鉆探技術(shù)在礦山地質(zhì)中的應(yīng)用探討

周衛(wèi)國(guó)

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛東北大隊(duì)，江西 上饒 334000）

在地質(zhì)找礦中，鉆探技術(shù)作為地下信息探尋、圈定礦物體量、評(píng)估品位的唯一技術(shù)手段，在我國(guó)擁有長(zhǎng)久歷史。鉆探取芯可幫助了解特定地區(qū)水體、土質(zhì)、巖體等方面力學(xué)和地質(zhì)變化參數(shù)，及固體礦產(chǎn)、金屬信息等。由于技術(shù)條件限制，我國(guó)以前處于淺中層鉆探，勘探工作多集中于地表500米，而發(fā)達(dá)國(guó)家已可將勘探平均深度擴(kuò)展為地下1000米左右的深層鉆探。現(xiàn)階段，我國(guó)深孔鉆探工作量逐年增加，且孔深超過(guò)1000米的鉆孔數(shù)量也持續(xù)增多。

1 常見鉆探技術(shù)

我國(guó)鉆探技術(shù)和設(shè)備水平，與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，有很大差距。然而通過(guò)“中國(guó)大陸科學(xué)鉆探工程”和“科鉆一井”等國(guó)家級(jí)重大科學(xué)工程項(xiàng)目，研制出桿馬達(dá)+液動(dòng)錘+金剛石取芯鉆進(jìn)系統(tǒng)等世界領(lǐng)先水平施工體系，讓我國(guó)鉆探技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前市場(chǎng)上存在的鉆探技術(shù)有液體潛孔錘鉆探、反循環(huán)鉆探、繩索取心鉆探、組合鉆探、定向?qū)泳⑿滦凸?jié)水鉆探、YDX系列全液壓巖心鉆探、全液壓動(dòng)力頭水文水井鉆探、地質(zhì)調(diào)查淺層取心取樣鉆探等。我國(guó)較為常用的鉆探技術(shù)方法仍然是繩索取心鉆探法，常用施工機(jī)械仍是國(guó)產(chǎn)液壓立軸式鉆機(jī)，且主流型號(hào)八十年代普及的XY系列鉆機(jī)，例如XY-4、XY-5等。

（1）繩索取心鉆探技術(shù)。繩索取心基本原理著重于不提取鉆桿取巖心。在巖礦心堵塞或巖礦心充滿鉆具內(nèi)管的情況下，利用繩索打撈巖心，免除鉆探過(guò)程中，孔內(nèi)鉆桿提出地表的步驟，減少升降頻率，提高鉆探效率。這種技術(shù)減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，降低成本，減少施工機(jī)械損耗與動(dòng)力消耗，在固體礦產(chǎn)鉆探、工程地質(zhì)鉆探、石油天然氣鉆探等都普遍使用。

（2）液體潛孔錘鉆探技術(shù)。液體潛孔錘技術(shù)專題研究始于1958年，歷時(shí)25年，將研究成果YZ54Ⅱ型、射流式SC54型等液動(dòng)錘分別通過(guò)所屬部門鑒定，并投入施工應(yīng)用得以推廣。其機(jī)動(dòng)原理是基于回轉(zhuǎn)鉆探上，安裝在鉆桿與鉆頭之間，利用配套泥漿泵，輸送沖洗液驅(qū)動(dòng)液動(dòng)潛孔錘，增加鉆頭沖擊負(fù)荷達(dá)到高效率鉆進(jìn)。且潛孔錘對(duì)于泥漿要求頗高，需保證泥漿潤(rùn)滑性能佳、含沙量不大于0.1%、密度在1.1g/cm3。新一代SYZX75和SYZX95型繩索取心液動(dòng)潛孔錘，創(chuàng)新性地使用約束變形理念，簡(jiǎn)化鉆具結(jié)構(gòu)，保證其傳功密封效果，極大程度上提高自身可靠性和工作壽命。同等條件下，與普通繩索取心鉆具相比，新型繩索取心液動(dòng)潛孔錘將完整地層回次滿管率調(diào)高至95%以上，破碎地層回次長(zhǎng)度調(diào)高至70%以上。

（3）反循環(huán)鉆探技術(shù)。反循環(huán)鉆探技術(shù)可通過(guò)水力或空氣兩種介質(zhì)循環(huán)所產(chǎn)生的沖擊力，獲取巖心。具體而言，水力反循環(huán)技術(shù)主要使用泥漿或清水作為循環(huán)介質(zhì)，利用雙壁鉆桿將介質(zhì)經(jīng)管隙輸送至孔底，再將鉆頭提升，把所提取的柱狀巖心由內(nèi)管中攜至表面。空氣反循環(huán)技術(shù)是使用壓縮后空氣作為介質(zhì)，利用雙壁鉆桿，使空氣經(jīng)內(nèi)外管隙運(yùn)輸至孔底，利用壓縮空氣膨脹產(chǎn)生的巨大負(fù)荷擊碎巖礦心，再將巖碎經(jīng)雙壁鉆桿中返至地表。這種技術(shù)可根據(jù)地質(zhì)差異性，進(jìn)行單一或多種介質(zhì)反循環(huán)鉆探，克服了技術(shù)自身局限性并擴(kuò)大適用范圍。

