地質鉆探工程的發展歷程與展望
——回顧探礦工程事業70年

王 達， 趙國隆， 左汝強， 孫建華， 周紅軍,4， 張林霞,5， 李 藝,4

(1.中國地質調查局，北京 100037； 2.自然資源部，北京 100812；3.中國地質科學院勘探技術研究所，河北 廊坊 065000； 4.《探礦工程(巖土鉆掘工程)》編輯部，北京 100037；5.中國地質學會探礦工程專業委員會，河北 廊坊 065000)

0 前言

70年前，當中華人民共和國正在緊張籌建之時，新中國的第一臺鉆機在北京西山巍巍豎起。劉廣志院士生前回憶：“1949年7月，在北京門頭溝煤田開始了新中國第一個實驗鉆孔，工人們發揮了當家作主的積極性，9月中旬就高質量地完成了500 m的取心鉆探任務，全體光榮地參加了十月一日中華人民共和國成立大典”[1]。由此開啟了我國鉆探工程新的一頁。

地質鉆探工程是地質工作多工種合成作戰的重要方面軍，是地質調查、礦產勘探、工程地質勘察、地球與地外行星科學研究、驗證地質認識、直接獲取地下實物的唯一技術方法，也是各種工程基礎、隧涵洞、環境保護和地質災害防治等工程施工的重要技術方法，同時鉆孔(井)為獲取地下地質體信息、探測深部地殼、開采礦產資源、建設地下實驗室或觀測站等提供通道。

70年來，我國探礦工程事業從無到有、從小到大、從弱到強。最輝煌時，全國開動地質巖心鉆機達到5600多臺，專業研究單位10多所，有相關專業的大中專院校近10家，生產鉆探裝備的企業幾十家，年度地質鉆探工作量最高達到2000多萬m。探礦工程學科(目前改稱為地質工程①“地質工程”是“地質資源與地質工程”一級學科下屬的二級學科，在以原二級學科“探礦工程”和“水文地質與工程地質”為主體的基礎上相互交叉滲透發展起來的。它以現代鉆、掘工程技術、現代測試和計算機技術為手段，以工程涉及的地質體及工程所在的地質環境為研究對象，服務于礦產資源勘查與開發，土木、水利工程的規劃、設計、施工，水文工程、環境地質的評價、監測與保護，地質災害預測與防治和地下深部探測等領域。(百度用語))也逐步豐富完善，有了以鉆探為主體的坑探、勘機三大分支專業，形成了完整的探礦工業技術體系。

截至 2017 年底，我國已發現礦產 173 種[2]，其中絕大部分礦產的儲量是通過探礦工程技術取得的,礦業已成為國民經濟建設的重要基礎產業。

我國是世界鉆探技術的發源地，淵源于遠古時代掘鑿井技術。早在四五千年以前的史前期，就有“黃帝穿井”等傳說，戰國末期已開始用簡單器械鑿井，秦國李冰指導民眾開鑿大口鹽井，北宋時代已由大口淺井向小口深井過渡，發明了竹篦繩索式沖擊鉆進法——卓筒井，并于1835年在四川自貢鉆成世界第一口超千米深井——1001.42 m的燊海井，這是世界鉆探史上的一座豐碑。

今天，當國家踏入新的征程，全國上下正在努力建設普惠包容的幸福社會，致力構建人與自然和諧共處的美麗家園之際，我們探礦界全體同仁也要搶抓科技創新的制高點，為建設世界科技強國，實現“兩個一百年”奮斗目標，實現中華民族偉大復興中國夢的遠大目標做出自己的貢獻。

“相對于微觀領域的歷史經驗研究，我們更需要從整個國家的全局性、整體性、宏觀性角度，來總結貫穿于各領域各行業的基本規律和共性經驗[3]”。在慶祝新中國成立70周年之際，將70年探礦工程的歷史放在整個地質行業乃至整個國家工業發展的維度上總結，據此，我們將70年歷程大致劃分為4個階段，每個階段既是國家發展的臺階，更是鉆探技術發展階段劃分的標志。用今天的視角去講述70年探礦工程的發展歷程，總結不同時期的經驗，把各個歷史時期的經驗貫通起來，意在使較年輕的探礦人，隨同老一輩重返那跌宕起伏、艱苦奮斗的歲月，以了解、認識和追憶70年探礦工程技術發展的變化軌跡和持續進步，堅定發展鉆探專業技術、不斷創新的信心。

限于篇幅，本文重點回顧地質鉆探工程的發展歷程。作者力求全面公正地展示70年鉆探工程所取得的成就，但限于水平及掌握的資料有限，難免掛一漏萬。

1 新中國成立初期探礦工程創建起步階段(20世紀50-60年代)

19世紀中葉，鴉片戰爭和甲午戰爭失敗后，帝國主義列強大舉入侵，紛紛在中國開礦辦廠，掠奪資源。英國、意大利和美國等國家的企業先后運來了鉆機，后來日本帝國主義侵華時期在中國境內進行了大量的鉆探施工。在這種背景下，20世紀初開始出現了第一代中國機械巖心鉆探工人。從此時到1949年的40多年中，中國在10多個省進行12個礦種的鉆探施工，多是為外國掠奪我國資源而投入的工程。國民政府資源委員會礦產勘測處時期使用動力機械巖心鉆只有3年多，鉆探工作量12萬余m。20世紀初到1949年,全國當時年產鋼僅15萬t, 原油12萬t, 煤炭3200 萬t, 有色金屬1.3萬t, 水泥66萬t[4]。全國鉆探總工作量累計約17萬m。國民政府留下14臺美日舊鉆機，加上全國各地的各種型號的鉆機僅100余臺，這就是留給新中國的微薄的家底。

地質工作是中國現代化建設的一個重要的基礎工作，新中國的誕生，為地質事業發展開辟了廣闊的道路。當時全國地質人員約有300人[5]，不僅力量弱、底子薄，更缺乏地質與鉆探、坑探、物探、化探、實驗測試等多工種聯合勘探的能力，不能為新礦山設計、老礦山復蘇提供礦產儲量。于是從組建隊伍、培訓人員、科學研究、制造設備、制度建設等方面，全面展開了探礦工程的基礎建設工作，并取得了可喜的成績，為后期持續發展奠定了良好的基礎。

1.1 創建探礦工程隊伍

1949年6月，按照華北人民政府企業部的指示，北平地質調查所劉廣志負責籌建鉆探隊，隨即招收培訓工人，調入鉆機，檢修設備。7月在北京門頭溝耿王墳工地開鉆，這是地質部門在北平樹立的第一座鉆塔(圖1)。用了3個月的時間，克服了種種困難，鉆達500 m的設計孔深，取得了門頭溝煤田地質資料，實現了向新中國建國大典獻禮的心愿。

圖1 1949年7月地質部門解放后第一臺鉆塔聳立在北京門頭溝礦Fig.1 The first derrick of geology industry of the New China erectedin Beijing Mentougou Mine after liberation in July 1949

1950年，華東軍政委員會工業部南京礦產勘測處使用美制金剛石鉆機鉆探棲霞山鉛鋅礦、淮南煤礦和銅官山銅礦。北京地質調查所則用4臺鉆機，在大同煤田和白云鄂博鐵礦進行鉆探。

隨著地質工作的大發展、大轉變，探礦工作也迅速發展，設備、人員也相應增加。1952年，地質部先后組建了白云鄂博、銅官山、大冶、龐家堡、白銀廠、渭北等6個大型綜合勘探隊，從蘇聯進口100臺套KA-2M-300、KAM-500型手把式鉆機及輔助設備，年底開動54臺鉆機；1953年底開動100多臺鉆機。隨著各大區地質局的建立，陸續建立了數十個擁有三四臺以至十幾臺鉆機的大、中型地質勘探隊，分布在攀枝花、大河邊、水城、茶陵、永新、平頂山以及賀蘭山、大青山、錫盟等地[6]。鉆探工作如燎原之火，遍布祖國大地。

中國發展國民經濟的第一個五年計劃于1953年執行。當時，重點勘探項目多是國家建設的命脈，如鞍山、包頭、大冶等鋼鐵基地所需礦產資源；大同、開灤、撫順、平頂山等重要煤田；還有東川、白銀廠、中條山、銅官山、壽王墳等處的銅；桃林、水口山、泗頂廠的鉛鋅；個舊的錫，贛南的鎢，昆陽的磷礦等。通過開展地質勘查工作，查清了地下資源，滿足了當時急需的礦產資源的工業設計要求。在這些國家重點勘探工作中，鉆探、坑探工作發揮了主力軍的作用，不僅鍛煉了隊伍，還學會了包括地質、鉆探、坑探、物探、化探、實驗測試等多工種的聯合作戰。

經過地質勘查隊伍大量組建和迅猛擴展后，中國地質工作走上了健康發展的道路。到1954年底，鞍山、包頭、大冶三大鋼鐵基地所需的礦產資源，還有銅官山、個舊等處的有色金屬礦的詳細勘查報告提交了出來；建設煤礦的資源已得到保證；還獲得一定數量的磷礦儲量?！耙晃濉逼陂g，計劃勘查19種礦產，實際勘查了74種礦產，其中63種取得了可供工業設計使用的儲量[5]。探礦工程工作發揮了重要作用。

這一階段前期，以引進技術和裝備為主，逐步轉入自力更生為主，鉆探技術水平不斷提高。鉆探工藝是鐵砂、鋼粒及硬質合金鉆進，鉆進規程由輕壓慢轉向因地制宜地推廣快速鉆進規范過渡。在硬質合金鉆進范疇內，提倡按巖性和可鉆性級別選用不同的硬質合金片，鑲制不同型式的鉆頭100余種(密集式、飛機式、團結式等)，各類巖層鉆進效率顯著提高。此后，又推廣鋼粒鉆進以逐步取代鐵砂鉆進，在提高7級以上硬巖鉆進效率方面取得了良好的效果。還大力推廣泥漿護孔，對克服坍塌、漏水、流沙等事故順利鉆進深孔、斜孔和復雜地層起到了良好的作用。這些經驗被創造性地推廣運用，取得了更大發展。1956年3月和4月地質部中南地質局四○五隊王國驥機組在廣西泗頂廠鉛鋅礦，創造了連續2個月月進尺超過1000 m的紀錄，成為全國第一個月進千米的機臺[6]。此后，鉆探臺月進尺超千米的鉆機大量涌現，如1958年前7個月中就出現了53臺，并且達到77臺次。

這期間部分鉆孔不取巖心鉆進試點工作取得成功，并積極擴大推廣工作。1959年9月23日，地質部頒發“關于部分鉆孔不取巖心鉆進暫行規定”的通知[7]，提出1959年全年鉆探進尺達到1070萬m，其中有35%以上為部分鉆孔不取巖心鉆進。在地質條件允許、物探測井能密切配合的情況下，推廣不取巖心鉆進，提高鉆進效率，加快勘探速度。

為了改變大口徑鐵砂、鋼粒、硬質合金鉆進的落后面貌，1960年12月，地質部出臺“關于推廣小口徑鉆進方法的幾項規定”(以硬質合金鉆進為主，口徑為75、58.5和52 mm)[7]。20世紀60年代初，在湖北、安徽、四川、新疆、河北等地進行75 mm口徑為主的鋼粒、硬質合金鉆進試驗。1960年開始研究金剛石鉆頭制造工藝，1963年研制成功天然表鑲金剛石鉆頭，同時籌備管材工具研究等，1965年被國家經委列為“國家重大技術革新項目”，1966年在河南舞陽地質九隊開動了第一臺金剛石鉆機。由勘探技術研究所、部第六專題隊、地質九隊組成試驗組，使用勘探技術研究所與冶金部601廠研制的鉆頭，第六專題隊設計的鉆具、工具等，張家口探礦機械廠改裝的XU-600型高速鉆機、水泵以及鄭州探礦機械廠加工的各種管材和相應的工具，另外從日本利根公司進口了可供4臺鉆機用的金剛石鉆頭、擴孔器、卡簧、D-10型金剛石雙管取心鉆具。地質九隊1966-1969年共進尺6000 m有余。1968年河南地質三隊從地質九隊調撥一半設備和物資，在小秦嶺金礦進行生產性試驗，取得了良好的效果。

1954年后，鉆探工程為我國大型工程建設項目做出了貢獻，積累了豐富的適合我國國情的鉆探經驗。在武漢長江大橋基礎選線鉆探中，成功地創造了利用雙體躉船安裝4臺鉆機的施工經驗，解決了拋錨定位、水中下管、套管固定、升沉補償、鉆進工藝、灌漿止水以及水上安全等問題；在三門峽水電站鉆探工程中，鉆船處于狹隘的黃河航道“中流砥柱”中心，用500型鉆機大口徑鉆進，取得了直徑1m的閃長巖巖心的記錄，該巖心至今還在中國地質博物館中展示；在長江三峽水利樞紐工程地質鉆探中，鉆工在懸崖陡壁上鑿山開路不畏艱險進行鉆探，受到了周恩來總理的表揚[5]。

1954年春天，地質部召開首屆鉆探職工代表大會，周恩來總理在懷仁堂接見了全體代表，鼓勵大家努力做好艱苦而又光榮的地質探礦工作。

1957年末，鉆探工程已經廣泛應用于固體礦產、油氣礦藏、水利水電工程、工程勘察、農業灌溉及國防工程等多個領域。

1958年后鉆探工程發展迅速，工作量大增。

這一時期，是探礦工程起步發展的時期，機械巖心鉆探開動的鉆機、完成的工作量及臺月效率、單位成本等情況見表1。

伴隨新中國的誕生，地質工作的大發展，坑探工程得到了快速發展。地質坑探工程(當年也稱山地工程)與采礦工程的差別主要是短淺和小斷面，需要發展與之相應的掘進技術和技術裝備等。

初期勘探掘進仍然是手工作業，鑿巖是手打錘，出渣用人背肩挑或手推礦車，個別礦區用上了手持式鑿巖機，但無除塵裝置。后來地質部成立了機掘隊，也僅在鑿巖方面配備了從蘇聯引進的OM-506型濕式風動鑿巖機、英國的一套干式吸塵鑿巖機、瑞典的高頻鑿巖機，但都未得到推廣[8]。當時百支坑探隊伍基本上是體力勞動十分繁重的手工作業。

表1 1950-1970年機械巖心鉆探主要技術經濟指標Table 1 Main tech-economic index of mechanical core drillingfrom 1950 to 1970

1957年后，為改變坑探工程落后面貌，掀起了坑探半機械化的熱潮。以人力為動力的各式打眼機、出渣機、通風機、抽水機等掘進設備大量涌現，大多是自制自用，在生產中發揮了一定作用，也為20世紀70年代機械化階段探索了道路。

1.2 專業技術人才培養

解放前，我國沒有專門培養探礦工程專業技術人才的學科和院校，該領域的技術人才多來自采礦、機械或地質等學科。解放后，我國通常把鉆探、坑探、勘探機械合稱探礦工程，并采取多種形式和多渠道培養急需的探礦工程技術人才。

