體系，達(dá)到深部找礦要求。

(3)加快先進(jìn)巖心鉆探設(shè)備的推廣。巖心鉆探設(shè)備推廣應(yīng)用的最終結(jié)果是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而產(chǎn)業(yè)化又是降低生產(chǎn)成本和銷(xiāo)售價(jià)格的有效手段，這又反過(guò)來(lái)推動(dòng)著巖心鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用。因此，巖心鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用過(guò)程就是設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程。目前，國(guó)內(nèi)一些機(jī)構(gòu)在全液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)的研發(fā)進(jìn)展已經(jīng)取得了一些成績(jī)，例如，由勘探技術(shù)研究所2006年研制的YDX-3型全液壓動(dòng)力頭式巖心鉆機(jī)，其S75鉆具的鉆深能力為1000m，成本比進(jìn)口鉆機(jī)降低了一半以上，受到了廣泛關(guān)注并已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)。另外，其1500m全液壓巖心鉆機(jī)和KD-600型坑道鉆機(jī)也在積極地進(jìn)行項(xiàng)目申報(bào)，爭(zhēng)取形成系列化，推動(dòng)此類(lèi)鉆機(jī)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，以進(jìn)一步降低成本。3.2 巖心鉆探器具及工藝方法方面

(1)加強(qiáng)信息情報(bào)收集，積極開(kāi)展行業(yè)間信息交流，推動(dòng)學(xué)科交叉合作。回顧鉆探技術(shù)發(fā)展的幾十年，情報(bào)部門(mén)提供了金剛石鉆進(jìn)技術(shù)、定向鉆進(jìn)技術(shù)、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)等一系列科技信息，對(duì)國(guó)內(nèi)鉆探工程界有很大的啟發(fā)，為在國(guó)內(nèi)科技攻關(guān)立項(xiàng)、研發(fā)、創(chuàng)新、模仿或引進(jìn)技術(shù)起到了重要作用[3]。在上世紀(jì)90年代，由于我國(guó)地質(zhì)鉆探工作量的銳減，一些先進(jìn)的鉆探技術(shù)在其他行業(yè)已經(jīng)得到了成熟應(yīng)用。鉆探技術(shù)的一些新技術(shù)新方法也隨著材料、機(jī)械、電子信息等學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展。如果我們閉門(mén)造車(chē)，不僅研究成果的先進(jìn)性和適用性難以保證，而且還可能重復(fù)研究，造成大量資源浪費(fèi)。

(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(qiáng)度深孔繩索取心鉆桿、新型深孔雙壁鉆桿的研制是保證金剛石繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)、反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆進(jìn)技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)、高效的服務(wù)于深部地質(zhì)找礦工作的基礎(chǔ)鉆具，對(duì)于提高這些技術(shù)應(yīng)用的可靠性、經(jīng)濟(jì)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(xiàng)研究，有的正在申報(bào)立項(xiàng)。

空氣泡沫鉆進(jìn)與普通泥漿鉆進(jìn)比較，有著節(jié)水、增加鉆效、提高鉆頭壽命及對(duì)巖心無(wú)污染且不易堵心等優(yōu)勢(shì)，在深部找礦工作中，特別是在泥漿使用受限制的區(qū)域，該技術(shù)都有一定的應(yīng)用前景，經(jīng)過(guò)10余年的停滯，該工藝技術(shù)的成熟度相應(yīng)的有所降低，做好工藝技術(shù)的完善是其推廣應(yīng)用的前提。

(3)加強(qiáng)巖心鉆探器具及工藝方法的系統(tǒng)化研究，增強(qiáng)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(guó)外鉆具發(fā)展的一個(gè)方向，我國(guó)巖心鉆探器具也應(yīng)利用現(xiàn)有技術(shù)和工藝實(shí)現(xiàn)功能整合。例如勘探所研制的具有創(chuàng)新和多技術(shù)集成的“三合一”（螺桿馬達(dá)+液動(dòng)錘+繩索取心）鉆具，并且在大陸科鉆一井中成功使用，使我國(guó)的鉆探技術(shù)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。該技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平?？碧剿鶠榻鉀Q定向造斜段不能連續(xù)取心問(wèn)題正在研制的定向造斜段連續(xù)繩索取心工具及正在申報(bào)立項(xiàng)的中空式液動(dòng)錘繩索取心工具、繩索取心與反循環(huán)連續(xù)取樣結(jié)合的組合鉆探技術(shù)也屬于此范疇。

(4)建立健全先進(jìn)鉆探設(shè)備、工藝方法的推廣機(jī)制，建設(shè)利用先進(jìn)鉆探設(shè)備、工藝方法的鉆探樣板工程。在我國(guó)，深部找礦中可以利用的先進(jìn)鉆探技術(shù)大都起步于上世紀(jì)60-80年代，近幾十年來(lái)專(zhuān)業(yè)科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)做了大量的研究改進(jìn)工作，但是目前的應(yīng)用情況卻仍有待加強(qiáng)。國(guó)外礦業(yè)公司投資的進(jìn)入為這一機(jī)制的建立創(chuàng)造了條件，國(guó)外礦業(yè)公司在相同情況下，更傾向于利用其國(guó)內(nèi)成熟的鉆探技術(shù)來(lái)完成鉆孔勘探，我們可以以此為契機(jī)使其成為利用先進(jìn)鉆探設(shè)備、工藝方法的示范，供相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、技術(shù)部門(mén)學(xué)習(xí)、交流、探討，加快先進(jìn)鉆探技術(shù)的消化吸收和推廣應(yīng)用。

(5)注重鉆探從業(yè)人員的培訓(xùn)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(dòng)化。沒(méi)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。4 結(jié)論

深部找礦中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(jìn)技術(shù)與舊有觀(guān)念之間的矛盾、技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)的可行性之間的矛盾，技術(shù)需求與信息滯后之間的矛盾。要解決這些問(wèn)題，我們必須通過(guò)體制的創(chuàng)新、人員的培養(yǎng)、培訓(xùn)，利用現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足深部找礦的需要，建立一批示范工程來(lái)推動(dòng)先進(jìn)鉆探技術(shù)的應(yīng)用。深部找礦對(duì)地質(zhì)鉆探技術(shù)提出了更高的要求，同時(shí)也為地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。我國(guó)的一批鉆探技術(shù)專(zhuān)業(yè)研究院所在過(guò)去的幾十年中取得了一些成績(jī)，在深部找礦的地質(zhì)鉆探過(guò)程中應(yīng)一如既往的起到科技排頭兵的作用，推動(dòng)地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展。

第二篇：關(guān)于深部找礦鉆探技術(shù)分析

關(guān)于深部找礦鉆探技術(shù)分析

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量也日益增加，而在過(guò)去的發(fā)展之中，大多淺部的礦產(chǎn)已經(jīng)被找到并開(kāi)采，這就迫使找礦只能想著深部進(jìn)行。深部找礦鉆探技術(shù)是深部找礦的重要技術(shù)手段，其應(yīng)用水平的高低對(duì)于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義。本文就對(duì)我國(guó)常見(jiàn)的深部找礦鉆探技術(shù)進(jìn)行介紹，并分析了其所面臨的困難，探究相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：深部找礦；鉆探技術(shù)；困難；解決措施

礦產(chǎn)資源是工業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行和人們生活穩(wěn)定的重要保證，所以，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源勘查十分重要。當(dāng)前，我國(guó)淺部礦產(chǎn)資源已經(jīng)基本被開(kāi)采殆盡，深部找礦已經(jīng)成為地質(zhì)找礦工作的重點(diǎn)內(nèi)容，這就促進(jìn)了深部找礦鉆探技術(shù)的快速發(fā)展。與淺部找礦相比，深部找礦鉆探技術(shù)有著很大不同，一、我國(guó)常見(jiàn)的深部找礦鉆探技術(shù)

我國(guó)的深部找礦鉆探技術(shù)開(kāi)始于上世紀(jì)70年代，主要的鉆探設(shè)備是立軸式鉆機(jī)，經(jīng)這些年發(fā)展之后，又開(kāi)發(fā)出了氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)、液動(dòng)錘鉆探技術(shù)、泡沫鉆進(jìn)技術(shù)和定向鉆探技術(shù)等，其具體內(nèi)容如下：

（一）氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)的內(nèi)容

氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)是我國(guó)在上世紀(jì)80年代引進(jìn)的，主要包括貫通式鉆進(jìn)和CSR技術(shù)，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在深部鉆探過(guò)程中能夠降低鉆孔堵塞問(wèn)題發(fā)生的概率。

貫通式鉆進(jìn)采用的設(shè)備是雙臂鉆桿結(jié)合貫通式RC氣錘，CSR的設(shè)備主要有雙臂鉆桿、氣錘和通道接頭。除此之外，GQ系列氣動(dòng)錘在近些年來(lái)應(yīng)用也非常廣泛，其特點(diǎn)在于可以按照深部礦內(nèi)的氣流變化對(duì)鉆進(jìn)速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