2 鉆探技術(shù)存在問(wèn)題分析

雖然我國(guó)在地質(zhì)勘探上有悠久的歷史，但是因?yàn)榧夹g(shù)條件和設(shè)備水平等原因，勘探工作仍有很多問(wèn)題。目前狀況而言，我國(guó)大部分鉆探工作使用機(jī)械為上個(gè)世紀(jì)八十年代普及的XY系列鉆機(jī)。另外，這種鉆機(jī)雖經(jīng)過(guò)多次改善但還是呈現(xiàn)指示表簡(jiǎn)易、精確度差等問(wèn)題。大多數(shù)常用鉆探機(jī)器缺少監(jiān)測(cè)功能，使操作人在機(jī)械應(yīng)用中，不能有效精確操控。隨著綠色勘探的踐行，模塊式全液壓鉆機(jī)逐漸在礦山施工中得于實(shí)現(xiàn)，有效解決以上在鉆探施工中出現(xiàn)的問(wèn)題。

3 實(shí)例分析

（1）工程概括。某礦區(qū)位于江西省廣豐區(qū)，本礦區(qū)的主要地層情況：大面積顯露三疊系鐵石口組，其底部以鈣質(zhì)頁(yè)巖、泥灰?guī)r、泥巖為主，上部以角巖為主，少量石英脈和花崗閃長(zhǎng)玢巖，存在夾灰?guī)r。巖石可鉆性為7-8級(jí)，鉆探機(jī)臺(tái)采用SG18型四腳塔、XY-5鉆機(jī)、BW250泥漿泵、NQ76mm繩索取心等設(shè)備。按照地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，巖心采取率每個(gè)回次必須保證90%以上，鉆孔彎曲度100米1°，因此，對(duì)鉆壓、轉(zhuǎn)速、泵量等技術(shù)參數(shù)掌控的要求就更高。

（2）實(shí)例應(yīng)用中鉆探技術(shù)分析。本次鉆探機(jī)臺(tái)使用的是常見繩索取心鉆探技術(shù)，主體鉆機(jī)為XY-5鉆機(jī)。此設(shè)備最高提重50KN，立軸通徑70mm，配備康明斯柴機(jī)油80千瓦動(dòng)力。其正轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速為1000r/min，反轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速為170r/min。這種立軸機(jī)械設(shè)備，每月鉆進(jìn)深度基本保持在300m～400m之間，隨著孔深的增加，內(nèi)管提升和下入的時(shí)間也增長(zhǎng)，月進(jìn)尺也會(huì)受影響。且立軸行程短，在正常一回次中倒桿4-5次，在鉆進(jìn)破碎的巖礦層，巖心很容易堵塞內(nèi)管，難于有進(jìn)尺。為保證每回次巖心采取率及提升鉆進(jìn)效率，改用SYZX75液動(dòng)沖擊繩索取心，鉆進(jìn)效果有明顯提高。鉆機(jī)本身配置簡(jiǎn)單，缺少極為重要的鉆進(jìn)參數(shù)檢測(cè)功能。在本孔鉆進(jìn)期間，鉆壓的掌控不夠準(zhǔn)確，尤其是孔深在500米以后，由于孔內(nèi)鉆桿阻力、泵壓的增大及不穩(wěn)定、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速的不均勻等多種因素的影響，鉆進(jìn)速度受到明顯的影響。所以，鉆進(jìn)參數(shù)檢測(cè)的顯示與鉆進(jìn)效率有直接的關(guān)系。而且此類XY型鉆機(jī)配備的是SG18型四腳塔，這種四腳塔安裝、拆解耗時(shí)長(zhǎng)，高空作業(yè)安全隱患多，且它僅允許施工頂角在75°～90°，所以極大限制鉆孔角度的大小，一旦遭遇傾斜礦體，則需要其他類型的鉆探設(shè)備。數(shù)據(jù)顯示我國(guó)金剛石鉆頭壽命在40m左右，相較國(guó)際上金剛石鉆頭，質(zhì)量不穩(wěn)定，壽命短。隨著國(guó)內(nèi)金剛石鉆頭質(zhì)量的提高，鉆進(jìn)速度和效率也大幅提高。本次鉆孔最終孔深1002.15m，?76的金剛石鉆頭使用了12個(gè)，累計(jì)進(jìn)尺980.16m，鉆頭平均壽命81.68m，因此，目前國(guó)內(nèi)金剛石鉆頭的質(zhì)量由于燒結(jié)技術(shù)的提高而有了顯著提高。此外，這次鉆探工程中，泵壓的掌控也成為影響效率的原因，為保持鉆進(jìn)的有效性，減少孔內(nèi)事故的發(fā)生，雖然鉆探機(jī)臺(tái)各班組把泵壓控制在相對(duì)較低的范圍之內(nèi)，但是各班組的鉆探技術(shù)差異性隨著孔深的增加，對(duì)泵壓等鉆進(jìn)參數(shù)的掌控也有不同，班組的純進(jìn)尺也有差別，各班組的鉆進(jìn)效率也有較大的差距。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在地質(zhì)鉆探過(guò)程中，尤其是中、深孔的施工，對(duì)鉆探設(shè)備，施工工藝的選擇等都要求較高。各班組對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)的掌控要控制在一定的范圍之內(nèi)，當(dāng)然，對(duì)施工材料的選擇也很關(guān)鍵。同時(shí)，在不同的地層施工時(shí)，可以把繩索取心、液動(dòng)潛孔錘、反循環(huán)鉆探技術(shù)根據(jù)鉆探的需要相結(jié)合，可以更好地提高礦區(qū)鉆探施工效率。因此，加強(qiáng)新型鉆探設(shè)備的研究及鉆探技術(shù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是發(fā)展地質(zhì)鉆探技術(shù)的主攻方向。