從1949年秋開始，北京地質調查所前后2次招收了七八十名中學生學習鉆探，經過多年工作實踐，他們中多半成為了技術骨干。

1950年2月，在南京創立地質探礦專科學校，設置有地質探礦科，為探礦事業培養了首批具有大專學歷的人才。

1952年，地質部成立后，在南京和大冶分別招收和培養了300多名學員。在此之前，北京地質調查所與重工業部有色金屬管理局還舉辦了多期訓練班，采用講課和機臺師傅帶徒弟的辦法，培訓了4300多名學員。

1952年后，地質部舉辦了由蘇聯專家講課的鉆探訓練班。

1953年起先后設立了長春、武漢、北京、西安、昆明等8所中等專業地質學校。長春、武漢分別設立了鉆探和機械專業，昆明設立了坑探與鉆探專業。長春地質學校第一屆35名畢業生在1954年走上工作崗位[9]，他們在生產第一線起到了承上啟下的作用，成為工作中的骨干力量。

1954年，北京地質學院由李世忠等負責組建了探礦工程系，開始招收五年制的本科大學生和兩年制的研究生。1956年我國第一批探礦工程專業研究生畢業，1959年第一批探礦工程專業本科生畢業。成都地質學院1959年開始招收探礦工程本科生。后來，1974年河北地質學院成立了探礦工程系，1976年長春地質學院開始招收探礦工程專業本科生。

這些地質院校各層次的畢業生，逐年補充到全國各地質部門的生產管理和科研機構、高等和中等院校以及基層生產單位，他們為探礦事業做出了積極貢獻，促進了探礦工程技術的持續發展。

20世紀50-60年代，國家先后派往蘇聯莫斯科地質勘探學院、列寧格勒礦業學院、斯維爾德洛夫斯克礦業學院等院校學習探礦工程專業，莫斯科石油學院學習鉆井專業等批量留學生，畢業回國后獻身到了探礦事業。

1.3 發展科學研究和科技情報工作

我國探礦工程的科學研究是隨著20世紀50年代地質找礦勘探工作大發展和工藝技術中存在的難題需要而發展起來的。

1.3.1 科學研究工作

新中國成立初期，作為地質勘查重要技術方法的探礦工程雖然有所發展，但技術與裝備十分落后，為加強探礦工程科學技術研究工作，1957年，建立了地質部勘探技術研究所，在周口店籌建試驗站[9]。第一任所長由地質部探礦司任子翔副司長兼任，周恩來總理簽發了任命書。這是我國第一所從事地質鉆探、坑探和探礦機械裝備研究設計的研究所。當年在“全國十年科學規劃”中，探礦工程學科正式列入12年遠景規劃，從此開始了有明確探礦工程課題的科研工作。

與此同時，各大專院校也組建了探礦工程科研組織，逐漸形成本領域科研工作的一個方面軍。隨著探礦工程的發展，許多省地質局和一些野外隊，結合生產需要，也組建了各自的科研組織或開展了科研活動。到20世紀60年代中期，初步形成了不同類型、不同層次、各具特色、相互補充的科研體系，促進了探礦工程事業的成長和技術水平的不斷提高。

勘探技術研究所從成立到20世紀60年代，在鉆探工藝、器具、泥漿處理劑等方面取得的主要研究成果有：適應不同地層條件的各種硬質合金鉆頭、無巖心輕便刮刀鉆頭、打撈工具、隔水單動雙層巖心管(榮獲國家科委創造發明獎)、優質泥漿護孔；在研究巖石可鉆性鉆進機理的同時，研制了“擺球硬度儀”(榮獲國家科委創造發明獎)；各種鉆探取心方法和配套取心工具、第一套地質巖心鉆探用液動錘、全孔反循環取心試驗成功。1963-1965年，勘探技術研究所與冶金部601廠合作研究金剛石鉆頭制造工藝，并利用粉末冶金技術(冷壓浸漬法)研制了我國第一批天然金剛石表鑲鉆頭，在新疆、北京、湖北等地進行了生產試驗。60年代初，勘探技術研究所與牡丹江市紅旗化工廠合作研制新型泥漿處理劑——鐵鉻木素磺酸鹽，1968年投產。

這一時期，探礦工程在全國開展轟轟烈烈的技術革新和技術革命的“雙革”運動中，創造了不少的新技術、新方法、新產品。在鉆進操作上 “兩大(大壓力、大泵量)、兩快(快轉速、快升降)、一小(小口徑)、一好(高效率、高質量的鉆頭)”和“兩擴大(擴大硬質合金鉆進、擴大部分鉆孔無巖心鉆進)、一合理(清水、泥漿、套管合理使用)”的快速鉆進工藝，收到了立竿見影的效果。

當時，探礦工程是地質系統“四化”、“雙革” 的重點。鉆探主要操作雖然使用了機械，但是提引、給進、擰卸、安裝、供水、攪拌、搬運等方面主要的仍然是手工操作。為此，開展鉆探工程機械化半機械化、自動化半自動化的科研攻關活動。如四川永榮隊將擰管機、提引器、自動卡盤、泵量計、手把改油壓等配成套，實現了升降、給進工序機械化。黃沙坪、彬縣隊更進一步創造成功了用電鈕操作升降的全套裝置。此外，還有取心工具、泥漿攪拌機、水力噴射裝置、復雜地層護孔堵漏、預防鉆孔彎曲、孔底反循環、無泵鉆進、鉆粒連續投砂器、自動卡盤、自動平衡器、手輪給進、擰管機、移管機、塔內活動工作臺等累累碩果。

1960年，地質部和地質工會為了迅速、廣泛、深入地推廣在 “雙革”運動中的先進經驗，組織了“地質部探礦工程觀摩推先團”。推先團由內蒙古、貴州、河北、安徽、山西、湖南、浙江等七省(區)先進生產者組成，在浙江省地質局試點1個多月，取得了很大成績。

1.3.2 科技情報工作

1.3.2.1 創辦專業雜志

為了及時交流探礦工程的生產經驗和科研成果，1957年，創辦了《探礦工程》專業期刊?？蓵r任中國科學院院長郭沫若題寫。這是全國探礦工程行業創刊最早、國內唯一專門報道探礦工程技術的國家級專業技術刊物。

這一時期，《探礦工程》經歷了曲折。創刊不到4年，出刊了38期后，由于種種原因就停刊了。?？?，勘探技術研究所情報資料室于1962年主辦了內部刊物《探工零訊》，到1965年底出刊了34期。從1966年《探工零訊》第1期開始改名為《探礦工程》，但“文革”開始了，《探礦工程》勉強堅持到10月，出了9期就第二次?？?，直至1973年用《勘探技術》的刊名出版專輯，由新華書店發行。

雖然這一時期《探礦工程》斷斷續續?？瘡涂?，幾易主辦單位和更換刊名，但在傳播和交流新技術、新成果、新經驗等方面起到積極作用。

1.3.2.2 創建學術組織

1964年4月1日，中國地質學會探礦工程專業委員會在北京誕生，并于4月12日在北京科學會堂宣告成立。地質部副部長何長工等領導和冶金、煤炭、建工部的領導蒞臨指導，在京各系統的探礦工程界人士240余人參加了大會。會上選舉產生了由17位委員組成的首屆探礦工程專業委員會，主任委員為苗禾豐，副主任委員有鄭文才、楊春發、陶紹勤、劉廣志、李世忠。中國地質學會探礦工程專業委員會是中國第一個成立的探礦工程專業委員會，是中國地質學會最早的專業委員會之一。

1965年7月6-16日，在北京召開了第一屆全國探礦工程學術會議，369名代表出席了會議，論文315篇，出版了4冊論文集。

探礦工程專業委員會充分體現了跨部門、跨地區的優勢，發揮了橋梁和紐帶作用，團結廣大會員廣泛深入地開展學術交流活動，對促進探礦工程學科的進步與發展有著重要作用。

1.3.2.3 國際科技交流與合作

20世紀50年代，在國際交往中主要是與蘇聯往來，那時探礦科技工作基本仿效蘇聯模式，起到了借鑒和促進作用。

一方面是請進來。蘇聯派地質勘查專家組到地質部，深入到野外隊、研究所(勘探技術研究所)、學校(北京地質學院)等指導工作。有的以講課的方式傳播技術、培訓人員；有的寫文章，以書面形式刊登在《探礦工程》雜志上，如地質部蘇聯專家組組長А.Б.戈別爾柯在《探礦工程》1959年第4期上發表了題為《提高地質勘探工作效率的途徑》的文章，從機械巖心鉆探、山地掘進工作、科學研究工作3個方面，全面闡述了如何正確制定地質勘探設計以及具體實施的意見，很有實用價值[10]。蘇聯專家巴拉巴在彬縣隊召開的全國鉆探、機械會議上的發言刊登在《探礦工程》1959年第2期上[11]。在1957-1959年的《探礦工程》雜志上，有30多位蘇聯專家發表了文章，內容涉及鉆探工程的方方面面，極其豐富適用，起到了推動鉆探工程技術發展的作用。1956年9月，蘇聯地質保礦部副部長卡納布良采夫率團來訪，并檢查在中國蘇聯專家的工作。1957年2月，蘇聯地質保礦部部長安特羅波夫率團來訪，并簽訂《中華人民共和國地質部和蘇聯地質保礦部關于共同進行地質研究的議定書》。

另一方面是走出去。1953年1月，地質部副部長宋應率代表團赴蘇聯考察社會主義國家地質事業管理經驗。1955年，地質部副部長卓雄率團訪問蘇聯。1958年，以任子翔為首的考察團赴蘇聯學習考察金剛石鉆頭制造工藝。1959年，任子翔率團出訪全蘇勘探技術研究所。

1.4 在引進的基礎上研發國產鉆探裝備

新中國成立前沒有自己的鉆探工程裝備制造業，使用的鉆機均購自國外，新中國成立后才從蘇聯、瑞典和匈牙利引進一批鉆機，如蘇聯的КАМ(手把給進)、ЗИФ(液壓給進立軸式)、УКС(鋼絲繩沖擊水井鉆機)系列鉆機和瑞典的XH-60、B-3型(千米)鉆機等。[8]

鉆探設備經歷了20世紀50年代的引進、仿制，進入60年代，已開始自行設計制造液壓鉆機。

1953年4月，鐵道部張家口鐵路工廠劃歸地質部領導，改名為地質部張家口探礦機械廠，生產地質勘探用鉆機。它是地質部門的第一個探機工廠。當時沒有地質專用設備的科研設計部門，技術人員又很少，不能獨立設計產品，只能測繪、仿制蘇聯КА-2М-300型、КАМ-500型鉆機，200/40型泥漿泵和瑞典B-3型鉆機等設備。

1956-1965年，先后在北京、上海、天津、沈陽、衡陽、蘭州、武漢、無錫等地建立了14個地質機械儀器制造骨干工廠和按省(區)建立了23個地質探礦機械廠或修配廠，各地質大隊建立了修配間，在全國范圍內開始形成地質專用設備的制造和維修體系。

1958年，地質部機械司設計室自行設計了我國第一臺躍進600型半液壓式立軸鉆機，1965年定型為XU-600型，在全國范圍內廣泛應用，成為巖心鉆機的主力機型。

1960年，由地質部勘探技術研究設計院設計，北京探礦機械廠制造了XJ-100-1型(XY-1型)淺孔巖心鉆機(圖2)，1964年投產，在全國第一次新產品展覽會展出，獲國家科委一等獎。這是我國自行研制成功的第一臺巖心鉆機，又是輕型鉆機應用最廣、生命力最強的一種機型，在地質勘查工作中立了大功。1965年該院與上海探礦機械廠協作研制了XU-300型鉆機。

圖2 我國自行研制成功的第一臺巖心鉆機——XJ-100-1型鉆機Fig.2 XJ-100-1 type drill-the first core drill developedsuccessfully by Chinese engineers

從50年代至60年代，巖心鉆機由手把(手輪)式過渡到液壓式，水泵由雙缸單作用過渡到雙缸雙作用，鉆塔由木質向角鋼再向鋼管式發展。

同期還設計制造了水文水井鉆機(如1967年，SPJ-300型散裝轉盤鉆機)、工程地質鉆機(1966年，SH-30型)、砂礦鉆機(1962年，在人力班加鉆的基礎上研制的沖擊式黃鋪鉆；1965年，SZ-325型砂鉆)、坑道鉆機(1965年，KD-100型)、物探鉆機(1964年，WT-2型)等。這些裝備都發揮了應有的作用，是引進、消化、吸收、自行設計制造的豐碩成果。

這一時期，地質鉆探設備，從無到有，從小到大，從淺到深，品種與性能日趨完備。

為了加強對工廠的領導和管理，1964年經國家經委批準，成立了中國地質機械儀器工業公司，成為全國試辦12個托拉斯之一，同時還建立了自己的科研設計機構——地質機械儀器設計院，對地質機械儀器的科研和生產實行統一領導、統一規劃、統一管理，從而使生產和技術開發工作走向突飛猛進的發展道路。在產品生產上由過去的仿制發展到自主開發、自主設計、自行制造，為地質全行業服務。

1.5 初步建立管理體系，建章立制

為了加強鉆探生產管理，規范技術工作，提高人員素質，建國初期陸續制訂、頒發了一些規章制度，有力地促進了鉆探生產的發展和技術水平的提高。這些規章制度的建立，是實現科學管理的重要體現，管理也是生產力，為后續鉆探事業的發展提供了有力支撐。

1.5.1 操作規程

1953年頒發了鉆探操作規程[12]。

1955年，地質部頒發了新中國成立后第一部《鉆探技術操作規程》，與此同步，地質部探礦司印發了《鉆探工程手冊》，書內列舉了蘇聯、日本、美國、瑞典四國各型鉆機及配套設備的規格、性能等技術參數，還有各種野外鉆探生產常用表。

1958年10月，地質部根據“一五”期間的鉆探工程技術經驗，制訂、頒發了第二部《鉆探操作規程》。

1961年10月，地質部頒發了《鉆探技術操作安全規程》(試行草案)。

1963年，地質部根據建國14年的生產、技術經驗，制訂了符合國情的第三部《巖心鉆探規程》(簡稱《規程》)?！兑幊獭分忻鞔_規定：巖心鉆探是地質勘探工作的重要方法之一，以多快好省地取得地質成果為目的，必須按照地質設計要求進行施工?！兑幊獭愤€規定了鉆探工程質量的6項指標。

為了更好地貫徹執行《規程》，地質部探礦司于1964年頒印了《地質鉆探鉆頭圖譜》，列舉了34種鉆速高、壽命長、回次進尺多的鉆頭。同年，探礦司還印發了《鉆探技術手冊》第一冊，列舉了各型鉆探機械設備的性能參數，公布了17種鉆探用鉆具、工具、鉆頭、儀器的技術標準和18種鉆探工作常用表。這2本工具書配合《規程》執行，使鉆探工作在提高工程質量和規范設備使用等方面起到了積極的作用。

1.5.2 管理辦法

1954-1956年，先后頒發了《關于加強鉆探生產管理和技術管理的幾項規定》等管理制度。

為加強鉆探機場管理，地質部探礦司于1961年起草了《鉆探機場管理辦法》(初稿)，1962年調研修改，1963年正式頒發了《鉆探機場管理辦法》，對加強鉆探機場建設起到了重要作用。