氣動(dòng)錘鉆進(jìn)技術(shù)的不足之處在于只能分析深部地質(zhì)中巖層碎屑的情況，而無(wú)法得到柱狀巖芯的情況，在實(shí)用性上存在著不足，大多被應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和成孔取芯困難的地區(qū)之中[1]。

（二）液動(dòng)錘鉆探技術(shù)的內(nèi)容

液動(dòng)錘鉆探技術(shù)的原理在于通過(guò)液動(dòng)錘產(chǎn)生的沖擊動(dòng)能，給予鉆頭以沖擊負(fù)荷，使其深入到地質(zhì)深部，從而實(shí)現(xiàn)鉆探。在應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行深部找礦時(shí)，為提高鉆頭鉆進(jìn)的效率，一般會(huì)將液動(dòng)錘安裝在巖心管和鉆頭之間。

目前，液動(dòng)錘鉆探技術(shù)常用的液動(dòng)錘主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都屬于我國(guó)開(kāi)發(fā)的高效液動(dòng)錘。其中，YZX127型性能較為優(yōu)良，不僅能夠適用于泥漿或其它類(lèi)型的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，其在連續(xù)鉆進(jìn)頻率上也能達(dá)到500次，鉆進(jìn)深度上能夠超過(guò)5000米；而KS-157型的優(yōu)勢(shì)在于能夠降低鉆探孔傾斜概率，有效防止鉆探過(guò)程中出現(xiàn)巖心堵塞，同時(shí)還可以通過(guò)延長(zhǎng)進(jìn)尺來(lái)加大鉆進(jìn)深度。

液動(dòng)錘鉆探技術(shù)應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，除了一般的深部找礦外，還被應(yīng)用在了水井鉆探和石油鉆井等領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

（三）泡沫鉆進(jìn)技術(shù)的內(nèi)容

泡沫鉆進(jìn)技術(shù)是以泡沫流作為鉆探過(guò)程中的循環(huán)介質(zhì)，借助泡沫流自身的均勻穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)，消除其它高密度流體的阻礙作用，從而起到促進(jìn)鉆探工作的作用，有效克服了復(fù)雜地質(zhì)條件中鉆探的困難，同時(shí)，由于泡沫流在循環(huán)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生急速的上返，對(duì)于鉆孔孔壁的沖擊作用接近于無(wú)，也能夠有效防止鉆探過(guò)程中出現(xiàn)孔壁坍塌，對(duì)于高原、沙漠等地區(qū)的深部找礦工作有著重要意義。

泡沫鉆進(jìn)技術(shù)在我國(guó)的使用開(kāi)始與上世紀(jì)80年代中期，泡沫劑的類(lèi)型主要有F873和TAS，經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展后，又出現(xiàn)了ADF-

1、CD-1和DF-1等，同時(shí)，我國(guó)還在泡沫鉆探技術(shù)的相關(guān)流程上進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，在鉆探測(cè)試裝置上進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研制，極大地促進(jìn)了泡沫鉆探技術(shù)的發(fā)展[2]。

（四）定向鉆探技術(shù)的內(nèi)容

定向鉆探技術(shù)是深部找礦之中應(yīng)用應(yīng)用最為普遍的一種技術(shù)，其最重要的施工環(huán)節(jié)是造斜，也就是通過(guò)相應(yīng)的造斜設(shè)備給予鉆孔一定壓力，從而保證鉆孔想著設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行延伸，保證鉆探過(guò)程在控制范圍之內(nèi)，在此過(guò)程中，還需要輔助以造斜鉆頭、測(cè)量系統(tǒng)和定向器具。

在造斜設(shè)備上，主要有連續(xù)造斜、偏心楔、配合孔底動(dòng)力使用的造斜設(shè)備等；在造斜鉆頭上，主要有牛鼻式和盤(pán)式鉆頭兩種；在測(cè)量系統(tǒng)上，主要是ZS-1系統(tǒng)和YS-1系統(tǒng)，在定向器具上，主要包括GZ-

18、BD-14和DD-1。

定向是造斜設(shè)備工作不出現(xiàn)偏差的重要保證，根據(jù)定向方式的不同，可以分為直接定向和間接定向兩種。其中，直接定向多用于頂角小于3°的鉆孔，定向工具是鉆桿；間接定向在頂角大于3°的鉆孔中常用，工具包括上述幾種類(lèi)型。

二、我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)的難點(diǎn)

（一）鉆探井結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜

在深部找礦鉆探過(guò)程中，由于其需要不斷向下鉆進(jìn)，需要經(jīng)過(guò)較多的地層層位，而這些地層層位在巖石類(lèi)型、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面都存在著較大差異，再加上局部溶洞等問(wèn)題的出現(xiàn)，都給深部找礦鉆井造成了極大困難，坍塌、失漏或者縮徑等問(wèn)題時(shí)常發(fā)生，給鉆探井穩(wěn)定的安全造成影響，阻礙了深部找礦鉆探工作的順利開(kāi)展。為防止這些問(wèn)題，就需要對(duì)鉆進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜化設(shè)計(jì)，比如CCSD探井中的四開(kāi)井身結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

（二）鉆探設(shè)備相對(duì)較為落后

就我國(guó)目前的深部找礦鉆探設(shè)備而言，雖然開(kāi)發(fā)出了許多先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，但占據(jù)多數(shù) 圖1：CCSD探井井身結(jié)構(gòu)的依然是上世紀(jì)70年代的立軸鉆機(jī)，其鉆進(jìn)深度僅有1500m，近些雖然有2000m和3000m鉆機(jī)的研發(fā)，但多數(shù)樣機(jī)，很少被應(yīng)用于深部找礦鉆探工作中，這些鉆探設(shè)備對(duì)于巖心的提升能力嚴(yán)重不足，以立軸式鉆機(jī)XY-6為例，其提升能力只有6T。在這種設(shè)備水平下，當(dāng)鉆探過(guò)程中發(fā)生縮徑問(wèn)題時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)卡鉆事故，而隨著鉆探深度的增加，鉆桿的重量和其與井壁的摩擦力以及泥漿阻力等都會(huì)增大，進(jìn)一步對(duì)提鉆能力造成了不利影響。

（三）鉆探井斜度不容易被控制

在深部找礦鉆井開(kāi)挖過(guò)程中，由于地層軟硬交替特點(diǎn)和早然造斜效應(yīng)的影響，井斜問(wèn)題十分普遍，這就會(huì)使鉆探發(fā)生偏離，從而影響了鉆探的軌跡，給深部找礦工作鉆探的質(zhì)量造成了極大限制。

（四）鉆探工作效率水平較低

整個(gè)深部找礦鉆探工作的施工周期是很長(zhǎng)的，需要經(jīng)過(guò)多道復(fù)雜的鉆探程序，加上鉆孔的復(fù)雜機(jī)構(gòu)、井底的高溫等因素影響，給鉆探過(guò)程中的巖心提撈等過(guò)程造成了極大干擾，鉆桿的磨損和消耗也會(huì)增加，這些問(wèn)題都會(huì)給鉆探效率造成影響。

三、提高我國(guó)深部找礦技術(shù)應(yīng)用的措施

（一）合理配置石油鉆機(jī)提高鉆探能力

將鉆機(jī)換為石油鉆機(jī)，對(duì)于提高鉆探能力有著重要作用，以CCSD探井鉆探為例，通過(guò)采用ZJ70D石油鉆機(jī)，極大的延伸了深部找礦鉆探的深度，保證了深部找礦工作的成功。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要采取合適的石油鉆機(jī)，以提高深部找礦鉆探的能力。在此過(guò)程中，還需要對(duì)鉆機(jī)配套設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化簡(jiǎn)化，以ZJ30石油鉆機(jī)為例，其配套設(shè)施部件如圖2所示[3]。

（二）加大定向鉆探技術(shù)的使用力度

通過(guò)受控的定向鉆探，按照預(yù)定的軌跡來(lái)進(jìn)行鉆井，能夠避免直井鉆探過(guò) 圖2：石油鉆機(jī)優(yōu)化簡(jiǎn)配配套設(shè)施表

程中受地層分布不均勻等因素影響發(fā)生的鉆桿損壞、井壁縮徑等問(wèn)題，提高鉆井鉆探的效率，而且石油鉆機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆具在軌跡控制上相對(duì)容易，更能滿(mǎn)足定向鉆探技術(shù)實(shí)施的條件。