1.5.3 定額

為適應地質勘探事業迅速發展的要求，1955年，以地質部為主會同重工業部、燃料工業部組成地質定額委員會，根據蘇聯經驗結合我國實際情況，制訂頒發了《地質部地質勘探工作暫行統一生產定額鉆探工程(機械巖心鉆探部分)定額》(簡稱《暫行定額》)?！稌盒卸~》中公布了一個機械巖心鉆探巖石分級表，供各地試用。

1958年3月，根據《暫行定額》頒發3年來技術水平的提高和生產管理的改進，地質部正式頒發了《中華人民共和國地質勘探工作統一生產定額，鉆探工程》(以下簡稱《生產定額》)，主要為機械巖心鉆探、沖擊回轉鉆探、砂鉆的鉆進定額和輔助工作定額等。這個《生產定額》中公布的巖石十二級分級表是我國第一個巖石可鉆性分級表。

1958年，地質部還頒發了《鉆探工程物資消耗定額》，內容包括機械巖心鉆探、沖擊回轉鉆探、砂鉆材料消耗定額以及低值、易耗品定額。

1.5.4 技術標準

1962年，由勘探技術研究設計院起草的16項中華人民共和國地質部勘探機械專業標準(DJ1～DJ16)，是地質鉆探行業第一批技術標準。

1.6 小結

建一座高樓打好基礎是關鍵。新中國探礦工程的創建起步階段就是打基礎階段，探礦工程隨著地質工作的發展而壯大成長。20世紀50年代以引進技術和裝備為主，60年代逐步轉入以自力更生為主。這期間，探礦工程建立了管理體系、各項管理制度、技術標準、操作規程，創建了不同層次的科研體系、教育體系、專業技術刊物、學術團體，形成了裝備設計、制造和維修體系等，初步形成了探礦工程技術學科，為探礦工程后續的持續健康發展奠定了堅實基礎。

總之，在我國探礦工程創建階段的10余年內，取得最主要的進展是建立了我國獨立的探礦工程體系，包括野外整套探礦工程施工方法和技術裝備，以及探礦工程科學研究機構與高等專業學科等。那個時段正是西方國家孤立我國，實施“全面封鎖”的時期，我國探礦工程體系的逐步建立，為我國獨立自主，自力更生，依靠自身技術力量，開發礦業資源，提供足量物質材料基礎，滿足社會主義建設急需，供給全國數億人民生活需要，以及滿足國防軍工對常規和特種材料的需求，是十分迫切、非常重要的。我國“兩彈一星”首次試驗成功正是在這個時期內完成的。鉆探工程作為獲取地下地質和礦產實物資料唯一的勘探方法，可對礦山開采設計提供真實可靠的關鍵數據，在那個我國“一窮二白”，同時外國封鎖的十分困難條件下，我國能夠逐步建立起獨立的探礦工程體系，促進“開發礦業”，保障物資材料基本自給，是對國家做出了重要貢獻的。

此階段我國建立起獨立探礦工程體系是與蘇聯的全面援助分不開的。那時期蘇聯派出許多探礦工程專家，幫助和指導我國建立探礦工程野外生產體制，提供技術和裝備，培訓人才，協助制定技術規程等；在大學協助建立探礦工程系，指導制定教學大綱和課程設置，培養師資等；協助創建探礦工程專業科研機構，指導制定科研規劃、研究方向、科研項目設置，等等。時至今日，相隔60余載，當我國地質鉆探技術已經達到世界先進水平之時，我國的探礦工作者不應忘記20世紀50年代蘇聯專家曾對我國的探礦工程事業給予過全面的、無私的、有效的幫助。

2 探礦工程技術穩步快速發展階段(20世紀70-80年代)

20世紀60年代后期-70年代，在探礦工程專業研究機構被迫疏散、研發工作難以正常進行的困難條件下，探礦工程人員仍盡力爭取條件堅守工作崗位，排除各種困難，做好本職工作，探礦工程取得了重要進展和系列成果。

1978年，黨的十一屆三中全會召開、改革開放政策全面實施，我國迎來了科學的春天。探礦工程行業亦面臨重大發展契機，從單一學習蘇聯等少數國家，向全面引進、吸收和借鑒西方發達國家鉆探技術轉變。小口徑金剛石鉆探技術從無到有、逐步成熟；繩索取心鉆進技術快速發展和完善。高溫地熱鉆井與成井技術、護壁堵漏技術等取得突破?？犹郊夹g進入了較快的發展階段[13]。

70年代后期，探礦工程研究機構、地勘單位、高等院校聯合開展技術攻關，為80年代地質鉆探技術的重大突破和廣泛應用奠定了基礎。80年代，繩索取心鉆進技術、定向鉆進技術、多工藝空氣鉆進技術、反循環鉆探技術、液動沖擊回轉鉆進技術、無巖心鉆探技術等得到推廣應用；復雜地層鉆進及沖洗液與護壁堵漏工藝不斷發展，新型超硬材料和地質巖心鉆探裝備水平逐步提高；探礦工程學科已具成形，鉆探工程技術標準體系初步確立；探礦工程服務領域不斷擴展，鉆探臺月效率等生產指標創歷史最好水平。至80年代后期，我國探礦工程技術發展形成了以繩索取心為主體的金剛石鉆探技術體系，以反循環為主體的多工藝空氣鉆探技術體系，以低密度為主體的護孔、堵漏、保礦技術體系以及以坑道機械化為主體的掘進技術體系，整體技術水平基本接近國外發達國家水平。全國開動的地質巖心鉆機數量和完成的鉆探工作量也達到歷史新高(見表2)。

表2 1971-1990年全國開動的地質巖心鉆機和完成的鉆探工作量Table 2 Geological core drilling rigs operated nationwide andthe drilling workload from 1971 to 1990

2.1 以繩索取心為主體的多工藝鉆探技術逐步完善

2.1.1 以金剛石鉆探為代表的新技術開始起步

小口徑金剛石鉆探配套技術的研究和成功應用，使其成為我國機械巖心鉆探的主要方法，帶動了鉆探全行業的發展，進而達到了國際先進水平。

1969年，冶金部和中國科學院物理所首先倡導并試驗研究人造金剛石鉆進；1970年4月，在河南舞陽召開的金剛石鉆進座談會上，總結了金剛石鉆進的經驗，會議提出了發展人造金剛石鉆頭要“立足于國內，立足于人造”、鉆探設備要“改、造并舉，逐步更新”等方針，同時對金剛石鉆進設備、儀器、管材、工具等的全面改革提出了具體的安排意見。1975年國家地質總局成立了小口徑鉆探領導小組，下設的小口徑辦公室不定期發布“小口徑鉆探簡報”。領導小組及時研究決定重大問題，各部門分工負責，實行以點帶面、點面結合，科技攻關先行，抓好技術推廣、技術培訓，推廣中實行經費補貼等措施。

這期間一批金剛石鉆探科研成果及裝備制造項目陸續完成，如1970年9月，根據(70)計地生字第105號文批準，我國在鄭州探礦機械廠建立了金剛石鉆頭加工車間；1971年，為適應金剛石鉆探的需要，勘探技術研究所與無錫探礦機械廠合作完成東風-71型千米金剛石鉆機(JU-1000型高速油壓鉆機)的試制。同期，勘探技術研究所與上海砂輪廠、北京鉆探工具廠合作先后研制成功了多種方法制造金剛石鉆頭，冷壓浸漬、熱壓、無壓浸漬、低溫電鍍等金剛石鉆頭制造方法先后研究成功(1974年熱壓法、1976年無壓浸漬法、1977年電鍍法先后通過技術鑒定)。

1974年，在河南省地質局第九地質隊(舞陽鐵礦)第一次進行了“小口徑金剛石鉆探配套試驗”，包括人造金剛石孕鑲鉆頭、高速金剛石鉆機、金剛石鉆探管材、鉆孔潤滑劑等；1974年11月，JXX-1型小口徑測斜儀通過鑒定；1975年，北京探礦機械廠、北京市地質局101隊、勘探技術研究所為適應小口徑高速金剛石鉆進需要，研制成功SNB-90型(變量)泥漿泵；1976年，勘探技術研究所、北京地質儀器廠研制的小口徑JXT-1型陀螺測斜儀通過技術鑒定；張家口探礦機械廠、勘探技術研究所試制成功了YL-89型液動螺桿鉆；1978年，探礦工藝研究所、上海地質儀器廠研制成功了KD-1型巖心鉆定向儀；1978年，勘探技術研究所與北京市地質局101隊合作，完成了“特種國防工程金剛石鉆探快速取樣”項目(即對地下核爆炸后立即快速取樣以檢測爆炸強度和效果)，該項目獲國防科委頒發的集體三等功、地質礦產部部長嘉獎令。

2.1.2 以繩索取心鉆進為主的小口徑金剛石鉆進技術成為地質巖心鉆探主體

1974年，勘探技術研究所聯合制造企業研制成功我國第一臺小口徑金剛石巖心鉆探的?56 mm繩索取心鉆具及附屬工具；1975年，北京市地質局101隊在密云進行了以繩索取心為主要內容的小口徑金剛石配套試驗。以人造金剛石鉆頭、油壓立軸鉆機、小口徑鉆探管材、繩索取心鉆具、小口徑陀螺測斜儀等集成的小口徑金剛石鉆探配套技術研究項目，于1976年1月8日在北京正式鑒定，于1978年獲全國科學大會獎。此后相繼研制成功了系列普通繩索取心鉆具及附屬工具，系列水平孔、仰孔用繩索取心鉆具及附屬工具，系列繩索取心沖擊回轉鉆具，系列重型繩索取心鉆具，水文水井用繩索取心鉆具。先后獲得了地礦部科技成果二等獎、國家經委技術開發獎等。

地質部門與核工業、有色、冶金等部門共同在全國積極組織金剛石鉆探配套技術的推廣應用，顯著地推動了我國鉆探工程的技術進步，取得了巨大的社會經濟效益。1985年，劉廣志、趙國隆等以“金剛石地質巖心鉆探配套技術的推廣應用”項目，代表地礦行業集體獲得國家科技進步一等獎。與當時落后的鋼粒-硬質合金混合鉆進方法相比，金剛石鉆進機械鉆速和臺月效率大幅提高，巖心采取質量得到保證，同時減少了孔斜，減輕了勞動強度，節省了大量管材，提高了我國礦產勘查效果，縮短了勘探周期，節約了找礦勘探投資，發現了更多、更大的礦產地，促進了工業的現代化，產生了巨大的經濟效益和社會效益，為我國至今成為世界上唯一制造業體系最完整的國家做出了重要貢獻，使我國探礦工程技術發生了根本性的變革，為新世紀趕超國際地質鉆探先進水平打下了堅實的基礎。據有關資料，1985年底全國已全面推廣以繩索取心為主體的金剛石鉆探技術。其中地質部門開動的金剛石鉆機622臺，已占同年固體礦產鉆機總數1053臺的59%。

2.1.3 液動沖擊回轉鉆進技術得到推廣應用

勘探技術研究所于20世紀50年代開始液動沖擊回轉鉆進的研究，進入70年代，長春地質學院、河北省地礦局、云南省地礦局、四川省地礦局等，先后開始不同系列液動沖擊器的研制。液動沖擊回轉鉆進技術是我國領先世界的先進地質鉆探技術之一，在20世紀80年代得到快速發展，先后研發了正作用、雙作用、復合作用、射流式、射吸式、液氣兩用式等多種結構原理的液動沖擊器和繩索取心液動沖擊回轉鉆具，以及巖土鉆掘重型液動沖擊器。1987年3月，地質礦產部探礦工程裝備工業公司專門下達了《關于全面推廣液動沖擊回轉鉆探技術的通知》，促進了沖擊回轉鉆進技術的推廣。地質鉆探裝備條件改善，沖洗液性能、質量和固相控制工作強化，有力支撐了該技術的推廣應用，取得了良好的技術經濟效果，成為有中國特色的先進鉆探技術[14]。先后獲得地礦部科技進步二等獎、三等獎等多個獎項。

2.1.4 受控定向鉆進技術研究應用成果斐然

受控定向鉆進是現代先進鉆探技術之一。1982年，地礦部將定向鉆探技術的研究列入“六五”重點技術攻關項目，由勘探技術研究所負責，無錫鉆探工具廠、安徽省地質局337地質隊、江西省地質局912地質隊參加的螺桿鉆隨鉆測量定向鉆探配套器具及施工工藝研究課題于1985年8月通過地礦部技術鑒定，成果達國內領先水平，1986年獲地礦部科技成果一等獎；探礦工藝研究所承擔的定向孔連續造斜器及其配套工具與施工工藝研究課題，1985年2月通過地礦部技術鑒定，1988年獲部科技成果一等獎[15-16]。

連續造斜器(主要有LZ-54、LZ-73、CK-54和CK-73等型號)、螺桿馬達(主要有YL-54、YL-65、YL-85和YL-100等型號)和隨鉆測斜儀器(常用儀器有BD-14、DD-1和GZ-18等)的研發成功，為當時解決陡斜礦體勘探、易斜地層鉆進技術難題和開展分支孔鉆進創造了前提條件。受控定向鉆進工藝在國內近千個鉆孔中應用，施工單底定向孔、多底定向孔、集束孔、對接孔和特殊工程孔，或糾正鉆孔彎曲、繞過事故鉆具，節省了大量鉆探進尺和費用。其中，螺桿鉆深孔定向鉆進技術先后在安徽冬瓜山銅礦床、安徽李樓鏡鐵礦床、青海錫鐵山礦區、江蘇迂里銀鉛鋅礦區、安徽銅陵黃-馬金礦床以及開灤礦務局東歡坨2號井、銅陵有色冬瓜山豎井應用，加快了勘探速度，實現了以往無法達到的地質和工程施工目的，取得了顯著的地質、技術和經濟效果。如1988年7月，安徽省地質局321地質隊首次在國內采用液動螺桿鉆受控定向鉆探技術，在一個主干孔中施工了6個分布在3條相鄰的勘探線上的分支孔，最大造斜孔深622 m，鉆孔靶點深度>800 m，全部達到中靶精度，各孔偏離靶點為1.37～7.17 m。共完成工作量3063.19 m，比從地表施工節約工作量48%，節省費用33%，節省時間43%，地質效果十分顯著[15-16]。

2.2 以反循環為主體的多工藝空氣鉆探技術體系獲推廣應用

多工藝空氣鉆進是一項涉及面廣、技術含量較高、應用領域寬廣的現代鉆探技術。1986-1990年(“七五”計劃時期)，地礦部將多工藝空氣鉆進技術開發研究列為科技攻關項目，勘探技術研究所、探礦工藝研究所、水文地質工程地質技術方法研究所、成都水文地質工程地質中心、中國地質大學(武漢)、長春地質學院、成都地質學院等多家單位在充分吸收70年代成果、引進消化國外先進技術的基礎上，共同完成了項目所屬的7個課題和24個專題，成果包括空氣潛孔錘鉆進技術、空氣反循環中心取樣鉆進技術(圖3)、氣舉反循環鉆進技術、泡沫鉆進和氣液混合鉆進技術、空氣鉆進用設備與配套器具等。該成果提高了地質鉆探行業整體技術水平，有利于利用優勢鉆探技術擴大服務領域，經濟社會效益巨大。上述成果先后獲部一等獎2項，省、部二等獎10項，三、四等獎8項，國家發明獎1項，國家專利6項，國家教委科技進步獎2項[17]。

圖3 空氣反循環連續取樣鉆進Fig.3 Continuous sample drilling with aerial reverse-circulation

“七五”時期，氣舉反循環連續取樣(心)水文水井鉆進技術同時被列為地礦部重點攻關項目，主要技術成果有氣舉反循環鉆進用雙壁鉆桿、鉆頭、鉆探設備及附屬設備、基礎理論和施工工藝等。采用這項技術達到的最大孔深1117.36 m，施工的最大孔徑3.2 m。這項技術鉆進效率高、實現連續取心和取樣、判層及時準確、成井質量高、成本低等。1993年獲部科技成果一等獎[17]。

2.3 以低密度為主體的護孔、堵漏、保礦技術體系形成

1978年，地礦部探礦司牽頭，組織上海洋涇水泥廠、同濟大學、中南礦冶學院、成都地質學院、勘探技術研究所、上海地質處聯合研究成功硫鋁酸鹽地質勘探專用水泥，并在封孔、止水、處理孔內坍塌、掉塊、涌水、漏水等不穩定地層鉆進中廣泛應用。1982年獲國家發明三等獎。還發展了惰性材料、堵漏丸、堵漏片、高失水堵漏劑、單向壓力暫堵劑等多種堵漏材料和方法。

1980年低固相泥漿列為地礦部十大技術之一，1983年復雜巖層護孔與堵漏技術列為地礦部重點攻關項目。80年代，探礦工程研究所等單位開發了多種優質沖洗液和護孔堵漏技術，形成了低固相、無固相、低密度(空氣泡沫、泡沫泥漿)等多種類型沖洗液，可適應多種鉆進工藝的需要；研究了保護礦層、生產層、礦心的特殊鉆井液，適應各種復雜地層的需要；發展了沖洗液流變學、壓力平衡鉆進、井眼穩定漏失層分類等理論，促進了探礦生產和新工藝的發展，基本達到國際先進水平。

還研制了符合AIP標準的泥漿儀器、多種泥漿凈化設施及廢漿處理設備，并在全國推廣應用。

2.4 以坑道機械化為主體的新奧法掘進技術體系得到推廣應用

20世紀70年代，作為探礦工程重要組成的坑探技術得到了較大的發展。首先研制出了一批小型輕便以內燃和電為動力的坑探設備(如鑿巖機、裝巖機、潛水泵等)，形成了淺井和短淺坑道兩條機械化作業線。其中QT-100型淺井提升機獲國家發明獎。70年代末研制定型的“三車一機”，即雙臂風動鑿巖臺車、電動梭式礦車、內燃牽引機車和電動裝巖機組成的中深坑道機械化作業線，在全國20多個省區進行了推廣應用。這項綜合配套技術裝備獲得了地礦部科技成果一等獎?？觾葍热紮C尾氣凈化裝置和多種催化劑達國內領先水平[18]。

80年代，我國先后引進、開發和應用了一批坑探新技術。其中，引進先進掘進工藝——新奧法，使掘進效率、工程質量上了一個大臺階，造價下降。新奧法應用研究及推廣項目先后獲地礦部科技進步一等獎(1994年)和國家科技進步三等獎(1995年)。另外，還研制成功了大斷面隧道掘進全液壓雙臂鑿巖臺車，承建了大斷面巷道的施工工程[18]。

2.5 水文水井鉆探、高溫地熱鉆井技術體系初步形成

1977年，北京市地質局水文隊試驗成功液態二氧化碳(CO2)洗井，為提高水井、地熱井成井質量提供了一種新方法，該技術1988年獲國家發明三等獎。1986年，山東探礦機械廠研制成功LQ系列橋式濾水管，提高了成井質量，延長了水井壽命。多工藝空氣鉆進技術、氣舉反循環鉆進技術、空氣潛孔錘鉆進技術的應用，提高了水文水井鉆進速度和成井質量，解決了干旱缺水、深井、基巖、卵礫石鉆探的難題，使我國水文水井鉆探技術有了大幅度提高，接近國際水平。

1977年，勘探技術研究所(周口店試驗站)開展了西藏羊八井高溫地熱鉆井與成井技術的研究與應用，包括地層壓力和壓力梯度規律、平衡壓力鉆進技術、高溫地熱泥漿配方和工藝、水泥在高溫下強度蛻化和預防等，取得了10多項重大科研成果，成功地解決了井噴、井漏和固井、成井技術難題。于1983年通過技術鑒定，1984年獲部科技成果一等獎。圖4為羊八井高溫地熱鉆井現場。

圖4 西藏羊八井高溫地熱鉆井(ZK4001井)現場Fig.4 Site of high temperature geothermal drilling (ZK4001 Well)in Yangba Well, Tibet

2.6 地質鉆探裝備水平不斷提高

鉆進技術工藝的發展和應用領域的拓展，推動了機械和儀器的發展，各種新型鉆探設備、工具和儀器應運而生。鉆探工程設備，不僅數量有了巨大的發展，而且技術更新速度也較快。

1970年，天津探礦機械廠、勘探技術研究所設計制造了爭光-10型取樣鉆機，之后又研制了QJD-50型、QJD-2型取樣鉆機。

勘探技術研究所和地礦部屬各探礦機械廠聯合，研制了滿足小口徑金剛石鉆探需要的鉆孔深度100～2000m XY系列金剛石高速油壓立軸式鉆機,滿足多工藝方法鉆進需要的CD-3和 FD-300型鉆機。20世紀80年代，我國僅地礦部系統就有各種巖心鉆機5800余臺，常用鉆機已更新了3次。我國設計制造的巖心鉆機、水文地質水井鉆機、取樣鉆機、工程地質鉆機、地震爆破孔鉆機、砂礦鉆機、大口徑工程施工鉆機、坑道鉆機等已形成或基本形成系列。鉆機不僅向大動力強力鉆進發展，而且趨向多類型、多規格、多樣的裝載運輸，以及向多功能化方向發展[13]。

管型鉆塔逐步形成系列，包括直孔用和斜孔用，代替了角鋼鉆塔。泥漿泵、砂石泵、射流泵系列產品性能居國內領先水平。研制了高強度地質管材。

80年代，全國地質系統共有地質機械儀器制造廠和修配廠50余家。從業人員超過3萬人，其中工程技術人員2000余人。1983年地質裝備工業總產值達到1.59億元，比“文革”前的1966年增長94.4%[13]。

2.7 地質勘查宏觀協調和行業管理得到加強

1974年5月，冶金部、一機部、燃化部和國家計委地質局在湖南錫礦山召開了坑道用人造金剛石鉆頭、鉆機鑒定會和人造金剛石鉆進技術經驗交流會議，檢閱了各系統人造金剛石鉆探技術取得的成績，展現了立足于國內發展人造金剛石鉆探技術的強大生命力。同年7月，地質部門在河南許昌召開了小口徑鉆進工作會議，會議確定了金剛石鉆探的發展規劃，提出了“兩年打基礎，三年大發展，十年基本實現小口徑化”的目標。

1975年3月，在河南許昌首次舉辦了鉆探新科技短訓班，學習效果和作用突出；1977年3月，在廣西桂林召開了小口徑鉆探經驗交流會，有7個工業地勘部門及國家地質總局各省(市、區)地質局、工廠、院校、科研單位代表共計567人參加了會議。會議總結交流了幾年來取得的成績和經驗，探討了發展規劃和實施措施，有力促進了實現巖心鉆探小口徑化的進程。

20世紀70年代，國家地質總局等主管部門組織協調全國鉆探科研、設備制造、野外勘探單位的技術人員，相繼編制、頒布了一批重要技術標準：1977年12月19日，國家地質總局首次頒發《金剛石巖心鉆探規程》，之后陸續于1978年9月印發了《地質隊探礦工程管理辦法(試行)》，1978年12月印發了《地質隊各級探礦技術人員職責權限(試行)》，1979年2月印發了《金剛石繩索取心鉆進操作規程》、《金剛石鉆進設備及鉆具配套表》、《地質巖心鉆探金剛石鉆頭、擴孔器標準》，1979年3月頒發了《小口徑鉆探管材螺紋(試行)標準》等。

1982年，地礦部頒布了《巖心鉆探規程》(非標準形式發布)，《金剛石巖心鉆探用無縫鋼管》(國家標準)；1987年全國地質礦產標準化技術委員會探礦工程分技委成立，組織了一批鉆探技術標準的制訂工作，1988年頒布了國家標準《水文水井鉆探管材系列》、《鉆探工程名詞術語》；90年代陸續頒布了《水文地質鉆探規程》、《工程地質鉆探規程》、《液動沖擊回轉鉆探技術規程》、《定向鉆進技術規范》、《金剛石巖心鉆探鉆具設備》、《金剛石繩索取心鉆探鉆具設備》、《地質勘查坑探規程》、《鉆孔灌注樁施工規程》等。

1991年，由劉廣志院士主編的《金剛石鉆探手冊》出版。這是新中國成立以來首部全面論述金剛石鉆探科學技術的權威性科技專著。1996年榮獲國家圖書獎，1997年獲地礦部科技成果一等獎。

2.8 科研能力及國際交流得以加強

為進一步加強我國探礦工程研發能力，1978年以西南地質研究所七室(勘探工藝室)為基礎在成都建立了探礦工藝研究所，在河北省三河市燕郊鎮成立了地礦部經濟研究中心，下設有探礦設備儀器研究室。1981年勘探技術研究所在河北廊坊新建了科研基地。1985年1月，勘探技術研究所周口店試驗站轉成為獨立的科研實體，10月批準更名為地礦部探礦工程研究所。

1985年11月5-16日，由地質礦產部和亞太經社理事會(ESCAP)共同組織，地礦部探礦工程裝備工業公司和亞太地區礦產資源開發中心(RMRDC)共同主辦的聯合國亞太經社理事會鉆探、取樣、測井研討會在江蘇省無錫市湖濱飯店召開(圖5)。參加會議的亞太地區代表有來自孟加拉、斐濟、印度、印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓、西薩摩亞、斯里蘭卡、尼泊爾、泰國、越南和韓國的代表17人；來自美國、加拿大、澳大利亞和瑞典的國際鉆探專家4人；主持會議的ESCAP和RMRDC的官員2人；國內各行業代表119人。這是新中國成立以來首次在我國舉行的國際性鉆探學術會議，以介紹和參觀中國鉆探成就為主。會議印刷了中英文論文集，全面展示了我國鉆探技術的水平與實力，擴大了國際影響力，為中國鉆探技術走向國際做了良好的前期鋪墊。

圖5 聯合國亞太經社理事會鉆探、取樣、測井研討會Fig.5 UNESCAP drilling, sampling, logging workshop

2.9 小結

綜上所述，在此階段內所建立的以小口徑金剛石鉆探為代表的技術體系，使我國地質鉆探工程取得重大的科技進步，是我國地質巖心鉆探技術“質”的飛躍。其中，小口徑金剛石鉆探配套技術體系，使我國廣泛實施的地質巖心鉆探在鉆探效率、鉆進質量等方面有十分顯著的提高，并大為改善勞動強度。這就進一步地加速了我國礦產勘查的步伐，從而滿足改革開放后經濟建設迅猛發展的需要。《金剛石鉆探手冊》的出版，是對我國金剛石鉆進體系進行的理論總結，并進一步推動金剛石鉆探技術廣泛應用。由我國主辦的“聯合國亞太經社理事會鉆探、取樣、測井研討會”則向世界展示：中國地質鉆探技術已接近國際先進水平。

在此階段建立的金剛石鉆探為代表的鉆探技術體系，還為我國進入21世紀后，固體礦產向深部鉆探、地熱開發、油氣勘查，以及成功的實施深部科學鉆探提供了技術和人才儲備，打下了良好的基礎。

3 探礦工程擴大服務領域階段(大致為20世紀最后15年)

20世紀70年代以來，國撥地勘經費不足與地質勘查隊伍生產能力過剩的矛盾日漸突出。1979年，部分省地質局自發地開展了擴大服務領域的工作，是地質隊伍走向社會的開始[13]。為推動探礦工程擴大服務領域工作，自1983年開始，地礦部先后多次召開會議。1985年3月，地礦部首次提出了“一業為主，多種經營”的方針。7月在四川峨嵋召開的探礦工程擴大服務領域經驗交流會上，總結了廣東等省地礦局取得的成績，看到了擴大服務領域的大好形勢。根據這次會議的提議，1986年9月在北京召開了探礦工程工作會議，提出了“七五”探礦工程的工作方向，要認真執行這一年頒發的《地質礦產部加強探礦工程工作的若干規定》，進一步擴大服務領域。

“七五”以來，探礦工程計劃內工作量驟減，探礦工程隊伍充分發揮人才、裝備、技術、科研四大優勢，不斷擴大服務領域，努力開拓工程勘察與施工市場。

3.1 貫徹地礦部“一業為主，多種經營”的方針，取得顯著經濟效益

自1983年開始，工程施工鉆探邊探索，邊實踐[19]。廣東地礦局針對基礎施工中大部分采用施工效率比較低的沖孔樁的情況，率先將鉆探工藝用于施工鉆孔樁，提高了施工效率，并發明了軌道式多功能基礎鉆井平臺，實現了鉆孔、下籠、混凝土灌注一條龍作業[20]。1985年收入突破了2000萬元，在全國帶了個好頭。浙江地礦局創造性地改造小型鉆探船，山東、江蘇等省地礦局研制小型鉆探平臺，解決河流及近海水域的鉆探施工問題。

1984年，江西省地礦局派人到廣州學習調研鉆孔灌注樁施工技術，并開始研究、開發、推廣泵吸反循環技術。1985年成立江西省地質工程總公司，從最初的幾十名職工在幾年時間內達到了3200余人，21個工程處(公司)，遍及全國17個省市。1985-1997年間完成產值12.2億元[21]。

1985年成立的武漢地質勘察基礎工程總公司，在全國建立了10個分公司，施工范圍輻射全國各地。于1995年開始在武漢進行鉆孔灌注樁后壓漿技術的研究和試驗，并在全國推廣應用。

1986年頒發的《地質礦產部加強探礦工程工作的若干規定》在各個省局逐步得到落實，對探礦工程計劃外的市場工程進行了有效管理。為適應工程勘察施工業務蓬勃發展的管理需要，與建設部對口聯系，地礦部于1994年成立了工程勘察施工管理辦公室，加強對地礦部三大支柱產業之一的工程勘察施工業(即原探礦工程行業)的管理和服務，取得了斐然的成績，為地礦經濟的發展做出了積極的貢獻[22-23]。工程勘察施工管理辦公室和勘探技術研究所主辦了《工程勘察與施工信息》內部發行刊物，及時報道了國家、部委的有關工程勘察、工程施工等方面的法規、新技術、新方法、新設備、新經驗等。至1997年底，地礦部有工程勘察單位256個，施工企業289個(其中一級總承包1個，二級總承包19個，地基與基礎施工249個)，從業人員超過8萬人。成立了中地工程集團，20多個省局組建了集團公司或總承包公司。

與此同時，中地公司及多個省局總公司不失時機地開辟國外市場，先后進入非洲、西亞、東南亞、南美洲等幾十個國家的工程市場，以施工水井為主，同時涉及農田整治、市政工程、水利工程等多個領域，此外還帶動了技術服務和對外經貿的發展。