另外，在深部找礦鉆探過(guò)程中，占據(jù)總費(fèi)用比重較高的是鉆探技術(shù)成本，鉆孔的斜度糾正則會(huì)對(duì)找礦的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重大干擾，通過(guò)定向鉆探的技術(shù)，能夠有效降低鉆孔斜偏問(wèn)題發(fā)生的概率，將整個(gè)鉆探軌跡控制在固定區(qū)域內(nèi)，從而達(dá)到降低鉆進(jìn)工作的目的，降低整個(gè)深部找礦鉆探的技術(shù)成本。

（三）結(jié)合采用配套繩索取心的技術(shù)

雖然繩索取心技術(shù)在常規(guī)石油鉆井中應(yīng)用的并不普遍，但對(duì)于一些特定條件的鉆機(jī)還是有著極大作用的。比如當(dāng)石油鉆機(jī)的鉆桿內(nèi)徑較?。℅105級(jí)127mm）時(shí)，結(jié)合采用配套的繩索取心鉆具內(nèi)桿，或者在后期深井段時(shí)更換專(zhuān)用的繩索取心鉆具，就能夠充分發(fā)揮出繩索取心的優(yōu)勢(shì)。

（四）提高鉆探過(guò)程的目的性

石油鉆機(jī)和巖心鉆機(jī)的鉆控工藝技術(shù)是不同的。巖心鉆機(jī)主要采用取心鉆頭鉆進(jìn)，以硬質(zhì)合金鉆頭、金剛石取心鉆頭等為主；而石油鉆機(jī)鉆進(jìn)則以全面鉆進(jìn)為主，主要以牙輪鉆頭和PDC鉆頭鉆進(jìn)為主。因次采用石油鉆機(jī)取心，可根據(jù)目的層的預(yù)測(cè)深度，在滿(mǎn)足深礦找礦地質(zhì)目的的前提下，只對(duì)主要的目的層段進(jìn)行取心鉆進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，深部找礦鉆探技術(shù)對(duì)于礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展有著重要研究，加強(qiáng)對(duì)深部找礦鉆探技術(shù)的研究，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展之后，已經(jīng)有了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，依然面臨著許多難點(diǎn)，給深部找礦工作的順利開(kāi)展造成了不良影響，所以，需要針對(duì)這些難點(diǎn)，探索科學(xué)的解決辦法，以提高深部找礦鉆探技術(shù)的應(yīng)用水平，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們生活的穩(wěn)定提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭粲璨.深部找礦鉆探技術(shù)探討[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2014，11：61-64.[2]徐國(guó)忠.我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)探討[J].西部探礦工程，2012，10：149-151+154.[3]劉氬鐳，白飛，宗暉.對(duì)我國(guó)深部找礦鉆探技術(shù)的探討[J].河南科技，2014，03：31.

第三篇：地質(zhì)勘查與深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)探討論文

摘要:隨著我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，礦藏資源供求矛盾日益加劇，因此必須不斷提高地質(zhì)找礦效率，滿(mǎn)足社會(huì)快速增長(zhǎng)的資源需求。本文借鑒國(guó)外先進(jìn)深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)展開(kāi)了具體論述，為我國(guó)地質(zhì)勘查、找礦提供參考。

關(guān)鍵詞:地質(zhì)勘查;深部地質(zhì);鉆探找礦

我國(guó)礦產(chǎn)資源雖然比較豐富，但很多開(kāi)發(fā)者和使用者因?yàn)檠矍暗睦娑M(jìn)行的開(kāi)采和利用手段，都嚴(yán)重缺乏可持續(xù)性發(fā)展的技術(shù)和意識(shí)，而部分具有相關(guān)技術(shù)和意識(shí)的開(kāi)發(fā)方卻苦于沒(méi)有礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)權(quán)，國(guó)家應(yīng)針對(duì)這一情況對(duì)其作出調(diào)整，令礦產(chǎn)資源的綜合利用可以達(dá)到高效率、高回報(bào)、長(zhǎng)期的可持續(xù)性循環(huán)利用，令中國(guó)的礦產(chǎn)資源可以長(zhǎng)期地帶動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

1我國(guó)現(xiàn)有礦山深部找礦和采礦取得的成果

隨著全球能源形勢(shì)的日益惡化，開(kāi)展礦山深部找礦已經(jīng)成為了一個(gè)必然趨勢(shì)。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)對(duì)于礦產(chǎn)資源勘察僅僅處于地表、淺地表，已有的固體礦產(chǎn)勘察深度都處于500m以?xún)?nèi)，但是在美、澳等發(fā)達(dá)地區(qū)，其礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)深度已達(dá)2．5～4．0km?；诖吮尘?，我國(guó)必須重視深部找礦問(wèn)題，加大相關(guān)勘探技術(shù)研究力度，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供充足的資源。此外，由于深部找礦往往是在已有的礦山開(kāi)采范圍內(nèi)進(jìn)行的，因此免去了大量的基建工序，使得礦山開(kāi)采成本得以有效節(jié)約。我國(guó)深部找礦技術(shù)的廣泛實(shí)施始于2004年，共安排216個(gè)礦山開(kāi)展深部找礦;根據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)結(jié)果，共166個(gè)礦山發(fā)現(xiàn)了礦產(chǎn)資源，能源類(lèi)煤炭探明45．89億噸，黑金屬鐵礦石、有色金屬銅礦、鉛鋅礦、貴金屬金礦、銀礦分別探明了6．95億噸、196．36萬(wàn)噸、485萬(wàn)噸、425t、5695t，加上其余礦種，總資源量的靜態(tài)產(chǎn)值大于1萬(wàn)億元［1］。

2深部找礦的方法技術(shù)手段

深部找礦屬于是一個(gè)戰(zhàn)略性的任務(wù)，因此必須做好長(zhǎng)期規(guī)劃，多方面(政策、資金、制度)確保任務(wù)的順利開(kāi)展?，F(xiàn)階段，我國(guó)礦產(chǎn)勘查具體難題如下:

(1)老礦山深部、隱伏區(qū)找礦難度大，常用的地表直觀(guān)方法難以在這些區(qū)域應(yīng)用，因此必須積極引進(jìn)先進(jìn)的、成熟的技術(shù)方法在開(kāi)展深部找礦工作。

(2)相比于地表、淺地表，地球深部地質(zhì)構(gòu)造更為復(fù)雜，因此找礦難度較大，原本的探測(cè)儀器分辨率無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際勘探需求。在深部找礦領(lǐng)域中，物探技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果，當(dāng)前使用較為廣泛的綜合物探技術(shù)如下:

(1)地面高精度磁力測(cè)量。在物探技術(shù)中，磁法的理論較為完善，找礦效果可觀(guān)，適用于具有磁測(cè)前提的地層、控礦構(gòu)造、礦床以及相關(guān)蝕變巖石，對(duì)于各個(gè)地區(qū)而言，即使是同一性質(zhì)的磁性體也會(huì)表現(xiàn)出不同磁場(chǎng)特征。目前，此測(cè)量方法應(yīng)用十分廣泛，相關(guān)測(cè)量設(shè)備更是不斷更新?lián)Q代，測(cè)量精度日益增加，例如:航遙中心所研發(fā)的新一代航空氦光泵磁力儀，靈敏度高達(dá)0．0025nT，勘測(cè)效果上佳。

(2)MT法。MT法是一種電磁類(lèi)的探測(cè)方法。在工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)，速度測(cè)量是一個(gè)重要內(nèi)容，其主要是通過(guò)數(shù)字脈沖對(duì)某根軸轉(zhuǎn)速見(jiàn)測(cè)量，并按照機(jī)械比、直徑將所得結(jié)果換算為線(xiàn)速度，其優(yōu)勢(shì)在于設(shè)備輕便、探測(cè)深度大，具有較高的橫向分辨率。MT法有效解決了直流電法可定性、無(wú)法定量的問(wèn)題，但是其應(yīng)用前提為巖石見(jiàn)物性差異大，不可僅僅關(guān)注巖石電阻率。在實(shí)際應(yīng)用中，需重視高阻巖石內(nèi)低阻區(qū)、低阻巖石內(nèi)高阻區(qū)。

(3)VLF法。該方法是一種十分便捷的綜合物探法，能夠?qū)崿F(xiàn)地面電磁法掃面工作的迅速開(kāi)展。甚低頻電磁法VLF依賴(lài)于在全世界分布的11個(gè)甚低頻電磁波發(fā)射臺(tái)發(fā)射的甚低頻電磁波信號(hào)。這些甚低頻電磁信號(hào)投射到地下埋藏的導(dǎo)體物質(zhì)上，并產(chǎn)生電磁感應(yīng)。用VLF電磁法儀觀(guān)測(cè)這種感應(yīng)信號(hào)并將其記錄下來(lái)，以尋找地下目標(biāo)導(dǎo)體。在礦產(chǎn)勘探中，VLF法是低成本、快速的勘探方法，主要用于探測(cè)淺埋藏的，陡傾角的礦體和礦化帶等。