探礦工程(或稱工程勘察施工，或稱巖土鉆掘工程)服務領域廣泛，主要包括工程勘察、鉆孔灌注樁(墻)基礎、基坑支護、地基加固、地質災害治理、環境治理、非開挖管線鋪設、水文水井、隧道與爆破，等等(如表3所示)[8]。

綜觀整個過程，地礦部的工程勘察施工業在拓寬服務領域、開拓地質市場中，經歷了起步創業階段(1979-1984年)，發展壯大階段(1985-1992年)，蓬勃發展階段(1993-1997年)，如圖6、圖7所示(注：圖中1981-1994年市場收入為整個地質市場收入，其中工程勘察與施工業占90%左右[23]；1995-1997年市場收入為工程勘察與施工業的收入)。在1984年之前的起步創業階段，工程勘察施工業每年的市場收入僅有幾千萬元，占地礦部貨幣工作總量的5%以下，與預算內探礦工程工作量相比數量也不大。自1985年起進入發展壯大階段，市場收入猛增到2億元以上，占地礦部貨幣工作量的10%以上，到了1987年市場收入與預算內貨幣工作量基本持平，并持續穩步增長。1993年后，進入蓬勃發展階段，市場收入迅速增長至30多億元，占整個地礦部貨幣工作量的30%以上，并保持持續增長勢頭，而計劃內探礦工程貨幣工作量持續下滑。到1997年，市場收入超過了46億元。1998年地質礦產部撤銷，成立國土資源部，各地的地勘隊伍相繼屬地化管理。

表3 工程勘察施工業服務領域Table 3 Service field of engineering investigation and construction

圖6地礦部探礦工程市場收入與預算內貨幣工作量對比
Fig.6Comparison of the market revenue and the budgetary monetary workload of exploration engineeringin the Ministry of Geology and Minerals

圖7 探礦工程市場收入與預算內貨幣工作量在地礦部貨幣工作量中所占比例Fig.7 The proportion of market revenue and budgetary monetary workload in the Ministry of Geology and Minerals

3.2 工程勘察鉆探發揮不可或缺的作用

工程勘察鉆探投資少，經濟效益高，在開拓地質市場的初期，大量的施工隊伍進入到工程勘察領域。據1997年的統計，地礦部系統擁有工程勘察單位250多個，其中甲級資質的40多個。施工范圍遍布城市建筑、交通、橋梁、水電等領域。僅這一年就完成產值9.2億元，雖然與基礎工程施工相比產值不大，但因其投資少、經濟效益高、市場工作量大，在地勘單位拓寬服務領域中發揮了重要的作用。

大量的施工隊伍在工程勘察施工中缺乏合適的鉆探設備和取樣工具[24]。為此，無錫探礦機械廠與勘探技術研究所從20世紀80年代初開始研制工程勘察鉆機，相繼研制成功了G1、G2、G3等G系列工程鉆機，進入90年代，北京探礦機械廠、重慶探礦機械廠、長沙探礦機械廠等很多廠家又相繼研制成功了多個系列的工程勘察鉆機。

3.3 工程施工鉆探技術與設備快速發展

3.3.1 鉆孔灌注樁施工技術

在工程勘察施工業中，鉆孔灌注樁施工的工程量和市場收入占絕對優勢。從事地質鉆探的隊伍，要想在鉆孔灌注樁市場中立足，必須有過硬的技術與裝備。在這一時期施工中不斷研究創新，取得了一系列技術成果。

泵吸反循環鉆孔灌注樁施工技術能提高排渣能力和鉆效。江西地礦局從1984年開始研究、開發、推廣該技術，用于在軟土、砂土、軟基巖、硬巖地層鉆進，解決了松散層、卵礫石、漂礫、孤石、巖溶地層的鉆進難題，提高了鉆速和成孔質量。先后施工了大量國家及省市重點工程。施工最大樁徑2.5 m。獲得了地礦部科技成果二等獎。隨后在全國推廣應用，應用的鉆孔深度越來越深，1997年在武漢白沙洲大橋孔深首次突破百米，達到102 m[25]；2003年，在溫州世貿中心大廈工程中，鉆孔深度達到了120 m[26]。

采用樁底后壓漿技術提高樁基承載力，在20世紀80年代就有應用，90年代很多地區進行了試驗。武漢地質勘察基礎工程總公司1995年開始在武漢地區進行鉆孔灌注樁后壓漿技術的研究和試驗，用于持力層為卵石層或中粗砂層等滲透性較強的地層，并在應用中不斷改進和完善施工工藝，幾年間在十幾個項目中應用，單樁承載力提高50%以上，榮獲湖北省科技進步二等獎。1998年將此項技術引入上海，在外灘試驗中樁基承載力提高85%左右[27]，之后在上海得到了廣泛應用。江西、寧夏、安徽、浙江等全國大部分地區的施工單位也都相繼在很多地區推廣應用，并對后壓漿技術的機理、設計、工藝參數控制等進行了試驗研究。

為了解決大直徑鉆孔灌注樁的嵌巖施工難題，1993年開始，勘探技術研究所、探礦工程研究所等單位以石油鉆井用的牙輪鉆頭作為切削單元，研發了大直徑組合式牙輪鉆頭，廣泛應用于各種軟硬基巖、砂卵石等地層，最大鉆頭直徑達到了2.8 m。在微-強風化花崗巖中鉆進效率達0.1～1.0 m/h。至1997年的幾年間，僅勘探技術研究所就生產銷售2000余只，累計鉆進基巖幾十萬米[28]，2002年獲得國土資源部科學技術二等獎?？碧郊夹g研究所還于1991年研制成功了經濟型滾刀鉆頭，在微-強風化花崗巖中鉆效達0.1～0.4 m/h。之后又相繼研發了鑲齒滾刀及滾刀鉆頭，有效彌補了組合牙輪鉆頭硬巖鉆進壽命短、效率低的缺陷。

地礦部系統各探礦機械廠從20世紀80年代初開始研制開發樁基施工鉆機，進入90年代后，隨著大量地勘隊伍進入樁基施工市場，也加大了鉆機的研發規模和速度，研發出了多種結構型式的系列大直徑樁孔鉆機[21]。GPS系列轉盤式工程鉆機，可正、反循環鉆進，施工孔徑0.5～3.0 m，最大孔深可達100 m， 1985年上海探礦機械廠、勘探技術研究所、中國地質大學(武漢)聯合研制的GPS-15型是國內樁基施工中使用最多的一種鉆機。1986年勘探技術研究所和張家口探礦機械廠聯合研制的GJD-1500型工程鉆機，是國內第一臺機械動力頭式工程鉆機，具有回轉、沖擊、回轉沖擊功能，能進行正、反循環鉆進，鉆進深度80 m，最大孔徑2.0 m，1992年獲得地礦部科技進步一等獎。西北探礦機械廠生產的GQ系列短門架導向液壓給進機械動力頭回轉式多功能輕型工程施工鉆機，最大特點是與XY-4型巖心鉆機通用化程度高。中國地質大學(北京)和張家口探礦機械廠共同研制的GCF-1500型、山東探礦機械廠研制的CJF-20型等沖擊反循環工程鉆機，可提高卵礫石、硬巖的鉆進效率，后逐漸形成系列產品。1990年勘探技術研究所開發的XP-500型轉盤，可將立軸式巖心鉆機改型為工程施工鉆機，解決地質隊伍缺少資金購置樁基施工專用設備又有大量閑置巖心鉆機的現狀，之后又改進成LZ-500型轉盤。

20世紀80年代開始，國外樁基施工中已廣泛應用無循環旋挖鉆進工藝。該工法可以減少環境污染，提高施工效率，是發展的趨勢。1984年天津探礦機械廠首次從國外引進旋挖鉆機并進行消化吸收，1996、1998年黃海機械廠(原西北探礦機械廠)、上海金泰公司(原上海探礦機械廠)先后開始與國外廠商合資生產，并分別于2002、2005年開始自行生產旋挖鉆機[29]?？碧郊夹g研究所、探礦工程研究所等單位于1998年開始進行與旋挖鉆機配套的施工工藝及器具的研究，研發的旋挖鉆頭、鉆斗、筒鉆等系列產品，與國內外絕大多數型號的旋挖鉆機配套使用，并制定了一套科學的旋挖鉆進工藝，在青藏鐵路、國家體育場、國家大劇院、京津城際鐵路、京滬高速鐵路等國家重點工程中發揮了重大作用，尤其是解決了青藏鐵路多年凍土層的施工難題(圖8)。2005年獲得了國土資源部科技成果二等獎。

圖8 青藏鐵路施工現場Fig.8 Qinghai-Tibet railway construction site

除了常規的灌注樁施工技術及機具外，在提高鉆進效率、保證成孔質量、異型樁施工等方面，也取得了一系列的成果。長春科技大學、上海探礦機械廠、勘探技術研究所等單位研制了大直徑潛孔錘，比牙輪鉆頭鉆進效率提高10倍；探礦工藝研究所研發的潛孔錘跟管鉆進技術，在卵石層鉆進比常規回轉鉆進提高鉆效5～20倍；勘探技術研究所、探礦工程研究所研制了多種類型的擴底鉆頭，施工的擴底樁可大幅度提高樁端承載力，節約工程造價；黑龍江省樁基礎公司試驗成功的鉆孔壓漿成樁法，最高可提高樁側和樁端阻力系數2.4倍；湖南省地質建筑基礎工程公司研究完成的鉆埋預應力空心樁施工技術，施工了直徑4.4 m、深47.5 m的超大直徑樁，使樁基質量在地面得以控制[30]。勘探技術研究所、廣東省地質建設工程集團、山東省探礦機械廠等單位聯合研發的全套管施工設備及工藝，既可以獨立完成全套管護壁成孔施工，同時又是城市拔樁施工的首選設備，還可與旋挖鉆機配套使用。

3.3.2 基坑支護與地基處理設備

為了滿足基坑支護以及邊坡錨固中錨桿(索)施工的需求，勘探技術研究所、長春科技大學、無錫探礦機械廠、重慶探礦機械廠、西安探礦機械廠、山東探礦機械廠、無錫市雙帆鉆鑿設備有限公司等單位研制了大量的錨桿鉆機，包括MGJ-30、MD-50、GZ-150、QDG-1、QDG-2-1型等，獲得了地礦部科技成果二、三等獎等多個科技獎項。廣泛應用于邊坡災害治理，深基坑及地下工程支擋，以及路基、壩基加固等領域。

高壓噴射注漿和深層噴射攪拌是應用較多的兩種軟弱地基加固技術，地礦部從20世紀80年代開始設備器具的研發和推廣應用。1988年上海探礦機械廠研制了GPP-5型深層粉體噴射攪拌鉆機；1993北京探礦機械廠研制了GD-2型旋噴注漿鉆機；1995-1999年勘探技術研究所、西安探礦機械廠、衡陽探礦機械廠等研制了系列高壓噴射注漿泵及高壓噴射注漿鉆具。上述產品廣泛應用于建筑物軟弱地基加固補強、舊建筑物不均勻沉降糾斜、地下構筑物工程防滲帷幕等領域。

3.3.3 非開挖管線鋪設技術與設備

1993年，勘探技術研究所率先研究導向鉆進非開挖施工工藝，用小型水井鉆機進行工藝試驗，1994年在河北省廊坊市利用改造的鉆機，完成一個直徑108～219 mm的燃氣管線的鋪設工程，開創了利用國產設備進行城市非開挖管線鋪設的先河[31]。中國地質礦產報、科技日報、廊坊日報、廊坊電視臺等媒體爭相報道，認為該項技術將使我國的馬路“拉鏈”一去不復返。隨后于1995年研制出國內第一臺導向鉆進非開挖鋪管鉆機——GBS-10型鉆機(圖9)，最大回拉力100 kN；在研制導向鋪管鉆機的同時，還研制了氣動夯管錘。非開挖鋪管設備廣泛應用于全國各地的管線鋪設，中央電視臺也對此技術進行了報道。導向鉆進非開挖鋪管技術1994-1998年期間獲得地礦部科技成果二等獎等多個獎項，1996年被列入國家科委“九五”科技成果重點推廣計劃。

河北省地勘局于1994年研制成功了GT-1型非開挖導向孔探測儀，填補了國內空白，與勘探技術研究所研究的導向鉆進非開挖鋪管技術配套應用。該儀器獲得了地礦部科技成果二等獎。

圖9 GBS-10型非開挖鋪管鉆機Fig.9 GBS-10 trenchless pipeline installation rig

自1994年國內首條城市非開挖管線鋪設完成之后，導向鉆進非開挖鋪管技術迅速推廣。1998年成立了中國非開挖技術協會。到2000年，全國從事非開挖設備研制與生產的單位達到20余家，從事非開挖鋪管施工的單位約40家，擁有鋪管鉆機100臺左右[32]。之后逐步形成了勘探技術研究所的GBS系列、深圳鉆通工程機械有限公司的ZT系列、北京土行孫非開挖技術有限公司的DDW系列等多個系列產品，最大回拉力從幾十千牛到幾千千牛。先后完成了北京首都機場信號電纜穿越飛機跑道、廣州電力電纜穿越鐵路、長春熱力管道穿越公路、天津穿越海河等工程。

非開挖管線鋪設技術的研究成功，為地勘行業擴大服務領域提供了一個新的方向，形成了一門新的產業。是由明挖轉為暗挖的管線施工技術的一次革命。

3.3.4 其他特殊工程

繼“七五”期間地礦部將多工藝空氣鉆進技術開發研究列為科技攻關項目后，進入90年代，在地礦部門以及國家科委的重視與支持下，多工藝空氣鉆進技術繼續加大推廣應用力度，不但大幅度提高了水文水井鉆進速度和成井質量，給施工企業帶來了巨大的經濟效益，同時在全國各地的干旱缺水地區打成了許多豐產水井，解決了當地民眾的用水問題，具有顯著的社會效益[33]。

1997年初，長春科技大學完成了“引松入長”爆破孔施工。克服了低溫嚴寒、地層復雜等難題，完成了1000余個水下爆破孔的施工，使得隨后進行的國內規模最大的松花江水下大爆破成功完成，在社會上引起了強烈的反響，人民日報、吉林日報、吉林電視臺、長春電視臺均作了報道。

上海市自1966年開始采用小口徑鉆探技術施工地面沉降監測標(基巖標和分層標)，為了增加標桿的穩定性，施工口徑不斷增大，90年代施工的一個大口徑基巖標(?219 mm保護管，管外灌注?1000 mm混凝土)，已可作為上海市區水準測量的基準點[34]。

3.4 在地質災害防治工程中初顯神威

20世紀90年代，具有影響力的地質災害防治工程當屬長江三峽鏈子崖危巖體錨固治理工程。1992年，國務院批準了鏈子崖防治工程可行性研究報告，并批示由地礦部負責組織實施。1995年，治理工程正式開工，危巖體體積為26.5萬m3，地勢陡峻，江面到頂高差120 m。1997年治理工程結束。

其中“五萬方”危巖體的治理是工程的重點，由探礦工藝研究所和四川909勘察施工公司承擔。采用碗扣式腳手架解決絕壁(平均傾角85°)施工問題，并創造了碗扣式排架在重載下的搭設高度和提升能力的最高紀錄；采用氣動潛孔錘沖擊鉆進工藝、扶正器和滿眼鉆具防止鉆孔傾斜和順利穿過大縫、鉆孔電視和孔內聲波測試判定裂縫位置和形態、破碎帶以速凝水泥砂漿固結為主等措施，完成了危巖體1000、2000、3000 kN級預應力錨索183根，保證了三峽航道的安全通行[21]。

此外，四川省地礦局開展了大量的地質災害勘察和整治技術研究工作，形成了四川地區滑坡、泥石流、崩塌災害的一套整治技術，包括：以變形體系論點指導滑坡治理工程設計與施工；采用鉆孔注漿技術治理滑坡、泥石流；抗滑樁治理滑坡技術；柔性排水溝構筑技術；錨固治理危巖、邊坡崩塌災害技術；控制爆破危巖處理技術等。

3.5 坑探工程技術進步，服務領域拓寬

繼1985年浙江省地礦局施工了西湖引水隧洞工程之后，1991年，遼寧、河北、湖南等省地礦局的地質隊與勘探技術研究所、探礦工程研究所、探礦工藝研究所聯合，完成了“引青濟秦”隧洞工程的施工[35]?？朔斯て诰o、規模大、地質條件差等難題，采用特淺埋洞挖技術、錨噴(網)成巷技術、大塌方處理技術、復雜地層掘進技術等，按期完成6.666 km隧洞的施工任務，確保了秦皇島市的城市供水。獲得了地礦部科技成果二等獎。

1993年，遼寧地礦井巷建筑工程公司施工了北京鐵路樞紐改造工程之一——鷹山隧道工程。該隧道地處鷹山森林公園內，全長221.5 m，最大開挖寬度19.82 m，最大開挖高度13.25 m，最大開挖斷面223.47 m2，是當時國內最大的三線電氣化鐵路隧道[36]。該隧道屬于特淺埋隧道，施工中攻克了特大斷面隧道開挖技術、進洞技術、襯砌拱架、簡易模噴技術、量測技術等難關。保證了鷹山森林公園近千種植物免遭破壞，保持了生態環境。

1990-1997年，勘探技術研究所先后與相關廠家聯合，研制成功了HBT系列混凝土泵，用于小斷面地質勘探坑道襯砌、大斷面公路鐵路隧道襯砌、鉆孔灌注樁、工業與民用建筑等混凝土輸送。

1992-1997年，探礦工藝研究所先后研制了QS-1、KS-1型收斂計，KJ-1型多點位移計，DMY-1型激光斷面測量儀等4種儀器，推廣應用于大量的隧道工程中，對圍巖應力、應變和變形進行及時準確量測，解決隧道施工中經常發生冒頂、片幫等圍巖失穩事故以及大斷面隧道施工中的超欠挖現象。

中國地質大學(北京)根據力學、爆破理論和地質理論，研究完成巖體主結構面控制爆破技術：設計二組共軛型主結構面，確定拋擲方向，使破碎塊度均勻，降低炸藥消耗，提高延米爆破量。屬國內首創，居國際領先水平。

3.6 對接井施工技術解決鹽巖采礦技術難題

勘探技術研究所在已有的螺桿鉆受控定向鉆進技術的基礎上，1991年開始進行采鹵對接井技術的研究，采用螺桿鉆受控定向鉆進技術和水平井鉆井技術，使地面相距數百米的兩井在地下數百米甚至上千米的目的層處對接，從而實現連通水溶對流采鹵。首先在湖南湘衡鹽礦試驗成功我國第一對采鹵對接井，兩井直接對接點在607和597 m處，對接點坐標值的誤差為：X=0.09 m，Y=0.40 m，Z=0.18 m。1991-1993年期間共施工了3對對接井。中央人民廣播電臺、中央電視臺、人民日報(海外版)等20余家媒體對這一技術進行了報道[37]。這一技術的研究，為野外地質隊開辟了一個經濟效益好的新市場。之后又將這一技術應用于可溶性較小的天然堿礦的開采中。

該技術攻克了我國探礦工程界和巖鹽采礦系統多年來亟待解決的一個技術難題，是一項重大科技成果，技術處于國際領先水平。1995年獲得地礦部科技成果一等獎，1996年列為地礦部“九五”重點推廣項目。之后在全國大量推廣應用，并于2003年進入國際市場,創造了良好的經濟效益和社會效益。

3.7 建筑裝修薄壁工程鉆技術

用于建筑裝修的薄壁工程鉆技術，可解決人敲錘鑿和電錘打孔的塵土飛場、噪聲擾民、破壞墻體的弊端。探礦工程研究所自20世紀80年代初開始了金剛石薄壁工程鉆機和鉆頭的研制，取得了多項專利，1987年獲得地礦部科技成果一等獎。金剛石薄壁工程鉆頭形成了直徑10～200 mm的系列產品。

薄壁鉆在裝修工程中的應用具有廣泛的社會影響，在全國得以大量推廣應用，全國大部分金剛石地質鉆頭的研究、生產單位也都相繼研發、生產金剛石薄壁工程鉆頭。

在金剛石薄壁鉆技術基礎上發展起來的既有混凝土鉆切技術，包括金剛石薄壁鉆、金剛石圓盤鋸、金剛石繩鋸等施工方法。該技術2015年用于北京三元橋改造工程中對舊橋面的切割，為43 h就在大城市重要交通節點上一次性完成大型橋梁的整體置換架設發揮了重要作用。

3.8 地質鉆探技術穩中求進

“八五”至“九五”期間(1991-2000年)，探礦工程隊伍大部分從事地質市場工作，地質鉆探工程量比較少，但鉆探工程技術仍然平穩發展，不斷進步。

福建省地礦局完成了紫金山多金屬礦鉆探技術研究；黑龍江省地礦局等單位完成了多寶山-銅山陡斜礦體定向鉆進工藝研究；探礦工程研究所研制成功廣譜護壁劑及低軟化點瀝青防塌劑、全自動泥漿流變儀及Fann 50C HTHP流變儀監測系統；探礦工藝研究所研發成功并批量生產頁巖抑制劑——DSSAS，研究成功了先進實用的無巖心鉆探技術，研制了壓電陀螺鉆孔測斜儀、磁球定向測斜儀、光電多點連續測斜儀；勘探技術研究所研制了高精度隨鉆測斜儀，完善了繩索取心、液動錘鉆具系列產品。

在這一時期，計算機技術的應用不斷普及，在探礦工程中的應用也取得了一系列成果。探礦工程研究所等單位研發了金剛石鉆頭設計、制造的微機系統；中國地質大學(武漢)等研發了鉆探微機智能監測系統、工程勘察和工程施工電子手冊；勘探技術研究所研發了勘探機械計算機輔助設計系統，等等。

3.9 小結

從改革開放初始，我國地質隊伍，由過去在荒僻山野的地質勘查找礦主業，轉向繁華都市的工程勘察施工市場。他們以艱苦奮斗、頑強拼搏的精神，在20世紀末15年左右的時間內，在我國蓬勃發展的基本建設領域中發揮了重要作用，為地質隊伍自身的生存和發展提供了有利條件，創造了巨大的社會經濟效益，為貫徹改革開放和社會主義建設做出了重要貢獻，并在市場競爭中積極有效地推動了鉆探工程的技術進步。同時，這一階段地質隊伍進入工程勘察施工市場的奮勇精神與光輝業績，表明他們是我國改革開放以來，大規?；窘ㄔO開始時期的先行者和主力軍。我國目前基本建設領域在世界上處于遙遙領先的地位，是與我們地質隊伍過去打下的良好基礎、留下的優良作風和做出的光輝業績分不開的。

4 鉆探工程技術全面、深入發展，逐步進入世界一流的階段(21世紀以來)

“渡盡低潮人安在，又迎高潮新技來”。從整個世界看，礦業的發展一直是起起伏伏的。很多學者對全球礦業發展歷史進行了階段性劃分，大致有“三周期論”和“四周期論”兩種分法[38]。不管何者，一定是快速發展期與衰退期交替出現的，這已經被我國礦業發展歷程所證實，“在20世紀80、90年代的礦業蕭條，即上一輪礦業衰退期間，曾一度出現‘礦業是一個夕陽產業’的嘆息?！盵39]然而，曾幾何時，進入21世紀后我國礦業以及與之相伴相生的地質勘查業一度回暖，2006年1月國務院頒發了《關于加強地質工作的決定》，國家加大了對地勘工作的投入，廣大地勘和鉆探隊伍受到了極大的鼓舞，地質勘查工作飛速發展，2012年我國地勘資金投入一度達到高峰(圖10)。

圖10 2006-2013年全國地質勘查投入資金總額年度變化情況[40]Fig.10 Annual variance of total investment funds for geologicalexploration in China from 2006 to 2013

但是，“自2013年以來，全球礦業市場不斷降溫，結束了‘十年黃金期’，進入低谷期，中國礦業略有滯后，2014年也全面進入低潮。這對中國礦業而言是一段艱難時期”[41]。

從2012年起資金投入與地勘指數逐年回落，到2018年地勘活動指數又回到2006年水平(圖11)。

圖111999-2018年我國地質勘查活動指數變化
Fig.11Variance of index for geological exploration activities in China from1999to2018

相應的地質鉆探工作量也出現幾乎相同的趨勢(圖12)，2006-2012年鉆探工作量平均增速達20.4%，特別是2012年全國全年鉆探工作量達到創紀錄的2638萬m。從2012年起又以15%～30%左右的速率快速下降，至2018年跌至625萬m，只有不到2012年的24% 。

圖122006-2018年非油氣礦產勘查年度鉆探工作量
Fig.12Annual drilling workload for non-oil and gas mineral exploration from2006to2018

近20年來，盡管從工作量看起起伏伏，但是鉆探技術的發展卻是日新月異。大陸科學鉆探工程的啟動標志著我國鉆探技術進入新篇章；金剛石繩索取心鉆探技術在20世紀大規模應用的基礎上，逐步向高水平發展；礦產資源深部鉆探技術日趨成熟；對接井鉆井技術的完善使我國定向鉆探技術進入高級階段；地質巖心鉆探專用全液壓動力頭鉆機系列型譜齊全、野外應用獲普及；電驅動頂驅鉆機在我國地質巖心鉆機中首先取得成功；陸域及海域天然氣水合物鉆采取得突破，技術水平達到世界先進；頁巖氣勘探開采實現商業化；水井鉆井技術與大型車裝鉆機獲得推廣應用等等。我國地質鉆探工程技術走向成熟和高端，在許多方面達到世界先進水平，有些鉆探技術、裝備已處于世界領先地位。

4.1 地質工作管理體制大變革

地質工作改革從20世紀90年代初就開始了探索，到1998年國務院機構改革產生了歷史性的重大變革，政府職能轉變有了重大進展，專業經濟部門直接管理企業的體制結束，45歲的地質部門與其他9個專業部門撤銷，成立了國土資源部。轉年，原地礦部及部分工業部門所屬地勘隊伍劃歸地方實行屬地化管理。組建中國地質調查局(以下簡稱“地調局”),成為國土資源部所屬的組織實施國家基礎性、公益性、戰略性地質和礦產勘查工作的“國家隊”。構建了公益性與商業性地質工作分體運行、中央與地方分工合作的地質工作體系，形成了以保障能源資源安全為核心，陸域與海洋統籌、境內與境外并舉，服務各行各業的地質工作新格局，科技創新能力和國際影響力得到大幅提升，在經濟社會發展、生態文明建設中的基礎性和先行性作用不斷增強。

歷經40多年的全國性探礦工程管理機構已徹底消失，地調局僅僅保留一小部分以科研為主的單位，也面臨著科技體制改革企業化的強烈沖擊。原有的緊密的行政聯系不復存在，行業協會——這一市場經濟國家常有的行業組織在我國大多數專業領域還不被認可，中國地質學會探礦工程專業委員會是學術性團體，這一條學術型的管道松散地連接著中央、地方和部門間的聯系。

4.2 全國各地積極開展深部鉆探工程

隨著我國經濟、社會的持續快速發展和工業化、城鎮化進程的加快，對地下礦產資源的需求和消耗逐年增加，使礦產資源緊缺的供需矛盾日益突出，礦產資源的供給和保障問題已成為制約國家建設和國民經濟發展的“瓶頸”問題[42]。為保證我國經濟和社會全面協調可持續發展，國家加強了地質勘查工作，相繼啟動了國土資源大調查項目、西部大開發工程，頒布實施了《全國危機礦山接替資源找礦規劃綱要》(2004-2010年)和《國務院關于加強地質工作的決定》等，掀起了新一輪地質找礦熱潮。在新一輪地質找礦中，在有資源潛力和市場需求的老礦山周邊及深部開展地質找礦，即“攻深找盲”成為非常突出的重要工作[43]。地質找礦的深度已從過去淺部、中深部轉向深部勘探(1000 m以深)，尋找隱伏礦與深部礦的“第二找礦空間”為主要目標。2007年9月底國土資源部在安徽合肥召開了全國深部找礦工作研討會，吹響了新一輪地質找礦的號角。

地調局通過地質礦產調查評價專項、國土資源部公益性行業科研專項和國家科技專項的支持，系統開展了深部地質鉆探技術方法研究和裝備研發，形成了一大批新成果。研發的各類地質鉆探新裝備、新方法、新技術得到廣泛應用，是我國地質鉆探施工領域新方法和新技術的主要來源，帶動了地質鉆探工程裝備與技術的進步，提升了我國鉆探工程技術的能力和水平。

在國家“863”計劃支持下，通過“2000 m以內全液壓地質巖心鉆探裝備及關鍵器具” 和“4000 m地質巖心鉆探成套技術裝備”項目(圖13)，建立了我國深部地質巖心鉆探技術體系，研發了YDX、CSD兩個系列20余個型號的全液壓巖心鉆機和4000 m地質巖心鉆機(XD-40型)，鉆深能力300～4000 m，可用于金剛石繩索取心等多種高效鉆探工藝方法，占據我國全液壓地質鉆機70%的市場份額，出口到6大洲20多個國家，塑造了我國鉆機的民族品牌，提升了國際市場地位和知名度。該系列成果獲廣泛應用，累計銷售鉆機近800臺套、高鋼級地質管材3萬余噸、高強度繩索取心鉆桿120余萬米、液動錘1600余臺套。整體達到國際先進水平，部分達到國際領先水平。項目獲國土資源部科技一等獎、國家科技進步二等獎。

圖13 4000 m地質巖心鉆探成套技術裝備Fig.13 Whole set technical equipment for4000m geological core drilling

我國對巖心鉆機進行了重大的改進與創新，在施工效率、驅動方式、安全性、電氣化程度、操作勞動強度和操控環境等方面取得了巨大的進步。近年來相繼研發成功了“XD-20/30/40DB系列電動變頻頂驅鉆機”、“新一代3500米永磁直驅頂驅地質鉆機”、“XY-8DB/9 DB型立軸式變頻電驅動巖心鉆機”等。這些鉆機是以傳統立軸鉆機為原型，集成模塊化交流變頻電驅動及數據采集單元，采用PLC與現場總線進行電氣系統配置的新型節能深孔巖心鉆探成套裝備。在地質巖心鉆探領域這些新型驅動方式的裝備和技術不僅是首創，而且技術水平居于世界領先。