3深部地質(zhì)鉆探找礦存在的問(wèn)題分析及解決策略

在我國(guó)，找礦工作由于其制度不完善，導(dǎo)致找礦勘察進(jìn)展慢，范圍分散，流動(dòng)性較大，不容形成有效、具體的數(shù)據(jù)和資料，而因?yàn)榧夹g(shù)問(wèn)題導(dǎo)致了耗時(shí)較長(zhǎng)，成功率不高的現(xiàn)象。地質(zhì)找礦工作需要突破性的進(jìn)展，往往需要大量的資金和人員的加入，我國(guó)在這方面的投入有所不足，并且現(xiàn)階段的地質(zhì)找礦很大程度上過(guò)分依賴(lài)于市場(chǎng)配置資源，使其處于較被動(dòng)的地位，不利用地質(zhì)找礦工作的發(fā)展和進(jìn)步。礦產(chǎn)所有權(quán)即產(chǎn)權(quán)方面也在制約和影響著地質(zhì)找礦。由于國(guó)家對(duì)其的宏觀(guān)調(diào)控力度不夠，從而導(dǎo)致?lián)碛械V業(yè)權(quán)的企業(yè)或開(kāi)發(fā)方，沒(méi)有按照高效的、合理的方向進(jìn)行地找找礦工作。首先要想提高地質(zhì)找礦的效率，國(guó)家和地方政府要加大這方面的重視，包括資金的投入和高技術(shù)素質(zhì)人員的培養(yǎng)。在國(guó)家和地方政府資金投入的同時(shí)，還要注意引進(jìn)社會(huì)投資者的資金，增加資金的流動(dòng)性和靈活性，避免因?yàn)槟骋辉蚨斐少Y金鏈的斷裂，影響地質(zhì)找礦的開(kāi)展和后續(xù)工作。對(duì)地質(zhì)找礦的技術(shù)人員要進(jìn)行定期的培訓(xùn)，對(duì)于國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)要進(jìn)行及時(shí)的學(xué)習(xí)和研究，結(jié)合我國(guó)的具體情況而制定出更加適合自己的找礦技術(shù)，同時(shí)提高從事地質(zhì)找礦工作者的待遇，提高穩(wěn)定性、避免高技術(shù)人員的流失。最后國(guó)家要加大宏觀(guān)調(diào)控，讓地質(zhì)找礦可以更有效的開(kāi)展，而不是一味依賴(lài)于市場(chǎng)配置資源，對(duì)一些礦產(chǎn)資源的擁有者和企業(yè)，也要在一定程度上進(jìn)行控制，以免因?yàn)閭€(gè)人原因而影響地質(zhì)找礦。

4我國(guó)深部找礦規(guī)劃分析

近些年，我國(guó)深部找礦主要規(guī)劃地區(qū)為貴州、青海、山西、新疆、內(nèi)蒙古等地。對(duì)于貴州從江—黎平地區(qū)，其含礦帶主要位于東西向構(gòu)造蝕變帶內(nèi)，該蝕變帶屬于貴州北部地區(qū)，受東西向斷裂帶控制，出露地表長(zhǎng)度、寬度分別為500m，1～4m，向西北傾斜約85°。此構(gòu)造碎裂蝕變巖內(nèi)，其蝕變包含黃銅礦化、次生銅礦化、黃鐵礦化、硅化以及綠簾石化。蝕變主要是沿構(gòu)造裂隙進(jìn)入，表現(xiàn)為網(wǎng)脈、帶、透鏡狀。該礦化主要由碎裂蝕變巖所控制，圍巖為燕山期角閃石巖、太古宙混合花崗巖。出露地表蝕變帶內(nèi)，存在一礦化露頭，對(duì)其進(jìn)行采樣分析后，發(fā)現(xiàn)存在金、銀、銅礦化。對(duì)含礦構(gòu)造蝕變帶進(jìn)行勘探時(shí)，為了能夠全面掌握其空間分布情況，決定應(yīng)用MT法、VLF法。根據(jù)MT勘測(cè)剖面發(fā)現(xiàn)其為低阻帶，根據(jù)VLF勘測(cè)剖面發(fā)現(xiàn)其極化橢圓傾角是過(guò)零點(diǎn)。經(jīng)調(diào)查分析，蝕變帶出露地表位置和電磁法勘測(cè)位置相符，表明構(gòu)造蝕變帶存在的真實(shí)性。蝕變帶貼近地表處幾近直立，向下一直延伸至400m處，其中200m左右，蝕變帶向南傾斜，傾角大，此處金、銀、銅化探呈現(xiàn)異常，基于此可判斷此處可能具有多金屬礦化現(xiàn)象。

5結(jié)語(yǔ)

基于我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況分析不難發(fā)現(xiàn)，其對(duì)于礦產(chǎn)資源的依賴(lài)較強(qiáng)，因此提高礦產(chǎn)勘察效率，實(shí)現(xiàn)資源有效開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，礦產(chǎn)勘探行業(yè)應(yīng)積極引入先進(jìn)技術(shù)，有效提高勘探精度與勘探效率，為深部找礦奠定良好基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

作者:羅本利 單位:貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局

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第四篇：深部鉆探

深部鉆探特點(diǎn)

1.深部鉆探技術(shù)目的意義

我國(guó)礦產(chǎn)資源分布廣泛，從目前礦產(chǎn)資源勘查開(kāi)發(fā)利用情況來(lái)看，我國(guó)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(dāng)大的潛力。為了延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限，在有資源潛力和市場(chǎng)需求的老礦山周邊或深部開(kāi)展深部找礦工作就顯得意義重大，此外，最新的成礦理論都表明在我國(guó)大陸深部蘊(yùn)藏著潛力巨大的礦產(chǎn)資源。在深部找礦過(guò)程中，除了利用更成熟的地質(zhì)理論和更先進(jìn)的物化探方法、遙感技術(shù)等新探測(cè)技術(shù)外，最終還需要使用鉆掘（探）技術(shù)來(lái)取芯取樣，證實(shí)推斷和探測(cè)的正確性。這種深度的資源勘查鉆探工作對(duì)鉆探取芯取樣質(zhì)量、鉆探速度、施工成本、環(huán)境保護(hù)、安全防護(hù)等方面都提出了更高的要求。深部巖心鉆探的特點(diǎn)是施工周期長(zhǎng)，孔壁穩(wěn)定性較差，而且隨著鉆進(jìn)的延續(xù)，取心及起下鉆次數(shù)增加使鉆孔穩(wěn)定性更差，極易發(fā)生孔內(nèi)事故；頻繁提下鉆，會(huì)加劇鉆桿等損傷。鉆探取芯的關(guān)鍵技術(shù)是鉆探設(shè)備、器具和工藝方法，它們不僅對(duì)鉆探效率、施工成本、取芯質(zhì)量及環(huán)境保護(hù)等方面有重要影響，而且對(duì)縮短整個(gè)勘探周期、加快開(kāi)發(fā)利用步伐有著直接的意義。

2.深部鉆探的特點(diǎn)

（1）深孔巖心鉆探與淺孔不同，施工周期長(zhǎng)，孔壁穩(wěn)定性差。在裸眼鉆進(jìn)中，開(kāi)孔的一段時(shí)間內(nèi)，裸露地層在泥漿護(hù)壁的作用下孔壁是相對(duì)穩(wěn)定的，隨著鉆進(jìn)的延續(xù)，孔壁裸露時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間的泥漿失水使孔壁巖層吸水膨脹，孔壁失穩(wěn)；并且，深孔巖心鉆探，取心和起下鉆具時(shí)間劇增，因受長(zhǎng)時(shí)間升降鉆具引起的抽吸和壓力激動(dòng)作用，導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性更差，極易發(fā)生塌孔、掉塊，甚至出現(xiàn)埋鉆和卡鉆等孔內(nèi)事故。

（2）隨著鉆孔的延深，鉆具重量、升降鉆具次數(shù)和時(shí)間的增加，都加劇了孔壁拉槽現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，孔內(nèi)預(yù)見(jiàn)性增加，復(fù)雜地層鉆進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)幾率大幅提高，如出現(xiàn)地層破碎、孔內(nèi)漏水、坍塌等，迫使進(jìn)行復(fù)雜地層的護(hù)壁堵漏，甚至采取多次擴(kuò)孔、下入多級(jí)孔內(nèi)套管。（3）無(wú)巖心鉆進(jìn)工作量增加。深部找礦勘探的目的層多在深部，一般設(shè)計(jì)為全取心孔段，上部第四系復(fù)蓋層和非含礦地層因地質(zhì)情況已經(jīng)基本查明多為無(wú)心鉆進(jìn)，所以，對(duì)于深部勘探鉆孔將大量增加無(wú)心鉆進(jìn)工作量。

3.深部鉆探關(guān)鍵技術(shù)