在深部鉆探技術方面更是碩果累累。進一步發展并提高了液動沖擊回轉鉆探技術，研發了YZX系列液動錘，我國已成為液動沖擊回轉鉆進技術應用普及程度和使用效果最好的國家，累計銷售超過2000臺套；借鑒油氣井新技術，針對地質巖心鉆探的特點，研發了小口徑膨脹波紋管護壁技術，實現了鉆孔事故井段的“支架”修復，對復雜地層安全鉆進起到了良好的作用；此外復雜地層沖洗液關鍵技術、超高溫高壓鉆井液流變儀研發應用、深部硬巖鉆探金剛石鉆頭、海域天然氣水合物保溫保壓取樣器等都取得了重大的突破。

特別在定向鉆探方面走向了更高級的階段，攻克了高精度對接連通井關鍵技術，研發了具有獨立知識產權的“慧磁”高精度中靶導向系統；研制的深孔高溫磁中靶系統可滿足3000 m井深、井溫達120℃的需求；以無線MWD取代有線測斜儀；加入伽馬探管，實現了多鉆孔地下礦層的精準貫通。新技術大量應用到實際工程，在河南安棚堿礦對接井工程、土耳其貝帕扎里與卡贊天然堿礦采集鹵工程中施工了130余對連通井，使我國對接井鉆進技術達到了世界先進水平的前列。

安徽省313地質隊開展了“深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究”，研制的分體塔式全液壓動力頭鉆機(FYD-2200型)及高強度繩索取心鉆桿在安徽省霍邱周集鐵礦深部找礦中應用，2010年終孔口徑?77 mm的ZK1725孔孔深達2706.68 m，創當時中國小口徑巖心鉆探最深紀錄。項目獲國家科技進步二等獎。

我國地球深部找礦取得歷史性突破，尤其是深部金礦勘查技術達到世界先進水平，山東是我國開展深部巖心鉆探成果突出的省份。由山東黃金集團地勘公司設計、山東省地礦局第三地質礦產勘查院負責施工的“中國巖金勘查第一深鉆” ——山東萊州三山島西嶺金礦區ZK96-5孔歷時985天于2013年5月順利終孔，終孔孔深4006.17 m，再創小口徑巖心鉆探最大孔深紀錄[44]。

由山東省第三地質礦產勘查院實施的萊州三山島北部海域金礦床詳查項目始于2012年，多數鉆孔設計在海域，水深5～10 m，最深達15 m,最大鉆孔深度達1973.46 m，探明金礦資源量470.47 t，屬超大型金礦。針對海域地質巖心鉆探的特殊性，研制了具有自主知識產權的樁腿式簡易海上鉆探平臺，填補了國內空白。海上鉆探的成功實施，標志著我國地質工作已從大陸走向海洋，從地質大國向地質強國邁進。

河南省深部探礦工程技術研究中心承擔了云南騰沖火山-地熱-構造帶科學鉆探工程。在深部礦產鉆探中采取“繩索取心鉆進+液動潛孔錘”先進技術，解決了破碎地層中巖心堵塞內管、巖心采取率不足、漏失嚴重等問題，提高了鉆進效率，保證了孔內安全和鉆探施工的順利進行。

江西省九一二地質大隊在朱溪礦區自2010年實施第一個深孔以來，至今共完成鉆孔44個，累計鉆探工作量超6萬m，其中1000～1500 m鉆孔12個，1500～2000m鉆孔16個，2000 m以上鉆孔6個，最深鉆孔超過2200 m，深孔占礦區鉆孔數的77%。鉆探工作連續3年創江西省固體礦產鉆孔最深紀錄。2017年開始施工朱溪鎢銅礦ZK1814孔，2019年4月終孔孔深2400 m,終孔口徑122 mm。

中煤科工集團西安研究院有限公司研制了煤礦井下大功率定向鉆進裝備，解決了井下超長定向孔、頂板巖層大直徑定向長鉆孔配套裝備能力不足的難題；發明了煤礦井下防爆型隨鉆測量系統，完成了隨鉆測量信號傳輸由“有線”到“無線”的跨越，信號傳輸距離≥1500 m；研制了適用于中硬煤巖層定向鉆進的高強度鉆桿和長壽命鉆頭；研制出了?73/89 mm深孔高強度鉆桿，鉆桿最大抗扭能力達到了15983 N·m；開發了井下深孔高效定向鉆進及鉆孔事故處理技術與配套鉆具。推廣應用中，綜合鉆進效率提高40%，曾創造了煤礦井下順煤層定向鉆孔2311 m 的世界紀錄(圖14)。2019 年1 月，采用復合定向鉆進工藝技術，配套ZDY12000LD 型大功率定向鉆機、泥漿脈沖無線隨鉆測量系統等裝備，在神東保德煤礦又創造了煤礦井下順煤層定向鉆孔孔深2570 m 的世界紀錄[45]。

圖14保德礦2311m鉆孔軌跡圖
Fig.14The2311m borehole trajectory in Baode mine

4.3 鉆探工程在地熱、鈾礦等新型能源資源勘探開發中一展身手

截止2017年，近20家項目承擔單位230多名技術人員，歷時近5年，先后攻克了高溫鉆井和深孔高溫高壓測溫等關鍵技術，成功實現了我國干熱巖勘查的一系列重大突破。在青海共和盆地成功施工5眼干熱巖勘探孔，其中GR1干熱巖勘探孔孔深3705 m，孔底溫度達236 ℃，孔內3366 m以深深度平均地溫梯度為8.8 ℃/100 m，該鉆孔是目前國內深度最深、溫度最高的干熱巖井。

2017年，雄安新區首批3個3500 m深度地熱勘探鉆孔順利開鉆，標志著雄安新區深部地熱勘查工作正式啟動。

2018年，我國海南島第一口干熱巖參數井圓滿完鉆,對我國干熱巖地熱能的開發利用具有里程碑式的意義。在瓊北地區深度4387 m 處鉆獲超過185 ℃高溫干熱巖(非穩態測溫)。

中國核工業集團公司2013年7月17日在江西撫州宣布，我國鈾礦第一科學深鉆以2818.88 m 的鉆深刷新此前1200多米的紀錄。這一突破填補了我國鈾礦深部找礦技術的空白，對提高國內天然鈾保障程度、滿足核電發展需要意義深遠。該孔深創造了國內P口徑(122 mm)繩索取心鉆進最深紀錄。

同時，針對深部地熱資源勘探的需要，我國也開發了新型的裝備，如“ZP-30DB型轉盤變頻電傳動水井鉆機”、壓裂泵、壓裂液等。以河北永明地質工程機械有限公司為代表的一大批民營鉆機制造企業，更是開發了從鉆機、泥漿泵、鉆桿、輔助工具、井控固控、地源熱泵系統等各種系列的設備，為地熱利用的普及做出了大量的貢獻。

4.4 頁巖氣勘探開發依托鉆井技術進步取得突破

由于水平井鉆井技術和壓裂設備與技術的進步，頁巖氣為人類打開了一扇新的能源大門。我國頁巖氣資源潛力大，分布面積廣，發育層系多。頁巖氣開發是改變能源格局的大事，也是維護我國能源安全的一件大事。

涪陵頁巖氣田是中國第一個國家級頁巖氣示范區，累計探明儲量達6008億m3，是全球除北美之外最大的頁巖氣田。截至2017年底，開鉆井401口，完鉆井348口，投產井260口，2017年產氣量60.4×108m3， 2018年產氣量60.2×108m3[46]。其中93-2HF井的最大垂直深度達到了4223 m，成為國內最深的頁巖氣井，氣井壓裂鉆探技術已經成熟。

國土資源部2009年在重慶市綦江啟動了中國首個頁巖氣資源勘查項目。后又在川渝黔鄂開展了5個項目的先導性試驗，在上揚子及滇黔桂區、中揚子及東南區、西北區、青藏區、華東-東北區5個大區繼續開展資源潛力調查，同時開展了5個頁巖氣勘探開發相關工藝技術的攻關項目。

4.5 天然氣水合物鉆采邁入世界領先水平

我國陸域凍土天然氣水合物試采取得突破性進展, 繼2008年國土資源部在青海省祁連山南緣永久凍土帶成功鉆獲天然氣水合物實物樣品后， 2012年開始試驗性鉆探，在全孔取心鉆探發現水合物層位的基礎上，利用降壓及降壓并分別配合電磁加熱、太陽能加熱和水蒸氣加熱綜合方法采出了所期望的甲烷氣體。2016年完成了三井地下水合物層水平定向對接施工，并成功進行了開采試驗。采用水平定向對接鉆進技術使得水合物層在地下連通，大大提高了凍土天然氣水合物的開采效率，連續試采排空試燃23天，開采氣量1078 m3[47]。

2017年我國南海天然氣水合物試采工程取得成功，連續試采60天，累計產氣量超過30萬m3，產氣時長和總量創造了世界紀錄。這次試采成功是世界首次成功實現資源量占全球90%以上、開發難度最大的泥質粉砂型可燃冰安全可控開采。通過試驗探索和科學研究，我國取得了一系列的新成果：防砂技術先進，方法可靠，保障產氣通道狀態良好；在舉升方式等多方面實現創新，提高產量效果顯著；調控產能平穩有效，氣流穩定，持續時間達到生產性試開采要求，為產業化發展奠定了堅實的基礎；海水及周邊大氣等甲烷濃度無異常，環境無污染；井壁和地層穩定，未發生地質災害，實現安全可持續生產；試采理論、技術、工程和裝備領跑優勢不斷擴大。這不僅標志著我國深海進入、深海探測、深海開發等技術取得了重大的成果，也將對全球能源生產和消費革命產生深遠的影響。

4.6 大陸科學鉆探工程邁入世界先進行列

早在20世紀70年代，蘇聯就開啟了大規模的超深井鉆探。我國已故著名地質學家謝家榮先生生前也呼吁要重視深部地質研究和國際大洋鉆探計劃。1979年11月在北戴河舉行的中國地質學會探礦工程專業委員會第二屆委員會暨學術會議上，劉廣志院士作了題為“鉆探科技發展現狀及其展望”的報告，向鉆探界介紹了國外超深孔鉆探和深海鉆探的發展概況與前景，首次提出“我們也要鉆第一口中國的超深鉆孔，研究深部地質學”的倡議。

4.6.1 前期準備工作

自1988年起至1993年，劉廣志主編，組織多位鉆探專家全方位有計劃地收集、翻譯、編輯出版了《深部陸殼勘察系列叢書》，共八卷約250萬字，對我國初期宣傳和推動科學鉆探工程起了關鍵的作用。

1989年6月，國家計委、教委批準投資在中國地質大學(北京)探工系籌建“地質超深鉆探技術國家專業實驗室”。

1990年德國KTB計劃主孔開鉆。1992年地礦部“第一次中國大陸科學鉆探(CCSD)研討會”在北京舉行，此次會議具有劃時代的意義。

1996年國際大陸科學鉆探計劃(ICDP)宣布正式成立，我國成為ICDP的創始國和第一批三個成員國之一。由中國、美國、德國、加拿大、法國等5國科學家組成的聯合專家組，共同向ICDP總部提交了在我國蘇北東海進行科學深鉆的實施建議書，并得到批準。

4.6.2 中國大陸科學鉆探工程“科鉆一井”

1998年是個重大的轉折年，國土資源部剛組建完成就成立了“中國大陸科學鉆探工程領導小組”。1999年9月27日，國家計委正式批準下達了《關于中國大陸科學鉆探工程項目建議書的批復》，原則同意所報建議書。項目的實施時間是2000-2004年。項目總投資14960萬元。2000年1月國土資源部調整了中國大陸科學鉆探工程領導小組。

2001年3月工程中心研究決定：中國大陸科學鉆探工程的英文譯名為：Chinese Continental Scientific Drilling，縮寫為CCSD；井的名稱為“科鉆一井(CCSD-1)”。當地老鄉嫌叫著拗口，隨喜稱“亞洲第一井”。

中國大陸科學鉆探工程還被批準列入了國家“九五”重大科學工程項目。經過工程可研報告和工程設計的評估論證、現場的建設、工程招投標、人員培訓、關鍵技術研發。2001年6月25日上午9:30，中國大陸科學鉆探工程“科鉆一井”在江蘇省東海縣破土開鉆。7月26日，溫家寶副總理對中國大陸科學鉆探工程開工儀式表示祝賀，對工程實施做出重要批示。8月4日，在江蘇省東海縣施工現場隆重舉行了中國大陸科學鉆探第一井開鉆典禮，全國政協副主席萬國權，國家計委、科技部、江蘇省、國土資源部領導以及國內外著名地學專家學者、國際組織代表等300多人出席了典禮儀式。這項歷時20余年籌備的重大科學工程在全國人民的矚目下終于起航了，這是我們鉆探界一件具有劃時代意義的重大事件，由此開啟了新世紀鉆探工程技術的大發展時期。圖15為“科鉆一井”現場鳥瞰圖。

圖15 “科鉆一井”現場鳥瞰圖Fig.15 Aerial view of the CCSD-1 Well site

“科鉆一井”的施工歷時3年另258天(2001.06.25-2005.03.08)取得圓滿成功，艱難的施工歷程全部濃縮在施工曲線圖中，見圖16。

圖16 “科鉆一井”施工進度曲線Fig.16 Drilling operation progress of CCSD-1 Well

直接并長期參加過“科鉆一井”工程的各類人員達200多人，加上測井、固井、VSP、外圍支援和短期工作的總人數估計達400余人；施工現場一度成為遠近聞名的科普基地，參訪人員絡繹不絕；到過現場的各級領導和國內外專家也達到百十人。中國大陸科學鉆探工程被評選為“2002年公眾關注的中國十大科技事件”和“ 2005年中國十大科技進步新聞”。

“科鉆一井”取得了豐碩的科技成果。“中國大陸科學深鉆的科技集成與創新”獲國家科技進步二等獎；“硬巖深井取心鉆探技術的研究與應用”和“中國大陸科學鉆探工程新型鉆井技術體系的研究與應用”兩項獲國土資源部科技成果一等獎；主要貢獻有：創造性地將“組合式鉆探技術”、“靈活的雙孔方案”和“超前孔小直徑取心鉆進方法”有機地結合起來，形成了獨具中國特色的科學鉆探鉆井技術體系并在“科鉆一井”中得到了成功的運用，這套新型鉆井技術體系主要由井底動力驅動的沖擊回轉取心鉆探技術、硬巖大直徑長井段擴孔鉆進技術、強致斜地層井斜控制技術、LBM-SD泥漿體系、小間隙固井及活動套管應用技術、孔內事故預防處理技術、鉆探數據采集處理技術等組成。更為可喜的是，通過工程實施培養出一大批優秀的鉆探工程專家，在后續的大陸科學鉆探工程中發揮了重要作用。

2007年12月14日，國家發展和改革委員會在北京組織了工程的國家驗收，驗收委員會工程技術專家組認為：與國際同類大陸科學鉆探工程相比，該工程高質量、高效率、低成本地完成了施工任務，圓滿地實現了項目預定的工程技術目標；總體工程技術成果達到了國際先進水平，部分成果達到國際領先，是一項具有中國特色自主創新的重要科技成果。