（一）金剛石繩索取心技術(shù)

繩索取心鉆探技術(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(jì) 70年代中期我國(guó)開(kāi)始推廣應(yīng)用，但在應(yīng)用廣度和深度上與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距，利用繩索取心鉆探技術(shù)完成的巖心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(guó)產(chǎn)繩索取心鉆具存在材質(zhì)不佳、加工質(zhì)量差、易折斷和脫扣等問(wèn)題，不能滿(mǎn)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(guò)繩索取心鉆具內(nèi)管的普通鉆桿來(lái)完成鉆孔取心作業(yè)，這就在完成取心作業(yè)的同時(shí)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心技術(shù)應(yīng)用于深部找礦的另一個(gè)原因。自 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始研究，70 年代開(kāi)始推廣金剛石鉆探技術(shù)以來(lái)，我國(guó)金剛石鉆頭制造水平有了很大提高，但是其使用效果與國(guó)外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復(fù)合材料方面進(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上國(guó)際水平。這就使得國(guó)內(nèi)金剛石鉆頭鉆進(jìn)壽命短、效率偏低。據(jù)調(diào)查，我國(guó)的金剛石鉆頭壽命在硬巖地層還不足 40m。

（二）反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)

反循環(huán)連續(xù)取樣（心）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(jìn)的不斷進(jìn)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(lái)作為地質(zhì)化驗(yàn)分析的地質(zhì)樣品。國(guó)內(nèi)外大量的鉆探施工經(jīng)驗(yàn)證明，采用該法獲取的地質(zhì)樣品不僅完全能達(dá)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 巖心施工速度提高 5 ～ 10 倍，施工成本也將大大降低。根據(jù)2006 年有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，反循環(huán)連續(xù)取樣（心）鉆探技術(shù)在澳大利亞完成鉆探工作量的比例超過(guò) 80%。我國(guó)在 20 世紀(jì) 80 年代中期曾開(kāi)展了該項(xiàng)技術(shù)的研究并進(jìn)行推廣應(yīng)用，但由于地質(zhì)上是以巖屑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀巖心，且需使用特殊的雙壁鉆桿，所以推廣應(yīng)用受到較大阻力。

（三）高精度受控定向鉆探技術(shù)及巖心定向技術(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(jìn)的特殊鉆探技術(shù)，該項(xiàng)鉆探技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)主孔內(nèi)鉆進(jìn)多個(gè)分支孔的羽狀鉆孔。在普通鉆孔難以到達(dá)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（取心）鉆探技術(shù)可以明顯減少鉆探工作量和施工費(fèi)用。由于地質(zhì)巖心直徑較小，地質(zhì)鉆探取心對(duì)這項(xiàng)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(jì)好防斜措施，減小孔斜和孔斜的變化率。

4.深部鉆探工藝問(wèn)題

1.深孔鉆探對(duì)鉆機(jī)鉆具的要求

（1）立軸式鉆機(jī)、動(dòng)力頭式鉆機(jī)的合理選擇及配套鉆塔、大泵量泥漿泵。

（2）鉆桿必須具備能鉆達(dá)設(shè)計(jì)深度所需要的強(qiáng)度，應(yīng)研制管壁增厚、抗沖擊性強(qiáng)，耐磨蝕的輕合金鉆桿(如鋁欽合金、鋁鎂合金)，提高接頭強(qiáng)度，有效密封防漏。

（2）鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，鉆孔深，需要提高鉆桿耐磨性，鉆桿與多套繩索取心鉆具的合理使用.（4）深孔中定向鉆進(jìn)與糾斜中井下動(dòng)力鉆具的耐磨性及工作穩(wěn)定性。2.超深孔對(duì)沖洗液的特殊要求

深孔的沖洗液是在高溫、高壓狀態(tài)下進(jìn)行工作的，按一般地溫梯度推算，2000米孔底溫度一般在60一80℃，高溫將促使泥漿中的粘土分散性增高，泥漿發(fā)生增稠現(xiàn)象，甚至完全喪失流動(dòng)性。高溫能加速有機(jī)化學(xué)處理劑的氧化和高分子裂解斷鏈，使處理劑失去作用.引起泥漿失水量的顯著上升或流動(dòng)性遭到破壞。高溫還會(huì)加劇泥漿被可溶性鹽類(lèi)的污染。一般認(rèn)為：高壓對(duì)沖洗液液相化學(xué)變化和水基泥漿性能的影響不大。對(duì)超深孔沖洗液抗高溫處理劑的基本要求是：熱穩(wěn)定性好，親水性強(qiáng)，有較強(qiáng)吸附基。金剛石鉆進(jìn)超深孔盡可能使用抗高溫的乳化沖洗液為好。3.深孔防斜

深孔的防斜是應(yīng)引起特別嚴(yán)密重視的技術(shù)問(wèn)題，在淺至中深孔段尤應(yīng)注意。安裝底座的水平度，轉(zhuǎn)盤(pán)中心與立軸的垂直度，定向管的垂直度、筆直性、同心度、套管的筆直性等都應(yīng)嚴(yán)格控制。鉆具與孔壁間隙較大，超過(guò)級(jí)配要求時(shí)均應(yīng)力爭(zhēng)在鉆桿、巖心管接頭等處加扶正器或穩(wěn)定器。淺至中深孔段還應(yīng)考慮使用鉆挺。防止深孔超深孔彎曲主要措施如下：

（1）提高鉆具在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定性，其主要措施為：采用滿(mǎn)眼鉆具，減少鉆柱與孔壁之 間的環(huán)狀間隙；采用剛性更好，強(qiáng)度更高的鉆汗；采用特殊鉆具穩(wěn)定系統(tǒng)；使用渦輪鉆，螺桿鉆，核能鉆等井底動(dòng)力機(jī)。

（2）合理地選用鉆頭，主要措施有：鉆頭結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)巖層物理力學(xué)性質(zhì)；必須選用銳利的、自銳式的、長(zhǎng)壽命鉆頭；采用特制防斜鉆頭。

（3）鉆進(jìn)工藝防斜要點(diǎn)，主要措施為：嚴(yán)格控制給進(jìn)速度、限制機(jī)械鉆速；嚴(yán)格控制鉆壓，注意鉆壓與轉(zhuǎn)逮的配合。

深孔鉆探裝備

1.深孔鉆機(jī)

鉆機(jī)是實(shí)施深孔鉆探的前提和必備條件，在深孔鉆探中起著非常重要的作用。目前國(guó)內(nèi)外地質(zhì)找礦鉆探鉆機(jī)應(yīng)用最多的主要有全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)和立軸鉆機(jī)兩種類(lèi)型。立軸鉆機(jī)采取機(jī)械傳動(dòng)、立軸回轉(zhuǎn)、液壓控制，主要優(yōu)點(diǎn)為：傳動(dòng)效率較高，消耗功率低；提下鉆輔助時(shí)間較短；處理事故能力較強(qiáng)；可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)；維修方便，對(duì)操作技能要求較低；制造成本較低。立軸鉆機(jī)主要缺點(diǎn)為：給進(jìn)行程短(多為0．6m)，鉆進(jìn)中須頻繁停車(chē)倒桿；工作平穩(wěn)性較差；轉(zhuǎn)速分擋控制，不能無(wú)級(jí)變速； 加桿繁瑣，鉆具須提離孔底；不易實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)；搬遷、安裝時(shí)間較長(zhǎng)。動(dòng)力頭鉆機(jī)采取液壓傳動(dòng)、動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)、液壓控制，主要優(yōu)點(diǎn)為：給進(jìn)行程長(zhǎng)，可平穩(wěn)連續(xù)給進(jìn)；無(wú)級(jí)變速，工作平穩(wěn)；易于實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)；加接鉆桿方便，鉆具不提離孔底；鉆進(jìn)工藝適應(yīng)性好；搬遷、安裝方便；操作控制集中、方便，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控及自動(dòng)化控制。動(dòng)力頭鉆機(jī)的主要缺點(diǎn)：提下鉆輔助時(shí)間長(zhǎng)；傳動(dòng)效率較低，功率消耗大；處理事故能力較差；液壓系統(tǒng)密封件壽命較短；維修較復(fù)雜，費(fèi)用高；制造成本高。目前國(guó)內(nèi)部分深孔巖心鉆機(jī)的主要型號(hào)、技術(shù) 參數(shù)見(jiàn)表

1、表2。

國(guó)外地質(zhì)巖心鉆探經(jīng)驗(yàn)介紹，動(dòng)力頭鉆機(jī)可減少設(shè)備安裝導(dǎo)致的機(jī)械事故，同時(shí)提下鉆具實(shí)現(xiàn)塔上無(wú)人操作，減少了高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，施工安全性高。與立軸式鉆機(jī)相比，全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)轉(zhuǎn)速范圍寬，可無(wú)級(jí)調(diào)速，同時(shí)深孔巖心鉆機(jī)動(dòng)力頭通孔直徑一般較大，能更好地滿(mǎn)足不同鉆進(jìn)工藝方法的需要，如金剛石取心鉆進(jìn)、跟管鉆進(jìn)、反循環(huán)連續(xù)取心(取樣)鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)等。全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)一般為模塊化一體結(jié)構(gòu)，多為履帶自行，鉆進(jìn)場(chǎng)地占用小，鉆機(jī)如使用桅桿、桅架，可方便地施工大斜度地面鉆孔，立軸式鉆機(jī)往往需要改進(jìn)鉆塔結(jié)構(gòu)。全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)為自動(dòng)化鉆進(jìn)、智能化鉆進(jìn)提供了良好的平臺(tái)，鉆進(jìn)參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制更加便利。雖然一些設(shè)備制造企業(yè)在成熟的6檔XY系列鉆機(jī)基礎(chǔ)上，放大鉆機(jī)部件，提升鉆進(jìn)能力，推出了N規(guī)格口徑鉆深超過(guò)2000m的立軸巖心鉆機(jī)，如XY-8B、XY-9型立軸式巖心鉆機(jī)等，但是隨著我國(guó)現(xiàn)代化程度的提高，動(dòng)力頭鉆機(jī)的價(jià)格會(huì)逐漸下降，其相對(duì)立軸式鉆機(jī)的比較優(yōu)勢(shì)會(huì)進(jìn)一步增大，動(dòng)力頭鉆機(jī)適宜的孔深范圍會(huì)越來(lái)越大，所以說(shuō)動(dòng)力頭鉆機(jī)是我國(guó)地質(zhì)巖心鉆機(jī)的發(fā)展方向。

圖1 XY-9型（4000m）立軸式巖心鉆機(jī)（左）與HCR-8型（3000m）全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)（右）

表1 國(guó)內(nèi)部分全液壓動(dòng)力頭式深孔巖心鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

表2 國(guó)內(nèi)部分立軸式深孔巖心鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

2.深孔泥漿泵

泥漿泵是深部地質(zhì)鉆探的主要配套設(shè)備。泥漿泵通過(guò)泥漿循環(huán)系統(tǒng)輸送鉆探?jīng)_洗液，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑鉆柱、冷卻鉆頭、排除鉆屑、護(hù)壁堵漏、孔底動(dòng)力以及傳遞孔底監(jiān)測(cè)信號(hào)等功能，確保鉆探施工安全、高效。深部巖心鉆探，一般開(kāi)孔直徑大，鉆孔結(jié)構(gòu)多級(jí)，鉆具配套多樣。同時(shí)，繩索取心鉆探單回次鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，沖洗液循環(huán)壓力損失大，其特殊的鉆探工藝對(duì)泥漿泵提出了更加苛刻的技術(shù)要求。首先，深孔巖心鉆探用泥漿泵應(yīng)可無(wú)級(jí)或多級(jí)變速，流量調(diào)節(jié)范圍大，泥漿壓力高；第二，泥漿泵易損件壽命長(zhǎng)，并可以快速更換，確?？變?nèi)安全；第三，流量、壓力控制準(zhǔn)確，可實(shí)時(shí)數(shù)字顯示。以YWB－360/300/250 型泥漿泵(見(jiàn)圖 2)為例，該系列泥漿泵采用了變量泵定量馬達(dá)液壓無(wú)級(jí)驅(qū)動(dòng)，解決了 2000 m 地質(zhì)巖心鉆進(jìn)過(guò)程中，不同鉆進(jìn)方法、不同口徑對(duì)泥漿流量及壓力的要求，達(dá)到為不同孔底動(dòng)力鉆具提供有效的泥漿動(dòng)力的目的。通過(guò)示范工程試驗(yàn)，驗(yàn)證了該泥漿泵的先進(jìn)性、適用性、經(jīng)濟(jì)性三者并重，采用大缸徑、長(zhǎng)行程、低沖次的設(shè)計(jì)理念增加了易損件的使用壽命。該泥漿泵具有以下主要特點(diǎn)：泥漿泵流量為 95 ～360 L/min、壓力 45 ～15MPa，能夠滿(mǎn)足深孔多工藝鉆進(jìn)的需要； 柱塞外圓面熱噴涂 Ni60 +20% 碳化鎢并經(jīng)磨削拋光，使用壽命增長(zhǎng)；柱塞盤(pán)根選用“壓不垮”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由丁腈橡膠與純芳綸編織密封材料制作并相間排列組合；泥漿泵鉆進(jìn)時(shí)沖次低，壓力小，大大提高了易損件的使用壽命；連桿小頭軸瓦選用銅鋁鐵合金表面滲硅特殊硬化處理；連桿大頭采用自制的帶內(nèi)外瓦并附有保持架的滾針軸承，以滾動(dòng)軸承代替滑動(dòng)軸承，溫升較低；采用雙馬達(dá)串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)泥漿泵，有效降低了功率損耗。

圖2 YWB－360/300/250 型泥漿泵

3.深部鉆探鉆具 3.1鋁合金鉆桿

由于鋁合金鉆桿質(zhì)量輕、力學(xué)性能好、耐腐蝕、與井壁摩阻小、彎曲時(shí)彎曲應(yīng)力小、埋鉆時(shí)處理事故簡(jiǎn)單，因此近年來(lái)輕質(zhì)鋁合金鉆桿成了地質(zhì)鉆探尤其是深孔定向地質(zhì)鉆探關(guān)注的熱點(diǎn)（見(jiàn)圖3）。

鋁合金鉆桿柱的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素是鋁鉆桿與鋼接頭的連接問(wèn)題。俄羅斯傳統(tǒng)鋁鉆桿采用無(wú)止推面的三角形絲扣連接，而高可靠性鋁鉆桿的連接方式有 3 個(gè)特點(diǎn)：(1)采用梯形絲扣與接頭連接；(2)鋁鉆桿設(shè)置了內(nèi)支撐端面和錐形配合面；(3)通過(guò)高溫裝配工藝實(shí)現(xiàn)絲扣、配合面及支撐端面的過(guò)盈配合。在深井(尤其是斜井和水平井)鉆進(jìn)條件下，鉆桿柱最容易發(fā)生疲勞破壞。而新型鋁鉆桿的錐形配合面及支撐端面可減輕絲扣的負(fù)擔(dān)，明顯提高接頭的抗疲勞指標(biāo)，比普通三角形螺紋提高抗疲勞強(qiáng)度 60%—80%。這類(lèi)鋁鉆桿自 1993 年起已成功用于海洋深水鉆井作業(yè)。鋁合金鉆桿的特點(diǎn)：

①與傳統(tǒng)鉆桿材料鋼相比，鋁合金具有寶貴的物理力學(xué)性能。鋁合金的密度和彈性模量幾乎是鋼的 1/3，而比強(qiáng)度(斷裂強(qiáng)度極限與密度之比)卻是鋼的 1.5～2 倍。鋁合金鉆桿質(zhì)量輕，在鉆機(jī)能力一定的條件下，用鋁鉆桿能鉆達(dá)鋼鉆桿無(wú)法達(dá)到的深度。

②鋁合金在腐蝕環(huán)境中的穩(wěn)定性非常好。它表面覆蓋一層穩(wěn)定的氧化膜阻止與環(huán)境的進(jìn)一步反應(yīng)，可用于任何濃度的硫化氫和二氧化碳環(huán)境，而且其抗腐蝕能力與溫度無(wú)關(guān)。

③鋁合金鉆桿與井壁的磨阻小，可減輕起下鉆的阻卡。鋁鉆桿的浮力系數(shù)比鋼小得多，可節(jié)省 20%～25%的起下鉆時(shí)間，并節(jié)省燃料。所以，鋁合金鉆桿用于 3000m 以深的鉆井最有效。

④在相同井眼曲率下，鋁合金鉆桿的彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼鉆桿，從而適用于鉆斜井、曲率半徑小的定向井和水平段長(zhǎng)的水平井。

⑤鋁合金鉆桿具有和鎳鈷合金相似的無(wú)磁特性，方便隨鉆測(cè)量?jī)x器的使用。

⑥鋁合金鉆柱對(duì)裸眼和套管的作用力減小，能有效地保護(hù)套管，適應(yīng)裸眼段更長(zhǎng)的井。鋁合金鉆桿內(nèi)泥漿的流動(dòng)阻力小，可提高鉆頭的水功率。

⑦使用鋼鉆桿時(shí)處理孔內(nèi)鉆桿事故常需要漫長(zhǎng)的時(shí)間，甚至造成鉆孔報(bào)廢。而處理鋁合金鉆桿事故時(shí)，用一般牙輪鉆頭就可對(duì)井下鋁合金鉆具掃孔。