2019年8月26日，地球物理綜合觀測系統在“科鉆一井”成功下井，最深到達3499 m，是迄今為止我國最深的綜合地球物理觀測系統，中國大陸科學鉆探工程建成了深井-淺井-地面物理觀測網。

4.6.3 深部探測技術與實驗研究專項

“十二五”期間我國執行了“深部探測技術與實驗研究專項” (SinoProbe)，其中第五項目“大陸科學鉆探選址與鉆探實驗” (SinoProbe-05)的第七個課題是“大陸科學鉆探選址與鉆探實驗綜合研究”(SinoProbe-05-07)。圍繞項目總目標，按照設計方案，組織實施了西藏羅布莎、東波及澤當等地，甘肅金川，安徽廬樅、銅陵，云南騰沖和江西于都-贛縣等預導孔鉆探施工與綜合研究。設計鉆探工作量14500 m, 實際鉆探總進尺16000 m。

SinoProbe-05項目的06課題——“科學超深井鉆探技術方案預研究”由國內眾多院校與科研單位幾十名專家，歷時5年，完成了預研究報告。最終提出13000 m超深鉆總體設計方案和必須研究解決的近百項研究課題，為后來的“十三五”計劃和國家重大科技項目的申請立項奠定了扎實的基礎。

在SinoProbe-09項目中也有一個05課題——“深部大陸科學鉆探裝備研制”。通過項目研制成功了我國第一臺萬米科學鉆探專用鉆機“地殼一號”，后用在松遼盆地科學鉆探“松科二井” 的施工。

4.6.4 汶川地震斷裂帶科學鉆探工程

2008年開始實施的汶川地震斷裂帶科學鉆探工程歷時5年，完成了5個鉆孔，施工總進尺10387 m，其中取心鉆進5883 m，獲取巖心5378 m，平均巖心采取率91.4%，獲取的巖心質量高、原狀性好。所有的鉆孔都穿過了主斷層(目標層)，完鉆后建成長期觀測孔。汶川地震斷裂帶科學鉆探項目是科技部支撐計劃的一個專項，由中國地質調查局汶川地震科學鉆探工程中心組織實施，其鉆探工程由中國地質科學院探礦工藝研究所負責實施。該項目針對龍門山斷裂帶極端惡劣的施工環境和復雜的地質條件，開展了大量的自主創新，研發了螺桿馬達/液動錘/長半合管取心鉆進工藝、破碎地層取心技術、強蠕變地層鉆進技術、復雜地層小間隙固井工藝和高轉速深孔取心頂驅鉆機等鉆探技術和裝備。鉆探工程的實施為地震研究和地震監測、預報提供了強有力的技術支撐。這些技術成果，除了對汶川地震科學鉆探項目地學目標的實現起到了強有力的支撐作用，還將在我國的地質巖心深鉆和科學鉆探施工中發揮積極的作用[48]。

4.6.5 松遼盆地科學鉆探工程

松遼盆地科學鉆探是我國又一個ICDP項目，“松遼盆地白堊紀大陸科學鉆探計劃”以獲取松遼盆地白堊紀完整的地層巖心資料，建立全球首幅陸相白堊紀綜合地質剖面，研究白堊紀溫室氣候變化與探索松遼盆地深部資源遠景為主要科學目標。先后施工了松科一井(東孔與西孔)和松科二井，后者創造了完井井深7018 m的新紀錄，是迄今為止亞洲國家實施最深的大陸科學鉆探工程。圖17為松科二井工程竣工現場。該工程取得了311 mm口徑超千米同徑取心鉆進；216 mm口徑長鉆程取心鉆進，單回次進尺超40 m；研制的耐高溫泥漿體系循環工作溫度達241 ℃；開展了311、216和152 mm口徑的繩索取心可行性試驗；研制了用于大口徑繩索取心的中空螺桿鉆、中空渦輪鉆和中空液動錘等井底動力鉆具樣機，并部分進行了井下試驗；全孔取心比率達61.62%，取心井段平均巖心采取率達96.45%，在50 m厚第四系流沙層原狀采樣率92%；研發了松軟巖心水力出管方法、堅硬破碎巖心機械出管方法等系列鉆探工藝成果。

圖17 松科二井工程竣工現場Fig.17 Completion site of SK-2 Well

通過上述大陸科學鉆探工程，我國突破了硬巖深井連續取心和破碎地層原狀取心等關鍵技術，提升了我國鉆探工程的技術水平和學術地位，為今后國內外科學鉆探和深部巖心鉆探展示了良好的工程示范，為我國超萬米科學鉆探的技術研究和工程實施儲備了人才梯隊。工程項目獲國內外專家高度贊譽，ICDP執委會主席Marco Bohnhoff在“松科二井”峻工后研討會上評價：“中國開展東海鉆探和松遼盆地鉆探的兩個項目成為國際深部科學鉆探的引領性項目”。

4.6.6 極地鉆探工程

科學鉆探又一個熱點地區是極地。中國第32次南極科學考察隊昆侖隊在昆侖站的冰心房鉆取出一支3.55 m的深冰心，這是本次考察隊鉆取出的第一支深冰心。在中國第35次南極科學考察任務中，由吉林大學歷時5年自主研發的鉆探裝備成功鉆穿近200 m厚的冰蓋，獲取連續冰心，并首次鉆取冰下基巖巖心樣品。為我國深入開展極地鉆探工程、獲取更多南極深冰下的巖心樣品提供了強有力的技術支撐。為研究南極冰蓋運動和演化以及東南極冰下地質學研究提供了重要的科學依據，為后續更好地進行南極冰蓋考察與研究奠定基礎。同時使我國成為世界第三個擁有冰下基巖鉆探核心技術和裝備的國家[49]。極地鉆探未來計劃是研發新型及新一代鉆探設備與系統，鉆穿極地冰蓋，獲取深層冰芯，冰下基巖樣品，以及獲取冰下湖水及沉積物等，對極地冰蓋形成演化機理、冰下地質構造、冰下環境、冰蓋深層結構、可能存在的極端條件下新生命(微生物)等進行研究，并對反演地球古氣候變化，預測全球未來氣候變化提供有力證據。課題主要是極地冰蓋及冰下基巖，冰下湖鉆探取樣技術與裝備的研發。

綜上所述，我國已經建立了現代地質巖心鉆探技術體系和一套具有國際先進水平的科學鉆探技術體系，地質鉆探技術水平基本與世界同步，科學鉆探工程技術進入世界前列。

4.7 積極開展大洋鉆探

從20世紀后半葉開始，人類實施的國際性海洋科學鉆探計劃，從深海鉆探計劃(DSDP)、大洋鉆探計劃(ODP)、綜合大洋鉆探計劃(IODP)到大洋發現計劃(新IODP)，歷經幾十年。我國于1998年正式加入ODP，后陸續加入了IODP，中國IODP辦公室設在同濟大學。2014年IODP349航次開啟了由我國科學家主導的中國南?？茖W鉆探，2017年由我國科學家主導的第三次南海大洋鉆探IODP 368航次結束，科研人員首次獲得了南海從陸地到淺海再到深海的完整沉積記錄。他們發現，3400萬年前南海就已有深海環境。2023年IODP新十年計劃將結束，“決心號”鉆探船不久也將退役，“地球號”費用過于昂貴，屆時將面臨無船可用的境地[50]。可喜的是，在我國“十三五”科技計劃中深海、深地科學研究被列為戰略性前瞻性重大科學問題，正在積極籌建天然氣水合物鉆采船(大洋鉆探船),其主要功能是開展海域天然氣水合物試采和深?？茖W鉆探，任務已經落在地調局廣州海洋地質調查局的肩上，目前正在緊鑼密鼓地籌建中，以我國為主要力量實施大洋鉆探工程的任務已提上日程[50]。

4.8 積極開展綠色勘查鉆探技術研究

當前，勘查與環境之間的矛盾日漸突出， 綠色勘查已經成為一種先進的勘查理念，基于綠色勘查的淺層鉆探技術及應用得到了快速發展。北京探礦工程研究所開展了系列淺層取樣鉆機研制與開發，目前已形成了5個系列的取心(樣)鉆機。同時，對淺鉆技術應用涉及的以鉆代槽勘查方法、淺鉆地球化學測量技術、淺鉆地質填圖技術、環境地質調查、地質災害預警防治和工程勘查等領域進行了深入廣泛的研究，形成了完備的淺覆蓋區淺鉆地質調查技術方法體系。淺層鉆探技術作為最直觀的進行定性定量分析研究的技術手段，不僅能加快工作速度， 還能大量減少植被的破壞，保護環境，是淺層鉆探技術服務于地質調查綠色勘查的直接體現[51]。山東黃金地勘公司等單位在施工中踐行綠色勘查理論，通過勘查設備精細化、采用一基多孔、定向鉆進等方法減少土地占用及生態擾動，通過技術革新和技術改造控制噪聲、節能減耗、減少“三廢”污染。

中國地質科學院探礦工藝研究所針對覆蓋層鉆孔易垮塌、巖心松散易被泥漿沖失和鉆孔漏失等鉆進技術難題，加強技術攻關，從保護孔壁和保護巖心入手，采用空氣鉆進原理，將常規的回轉取心鉆進方法與潛孔錘跟管鉆進優化組合，形成了一種有效的覆蓋層鉆探新方法——空氣潛孔錘取心跟管鉆進技術，既有效提高了鉆探效率，又大大提高了取心質量。

內蒙古、黑龍江、貴州、陜西、青海、新疆、西藏等地結合當地的地質調查項目，都有意識地利用了綠色鉆探技術，為我國建立綠色勘查技術標準奠定了良好的基礎。

4.9 探礦工程專業標準體系逐步成熟并完善

21世紀以來，我國加強了對技術標準的投入力度，經費保障逐步提高；依托標準化主管部門的支持和指導，鉆探技術標準的研究和升級工作全面開展，尤其是2010年后，制修訂了一批重要標準，形成了穩定的標準制修訂專業團隊，使鉆探工程標準體系逐步成熟并完善。探礦工程行業共計發布標準12項，主要發布時間集中在2014-2017年。其中，《地質巖心鉆探鉆具》國家標準1項，《地質巖心鉆探規程》、《地質巖心鉆探金剛石鉆頭》、《定向鉆探技術規程》等行業標準11項。在研技術標準12項，其中，通過地質勘查分技術委員會審查的標準9項(如《鉆探工程術語》、《液壓動力頭巖心鉆機》和《淺層取樣鉆探技術規程》等)，完成并提交送審稿的標準3項(如《地質鉆探護壁堵漏技術規程》和《陸域天然氣水合物鉆探技術規程》等)。

4.10 鉆探技術在礦山救援等特種工程中發揮巨大作用

2015年12月25日山東省臨沂市石膏礦發生坍塌事故，4名礦工被困。在救援中鉆探技術大顯神威，根據救援的需要，采用大直徑鉆孔垂直救援方式，共施工了7 個救援鉆孔。先后采用了旋挖鉆機進行開孔鉆進，采用了?711 mm 雙壁鉆具潛孔錘空氣反循環鉆進等技術，通過鉆孔設計、施工工藝、鉆具配置、臨場解決施工中遇到的問題，最終在坍塌事故發生36天后，成功救出被困井下的4名礦工。這是我國大口徑鉆孔救援成功的首例、也是世界上的第三例，創造了礦山事故救援的范例，在礦山救援史上具有里程碑意義。

此外，鉆探技術還在地質災害治理、地面沉降監測、大型隧道開挖中水平探測等工程中發揮了重要的作用。

5 展望

到2020年我國將全面建成小康社會，到2035年要基本實現社會主義現代化，這是中央確定的宏偉目標。當前及今后一段時期，我國經濟將由高速增長階段轉向高質量發展階段，對固體礦產資源的需求也將從持續快速增長轉入低增長、微增長。但是，我國戰略性礦產資源短缺的局面不會改變，銅、鎳、鐵、石油等資源的對外依存度仍會很高。在國際局勢動蕩加劇、不確定性因素較多的大背景下，為了維護國家戰略資源安全，終會再次加強地質勘查和找礦工作力度，提升國內資源保障能力。未來，我國在四川盆地、渝東鄂西地區、黔湘地區、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地、東北松遼盆地等地都將開展頁巖氣的勘探調查，鉆探工程一定大有用武之地。同時，深地探測、大洋鉆探、極地鉆探、水合物及干熱巖等新型資源勘查、環境工程等為探礦工程事業創造了良好的技術發展空間和市場前景。

2018年11月，自然資源部印發《自然資源科技創新發展規劃綱要》，其規劃期為2018-2025年，展望至2035年。綱要提出：“以向地球深部進軍、拓展藍色經濟空間為總要求，組織實施地球深部探測重大工程，研發深地資源能源探測勘查與評價技術，研發全海深資源調查觀測裝備，突破深地探測、深海探測、極地探測及其資源綠色開發利用的核心關鍵技術，拓展我國經濟社會發展的資源空間?！敝饕蝿沼校和七M實施地球深部探測重大工程，創新深地科學與動力學理論；建造天然氣水合物鉆采船；發展極地資源與環境調查監測技術；自主創新深海鉆探系統與關鍵技術；攻克礦產資源和清潔能源綠色利用核心技術等，這也是鉆探界的重要研發的方向。

2020年將是一個重要節點，人類在5G技術商用、AI技術掀起新工業革命、智能采礦與智慧礦山、新型高效節能材料等方面取得突破性進展，這些“使能技術”②使能技術(enabling technology)——使能技術處于基礎研究和產品研發之間，屬于應用研究的范疇，其使命是通過使能技術的創新，來推動創新鏈下游的產品開發、產業化等環節的實現。同樣要廣泛應用在地質勘探產業上，作為地質調查技術方法中最接近世界先進水平的鉆探工程技術，應該引入新的理念，實現創新和跨越式發展。

我國地質鉆探工程事業經過70年4個階段的發展，目前整體技術水平已處于世界前列。從技術層面發展階段上看，我國地質鉆探工程技術目前已開始進入自動化階段，尤其是地表鉆探設備施工作業正逐步實現自動化，孔下自動化也在積極研究開發。期待未來的10余年后，我國地質鉆探工程的技術水平能夠達到這個目標：進入智能化鉆探階段。也就是將地面和地下作為一個有機的整體，實現地面和孔下的大閉環控制，即全自動鉆探，結合遠程控制，將實現無人現場作業。

回顧新中國70年的科技發展道路，舉國體制是貫穿其中的制度主線，發揮了我國社會主義制度集中力量辦大事的優勢。建議有關部門繼續發揮政府的作用，加強地質科技創新的頂層設計?？梢灶A見，未來探礦工程科研機制不斷優化，產學研用深度融合，在深地、大洋等領域，在智能化鉆進等方向鉆探技術將有重要突破和發展。同時，在“一帶一路”倡議(框架)下國際鉆探技術合作不斷深化，更多的中國鉆探技術、產品走向世界。

70年探礦事業發展歷程中取得的輝煌成績是幾代人堅持不懈、努力奮斗得來的。新一代探礦人將不忘初心、繼往開來，在新形勢和新條件下再學習、再認識、再出發，繼續在新技術研發與應用上創造出更輝煌的業績，共享新時代美好生活！