圖3 鋁合金鉆桿（白色部分為鋁合金）

3.2深孔金剛石鉆頭

深部巖心鉆探通常采用繩索取心工藝，由于其輔助時(shí)間少、取心質(zhì)量好、提下鉆次數(shù)少且對(duì)地層干擾小等優(yōu)勢(shì)得到鉆探工作者的廣泛認(rèn)可，但繩索取心鉆探效率的體現(xiàn)主要取決于碎巖工具——金剛石鉆頭的切削效率和使用壽命，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是繩索取心鉆頭的工作壽命決定了繩索取心鉆探的提鉆間隔。如果鉆頭壽命不能保證實(shí)現(xiàn)較大的提鉆間隔，繩索取心鉆進(jìn)的優(yōu)越性就蕩然無(wú)存，盡可能提高鉆頭壽命、減少提鉆次數(shù)是提高繩索取心鉆探效率的關(guān)鍵因素。目前，繩索取心金剛石鉆頭的工作壽命和切削效率問(wèn)題比較突出，在很大程度上制約了繩索取心鉆進(jìn)工藝的發(fā)展和推進(jìn) 3.2.1深孔金剛石鉆頭的特點(diǎn)：

⑴由于設(shè)備能力和鉆探管材的限制，與淺孔鉆探相比較，高轉(zhuǎn)速更加受到限制，以磨削為主要特征的孕鑲金剛石鉆頭的效率難以得到體現(xiàn)。

⑵壓力控制精度降低： 由于孔深加大，鉆孔也必然存在不同程度的彎曲，導(dǎo)致鉆桿柱在回轉(zhuǎn)中與孔壁的接觸面積大幅度增加而消耗一定的鉆壓，同時(shí)還因無(wú)法有效判別壓力的準(zhǔn)確分解而導(dǎo)致鉆進(jìn)規(guī)程參數(shù)中的壓力參數(shù)控制難度加大，使得金剛石鉆頭工況的隨意性更加突出，金剛石壽命難以在正常標(biāo)定的工況下工作。

⑶孔深大，地層溫度和循環(huán)介質(zhì)溫度也偏高，鉆頭冷卻條件發(fā)生變化，鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要在水口、水槽方面有針對(duì)性。

⑷深孔鉆進(jìn)，起下鉆作業(yè)時(shí)間更多，鉆頭壽命對(duì)生產(chǎn)效率的影響相對(duì)淺孔來(lái)說(shuō)更加明顯，因此對(duì)鉆頭長(zhǎng)壽命的要求更加嚴(yán)格。3.2.2提高深孔金剛石鉆頭壽命的措施

⑴在滿(mǎn)足金剛石鉆頭強(qiáng)度、鋒利度和冷卻效率的前提條件下，提高孕鑲金剛石鉆頭工作層高度能明顯提高鉆頭壽命，理論上鉆頭壽命與工作層高度成正比例關(guān)系（圖4左）。⑵加強(qiáng)保徑和合理增加保徑規(guī)高度。在增強(qiáng)保徑的措施中，適當(dāng)增加保徑規(guī)的高度，一方面有利于增補(bǔ)保徑材料(如聚晶)的數(shù)量，增加保徑料的空間排列分布的靈活性； 另一方面，增加了鉆頭工作的穩(wěn)定性，減少鉆頭在回轉(zhuǎn)過(guò)程中的渦動(dòng)作用，提高鉆頭的壽命（圖4中）。⑶聚晶金剛石鉆頭有利于提高鉆頭壽了提高深孔孕鑲金剛石的壽命。采用聚晶與工作層復(fù)合技術(shù)，在工作層中添加超硬鑲嵌體，可以增加胎體的耐磨性。選擇低磨耗比聚晶并合理控制數(shù)量，將會(huì)在保持鋒利度基礎(chǔ)上有效提高鉆頭的使用壽命。⑷金剛石有序排列提高孕鑲鉆頭壽命。有序排列金剛石鉆頭具有時(shí)間等效自銳性，鉆進(jìn)效率高，出刃大，工作壽命長(zhǎng)，適用于制造深孔鉆進(jìn)厚壁繩索取芯鉆頭，地層適應(yīng)性也得以增強(qiáng)（圖4右）。

⑸深孔鉆進(jìn)工藝參數(shù)的合理采用有利于提高鉆頭壽命

在鉆進(jìn)過(guò)程中，需要根據(jù)巖石的性質(zhì)、強(qiáng)度、研磨性和完整程度等合理選擇金剛石鉆頭，還需合理使用鉆進(jìn)工藝參數(shù)主要有轉(zhuǎn)速、鉆壓和泵量三大規(guī)程參數(shù)。

圖4 高工作層鉆頭（左）、提高規(guī)徑刃高度及加強(qiáng)保徑鉆頭（中）及有序排列鉆頭唇面（右）

3.2繩索取心鉆具

繩索取芯鉆進(jìn)是一種先進(jìn)的巖芯鉆探工藝。它采用大直徑的鉆桿，在鉆具里面套裝一根取芯管，在鉆進(jìn)過(guò)程中，巖芯緩慢地裝在取芯管內(nèi)。當(dāng)回次進(jìn)尺終了，巖芯裝滿(mǎn)取芯管時(shí)，采用帶繩索的打撈器，從鉆桿中把取芯管提出，提取巖芯后，又從鉆桿中把取芯管放到孔底，繼續(xù)鉆進(jìn)。繩索取芯與普通鉆進(jìn)取芯相比，具有控制鉆孔偏斜度、提高鉆進(jìn)效率、降低工程成本、提高巖芯采取率、減少孔內(nèi)事故等優(yōu)點(diǎn)；尤其在鉆穿復(fù)雜地層方面，有著其它施工技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用。繩索取芯裝置主要由雙管部分、打撈機(jī)構(gòu)、彈卡機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)、到位報(bào)信機(jī)構(gòu)、巖芯滿(mǎn)管或堵塞報(bào)信機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、容納與卡取巖芯機(jī)構(gòu)、扶正機(jī)構(gòu)、打撈器部分、打撈機(jī)構(gòu)、繩卡機(jī)構(gòu)、送入機(jī)構(gòu)、安全脫卡機(jī)構(gòu)等典型部件組成。目前國(guó)內(nèi)的繩索取心鉆具以無(wú)錫鉆具廠(chǎng)生產(chǎn)的S系列繩索取芯鉆具最具有代表性，其規(guī)格有S56、S59、S59B、S75、S75B、S95、S95A等。其主要規(guī)格見(jiàn)表3。

表3 S系列繩索取心鉆具規(guī)格參數(shù)

目前，繩索取心已經(jīng)成為地質(zhì)巖心鉆探的主流技術(shù)方法。除部分煤田和沉積巖復(fù)雜地層外，繩索取心鉆探技術(shù)已經(jīng)在深孔固體礦產(chǎn)資源勘查施工中得到普及。國(guó)內(nèi)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)、鉆探用戶(hù)及生產(chǎn)企業(yè)一直在積極關(guān)注深孔、特深孔繩索取心鉆探技術(shù)的優(yōu)化和完善工作，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，研究深孔鉆探工藝。

繩索鉆桿的優(yōu)化研究應(yīng)成為長(zhǎng)期和重要的技術(shù)工作方向，繩索鉆桿承受著地面鉆機(jī)傳遞的回轉(zhuǎn)扭矩和自身重量產(chǎn)生的拉力，同時(shí)是輸送高壓沖洗介質(zhì)、撈取巖礦心和投放內(nèi)管總成的通道，具有薄壁和基本內(nèi)平的特點(diǎn)。在地質(zhì)鉆探設(shè)備和器具中，回轉(zhuǎn)的繩索鉆桿的受力情況和工作條件最為復(fù)雜和惡劣。繩索鉆桿的優(yōu)化研究應(yīng)作為最重要的技術(shù)，選用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)合金管材，優(yōu)化設(shè)計(jì)螺紋類(lèi)型，重視鉆桿和接頭螺紋副的加工、熱處理和表面處理工藝；設(shè)計(jì)合理的到位報(bào)信、堵塞報(bào)信機(jī)構(gòu)和打撈投放裝置，提高深孔、特深孔鉆進(jìn)或特殊鉆探施工用繩索取心鉆具可靠性。此外，還應(yīng)該提高繩索取心管材材料的綜合機(jī)械性能，從強(qiáng)調(diào)“高強(qiáng)度”為主，向“高強(qiáng)度、高性能”方向發(fā)展。有序淘汰成分組配不合理、有害元素較高、熱加工性能較差的部分地質(zhì)管材，逐步向與高性能石油鉆井管材(材質(zhì))靠攏。同時(shí)，改進(jìn)提高管材的淬透性，增強(qiáng)管材彈性(韌性)、抗疲勞性、抗磨蝕性和抗沖擊性能，改善金相組織結(jié)構(gòu)，使研發(fā)的新型管材基本達(dá)到深孔繩索取心鉆探施工要求。

3.3深孔液動(dòng)錘

液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)（又稱(chēng)液動(dòng)潛孔錘鉆探或液動(dòng)沖擊器鉆探技術(shù)）： 它是利用泥漿泵輸出的高壓沖洗液作為動(dòng)力傳輸介質(zhì)，驅(qū)動(dòng)處于井下鉆具組合中液動(dòng)潛孔錘內(nèi)的沖錘產(chǎn)生一定頻率和沖擊能的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)碎巖鉆頭施加沖擊載荷，以提高鉆進(jìn)效率的工藝技術(shù)方法。液動(dòng)潛孔錘通常連接在鉆頭或巖心管的上部，因而能量傳遞損耗小、效率高。使用液動(dòng)潛孔錘進(jìn)行鉆探施工，具有不需增加其它設(shè)備、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣、鉆進(jìn)效率高、鉆進(jìn)質(zhì)量好的特點(diǎn)。在我國(guó)的地質(zhì)勘探領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用并成為我國(guó)地質(zhì)鉆探工藝技術(shù)的一大特點(diǎn)。

與常規(guī)的回轉(zhuǎn)巖心鉆進(jìn)相比，液動(dòng)錘鉆進(jìn)有以下特點(diǎn)： ⑴可充分利用現(xiàn)場(chǎng)常規(guī)設(shè)備，配套方便投資少。

⑵鉆壓和轉(zhuǎn)速較低切削具磨損小鉆頭壽命可提高 30 %。在可鉆性6～7 級(jí)的巖石中鉆速可提高 15～70 %，在致密“打滑”巖層可成倍地提高效率。因?yàn)樗o鉆頭施加的載荷是高頻脈動(dòng)沖擊載荷，應(yīng)力集中瞬間可達(dá)到極高值易使巖石產(chǎn)生體積破碎。它較好地利用了堅(jiān)硬巖石脆性大而抗剪切強(qiáng)度低不耐沖擊的弱點(diǎn)，是解決堅(jiān)硬巖層有效的鉆探技術(shù)。

⑶鉆進(jìn)裂隙及解理發(fā)育的巖層，可有效減小巖心堵塞回次長(zhǎng)度至少提高30 %對(duì)于硬脆碎的破碎帶采用繩索取心液動(dòng)錘鉆進(jìn)可以提高回次長(zhǎng)度2～3倍。

⑷在大部分易斜地層中可減小鉆孔彎曲程度，提高鉆孔質(zhì)量。

⑸液動(dòng)錘鉆進(jìn)所需沖洗液量大流速高，可減小重復(fù)破碎高頻脈動(dòng)沖擊有利于金剛石出刃，減小鉆頭“打滑”?？晒?jié)約生產(chǎn)費(fèi)用15～20 % 液動(dòng)錘的研究開(kāi)發(fā)以廊坊勘探所最為成功，目前已成功地研究開(kāi)發(fā)出YZ正作用、YS雙作用、YQ復(fù)合式、SSC繩索取心等液動(dòng)錘系列產(chǎn)品，并且已達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。圖5為SYZX系列繩索取心液動(dòng)潛孔錘。

圖5 SYZX系列繩索取心液動(dòng)潛孔錘

目前液動(dòng)錘在以下方面具有突出的優(yōu)勢(shì)：

(1)液動(dòng)潛孔錘的使用孔深已達(dá)5000m，繩索取心液動(dòng)錘使用孔深已達(dá)1648m；(2)堅(jiān)硬、致密“打滑"，尤其是脆性地層使用液動(dòng)錘可大幅度提高鉆進(jìn)效率；

(3)使用液動(dòng)錘可有效提高回次長(zhǎng)度(過(guò)于破碎無(wú)膠結(jié)松散顆?；蚰囝?lèi)地層，振動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致巖心消耗)；

(4)液動(dòng)錘鉆進(jìn)可提高鉆頭壽命，延長(zhǎng)起下鉆的周期，減少起下鉆次數(shù)，減少對(duì)孔壁的擾動(dòng)幾率；

(5)改善孔內(nèi)鉆具受力和磨損狀態(tài)(小規(guī)程，高質(zhì)量)。

小結(jié)

全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在深孔巖心鉆探施工中的應(yīng)用將逐漸增加，逐步普及；深部巖心鉆探，開(kāi)孔直徑大，鉆孔結(jié)構(gòu)多級(jí)。同時(shí)，繩索取心鉆探單回次鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，沖洗液循環(huán)壓力損失大，其特殊的鉆探工藝對(duì)泥漿泵提出了更加苛刻的技術(shù)要求。未來(lái)的深孔泥漿泵應(yīng)從全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)中分離出來(lái)，采用單獨(dú)配置動(dòng)力的模式。深孔使用的泥漿泵將逐漸發(fā)展為液壓驅(qū)動(dòng)、程序控制、集中操縱、計(jì)量數(shù)顯、履帶自移、電液一體的高技術(shù)機(jī)電產(chǎn)品；隨著新材料技術(shù)的不但發(fā)展，新的高性能鉆桿必將淘汰落后的傳統(tǒng)鉆桿，突破鉆桿的限制，提高深孔鉆進(jìn)的孔深與鉆進(jìn)效率；創(chuàng)新科研工作機(jī)制，使特深孔鉆具產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與繩索取心鉆具標(biāo)準(zhǔn)化工作聯(lián)動(dòng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)繩索取心的標(biāo)準(zhǔn)化、互換性，同時(shí)解決螺紋參數(shù)細(xì)節(jié)優(yōu)化、合理公差控制、螺紋表面硬化、仿形刀具的推廣以及新型絲扣油研制、研究鉆桿預(yù)扭矩和過(guò)載扭矩控制能難題，結(jié)合螺桿鉆具、潛孔錘的三合一鉆具將成為繩索取心技術(shù)的主流技術(shù)。隨著鉆探技術(shù)的不斷提高、基礎(chǔ)學(xué)科在工程領(lǐng)域的深入應(yīng)用以及新材料的研發(fā)，深部鉆探技術(shù)發(fā)展必將進(jìn)入一個(gè)新臺(tái)階。

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第五篇：鉆探技術(shù)要求

鉆探技術(shù)要求（技術(shù)交底）

1、設(shè)計(jì)鉆孔全部為垂直孔，允許偏差角度±2°，終孔不小于直徑75mm及91mm（具體根據(jù)巖性及鉆孔內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)確定），鉆孔深度以設(shè)計(jì)深度為準(zhǔn)。巖芯鉆進(jìn)采用繩索取芯，采用金剛石鉆頭。

2、鉆孔巖芯取樣率不低于95％，土層和軟弱層不小于100%，對(duì)破碎帶巖石，巖芯采取率不低于85%。

3、清水鉆進(jìn)，如遇特殊地層必須用泥漿護(hù)壁時(shí)，在壓水試驗(yàn)前須進(jìn)行徹底清洗，直到返上清水為止。

4、妥善保存鉆孔巖芯，對(duì)鉆孔巖芯應(yīng)進(jìn)行妥善保護(hù)（不要日曬雨淋，人為破碎巖芯），班報(bào)記錄要真實(shí)及時(shí)，按鉆進(jìn)回次逐段填寫(xiě)，嚴(yán)禁事后追記；詳細(xì)記錄鉆探過(guò)程中跑水情況，按順序擺放巖心，切忌損壞巖心。

5、在鉆進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行水文試驗(yàn)和觀(guān)測(cè)，特別是鉆孔漏水量、漏水（涌水）部位、沖洗液消耗和孔壁坍塌掉塊情況、初見(jiàn)水位、靜止水位、抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)等，基礎(chǔ)資料須有詳細(xì)記錄。鉆探終孔后，應(yīng)每隔24小時(shí)測(cè)量一次鉆孔靜止水位，直到鉆孔結(jié)束。壓水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)應(yīng)按規(guī)程進(jìn)行。

6、遇礦山采礦爆破時(shí)，施工人員必須提前撤離采場(chǎng)作業(yè)區(qū)域500米外，并對(duì)施工機(jī)具進(jìn)行必要的安全防護(hù)。

7、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員要求進(jìn)行的水文地質(zhì)試驗(yàn)（抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)），鉆探機(jī)組提供相應(yīng)設(shè)備，并配合完成。同時(shí)需配合聲波測(cè)井工作。

8、鉆孔開(kāi)孔時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)工程師確認(rèn)鉆孔位置準(zhǔn)確、安全防護(hù)到位、鉆探及相關(guān)設(shè)備配備齊全，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工程師確認(rèn)簽字后方可施工。鉆孔終孔前，須由甲方現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人驗(yàn)收簽字后方可終孔，移至下一鉆孔。